高层装配式钢结构住宅施工关键技术分析

陈 阳 陈孟鸿 钟 伟 谭 超 周 伟 中国建筑第五工程局有限公司

1 前言

在传统住宅领域，以现浇钢筋混凝土结构为主流，近年来基于国家和行业极力推广，工业化的钢结构住宅体系正在蓬勃发展。钢结构具有施工精度高、速度快、环保、抗震性能好等多方面的优点，不同于混凝土结构建筑在设计、生产、施工环节的割裂，钢结构建筑必须各方主体通力配合，实现设计、制作、安装、维护的一体化，对此加强装配式钢结构施工技术研究具有重要意义。

2 钢结构建筑发展概述

20世纪90年代开始，随着我国经济增长黄金期叠加住房商品化改革推进，建筑业经历了长期高速增长，形成以现浇混凝土为主流的住宅建设技术路径和产业链，一定程度上构成了路径依赖。但目前面临着两大影响因素：一是行业劳动力紧缺；二是环境保护硬约束。一方面传统现浇混凝土建筑对砂石骨料等原材料需求过于巨大，另一方面我国每年建筑垃圾排放总量持续上升，占城市垃圾30%～40%，成为严重影响环境的污染源头之一。

2019 年底全国住房城乡建设工作会上，住建部明确将大力推进钢结构装配式住宅建设试点作为2020 年重点工作之一。装配式钢结构建筑是指通过标准化设计、规模化生产、装配化施工和智能化管理建造而成的钢结构建筑，具有自重轻、建造工期短、节能环保和抗震性能强等优点，因而有着广阔的发展前景。本文主要围绕高层装配式钢结构住宅施工展开详细分析。

3 高层装配式钢结构的应用优势

混凝土装配式、钢结构装配式都属于装配式建筑，均能以现代专业工人代替传统建筑工人，大幅减少资源消耗和环境污染，但是钢结构具有更多新优势，具体如下。

3.1 建筑性能方面

在建筑性能上，钢结构在韧性、抗风性、抗震性方面明显优于混凝土结构，是建筑中最安全的结构材料，虽然其在隔音、防火、防腐方面劣于混凝土结构，但可通过多层复合墙、防火材料、防腐涂料解决问题。如图1所示为钢柱防火做法。

3.2 建造环节方面

在建造环节上，钢结构建筑节点处采用高强度螺栓连接，较好地适用于装配式建筑且没有隐蔽工程，质量好坏一目了然，而装配式混凝土结构在节点处仍需使用混凝土灌浆，施工质量难以检验和掌控。

3.3 节能环保方面

在节能环保上，钢材生产的总能耗较混凝土材料更低，在施工阶段能节省大量资源，即便建筑拆除钢结构也可回收再利用，既能用作建筑材料，也能转化为战略资源储备，而预制混凝土结构最终形成建筑垃圾。

3.4 建筑应用方面

在建筑应用上，钢结构适用于高层、超高层建筑，可以完全将建筑设计理念转化为现实，而混凝土结构在建筑高度和承重设计上仍有较多限制。此外，钢结构建筑承重柱更少，建筑内空间便于调整，在相同建筑面积下钢结构建筑空间利用率和得房率更高。

4 高层装配式钢结构住宅施工关键技术

4.1 工程概况

本项目为某住宅工程，总建筑面积约109064.23m2。1#～4#楼为7 层框架结构住宅，5#～7#楼为22 层钢结构（含钢管束、钢管柱、钢梁）住宅，8#～11#楼为26层框架PC楼（含PC叠合板、飘窗、楼梯），项目装配率超83%，PC 率达21%。其中，5#～7#楼为装配式钢结构建筑，每栋楼单节（3 层为一节）构件数量如下：钢管束8 件，钢管柱15 件，钢框梁204 件，单节合计227 个构件。其中最重构件达4.437t，标准层层高为3.15m，地下1 层，地上22层，地上总高度为71m，为钢管束混凝土剪力墙—钢管混凝土柱—钢框梁结构，2～22层为标准层。

4.2 装配式钢结构住宅施工关键技术

4.2.1 准备工作

（1）吊装专项施工方案审核审批，安全技术交底和培训。（2）塔吊选型和布点（根据总体施工组织设计，前期必须布置完成）。（3）吊装机具的准备：吊具、绳索、料斗、安全绳、爬梯、焊机等必须满足钢结构吊装施工的需求。（4）编制劳动力配置计划及施工进度计划。（5）检查进场钢结构构件的外观，审查构件质量证明文件，审查吊装单位和特殊工种人员的资质。（6）基准控制线的测量定位和交底及场地清理准备。（7）明确现场的道路组织和堆场布置。

