高层装配式钢结构住宅施工技术

蔡小平 余 豹 顾国忠

常州第一建筑集团有限公司 江苏 常州 213012

1 工程概况

丹阳某装配式钢结构住宅，采用新型扁钢管混凝土柱钢框架-钢板剪力墙结构体系，可拆卸底模钢筋桁架楼承板（图1）。扁钢管框架柱宽度200 mm，与墙体厚度一致，长向300～500 mm，柱内浇筑自密实混凝土；框架梁为H型钢，剪力墙钢板厚5 mm，材质为Q355B和Q420B。其中30#楼地下2层，地上22层，建筑面积15 898 m2；31#楼地下2层，地上21层，建筑面积15 463 m2。地下室为劲性钢骨柱，地上结构为1～2层商业用房，层高4.5 m，3层以上为标准层住宅，层高2.9 m。钢结构工程总质量3 000 t。

图1 三维结构模型

2 重、难点分析

2.1施工工期紧

钢结构主体施工的合同进度要求为4 d/层，工期紧迫，必须提前策划施工总体方案，对塔吊布置、节段划分、施工分区、工艺流程等进行优化，控制关键线路，节约工期，形成连续流水施工作业。

2.2安装精度高

柱脚锚栓、钢框架、楼承板等装配式节点连接，对安装精度提出更高要求，相应轴线、标高、垂直度的测量和校正措施必须到位。

2.3焊缝要求高

本工程扁钢管柱弱轴向刚度小，剪力墙钢板厚度薄，容易产生焊接变形，施工过程中，应采取合理的焊接防变形工艺措施。柱梁采用端板式栓焊刚接节点（图2），柱与梁翼缘板连接、管柱对接、钢板剪力墙等现场焊接，均为全熔透焊缝，焊缝等级高，现场焊接工作量大。

图2 端板式节点

2.4工序交叉作业多

装配式钢结构住宅涉及的专业、工序多，钢结构施工与土建钢筋、管柱灌芯、楼承板浇筑、精装修设备、水电等综合管线穿孔，相互交叉施工作业。需将各专业图纸有效整合建立BIM模型，优化工序衔接，提前进行施工模拟和碰撞检查[1]。

3 施工总体部署

3.1塔吊布置优化

结合现场场地条件、工期和吊重要求，优化后的塔吊布置方案（图3）为：每栋楼2台塔吊，30#楼西、南侧布置，31#楼南、北侧布置，塔吊型号为STC7020，臂长40～50 m，最不利工况额定起重量4.4 t，满足钢结构吊装要求[2-3]。

图3 施工场地布置示意

地下室施工阶段，钢构件临时设置北侧堆场，待地下室顶板施工完成，堆场转移至南侧顶板区域，顶板计算复核后采取加固等措施。

3.2分区分段优化

平面分区：根据塔吊和楼栋结构特点，以 轴为对称线，每个楼栋2个施工分区，以相邻4根柱梁组成的稳定框架柱网为安装单元，2个班组由中间向两端同步对称扩展施工（图4），既减少纵向安装累计误差，又加快施工进度。

图4 施工分区

竖向分段：因地下室钢骨柱首层无钢梁连接，首节柱划分至地上2层钢梁位置，有效保证地下室混凝土施工时钢柱不发生偏移。地上结构钢柱按照3层为1个吊装节段，长度8.7 m，最大吊重2.96 t，共计8个节段，柱拼接点位于楼层板顶标高以上1.30 m（图5）。

图5 钢柱分段

3.3施工工艺流程优化

以柱网单元（1柱3层钢）为例，总体施工工艺流程为：钢柱吊装就位、缆风绳临时固定→上下柱耳板定位螺栓连接→钢柱二次校正→钢梁安装、柱梁腹板螺栓连接，形成稳定框架单