4.2.2 基础结构预埋

钢结构基础预埋件的预埋精度会严重影响上部钢结构的偏差，虽然预埋钢板顶部较宽，能够对约10mm 内的偏差进行调整，但是作为高层钢结构住宅的基础，必须确保预埋准确。故在基础施工过程中，必须对轴线和标高进行严格控制，进行三方确认，确保无偏差。

在基坑底部结构稳定处（如塔吊基础）设置临时标高控制点，并对钢结构吊装施工单位进行技术交底和数据移交，在钢结构完成基础预埋件后，测定板面标高的同时，也要复核其预埋件的标高和轴线位置。

4.2.3 钢管束、钢柱、钢梁吊装

钢结构主体施工流程如图2所示。

图2 钢结构主体施工流程

（1）钢管束吊装施工前，对钢管束具体轴线、边线在预埋件面板上进行弹线明确，并且在角部焊接限位角钢，确保钢管束位置准确并能够快速落位，校正后临时固定。（2）钢柱吊装施工前，将预埋的高强螺栓清理干净，根据定好的轴线和标高吊装就位，校正后临时固定，基础阶段钢柱外侧加包150mm厚的自密实高强钢筋混凝土。（3）钢梁吊装前，钢柱和钢管束必须校正和临时固定，钢梁自下而上依次安装，待钢梁、钢管束墙和钢柱骨架整体吊装完毕，必须全部校正再用高强螺栓连接梁柱等连接部位，钢梁两端同时连续施焊（铰接端除外），再撤去临时固定装置，使钢结构骨架完整成型。

4.2.4 焊接及探伤

钢结构焊缝必须进行打磨除锈或二次复焊，每节钢结构施焊作业完毕后，由专职质量员进行自检，自检合格后再由专业检测人员根据规范要求进行焊缝探伤检测，检测合格后再进行下一道工序作业。

4.2.5 自密实混凝土灌芯

每节钢结构吊装完成后，钢柱和钢管束内腔采用高强自密实混凝土灌芯，自密实高强混凝土由商品混凝土厂家根据设计要求和原材料情况，由实验室单独试配而成，确保灌芯混凝土质量。

钢管束/钢柱内灌注混凝土时易造成空鼓的因素：（1）混凝土坍落度不足，流动性差；（2）粗骨料粒径偏大；（3）楼板插筋位置导致骨料卡住；（4）钢管束/钢柱内存在隔板（加劲板）；因此，混凝土灌芯过程中要严格控制坍落度和骨料粒径；楼板预插筋可采用边灌芯边插的方式或局部后植筋的方式；内隔板事宜由要钢结构厂家进行设计深化，加大隔板内孔洞。同时，混凝土灌芯过程中必须自下而上对钢管束和钢柱进行敲击，听声辨识混凝土灌注的饱满度。

4.2.6 楼面混凝土浇捣

钢结构三层为一节吊装完成后，自下而上开始逐层搭设支模架（键槽式钢管支模架）铺设模板，绑扎好楼板钢筋后再进行楼面混凝土的浇筑，由于采用钢结构墙柱梁，只有楼板和楼梯混凝土采用现浇形式，两层楼面混凝土完成后必须拆除水平隔离层，才能继续进行结构板施工。

由于塔吊附着在钢结构主体上，而附着部位的结构板混凝土不能及时跟上，塔吊的运行易导致现浇结构楼板变形而产生开裂现象。因此，施工进度不宜过快，待现浇结构楼板的强度达到70% 或以上后再进行上层施工为宜，或采用钢筋桁架板（栓钉在钢梁上焊接固定），穿单向钢筋再浇筑混凝土成型。

5 结束语

综上所述，装配式钢结构体系是我国建筑体系发展的重要方向，钢结构住宅属于工业化建筑，与住宅产业化要求相符合，是提高劳动效率、提升建筑质量、可持续发展的新型建筑生产方式。在高层住宅建设中，应根据项目实际情况进行钢结构设计，并规范落实钢结构安装与相应的混凝土灌注等工序，切实保障建筑整体结构安全可靠，有效提高住宅品质。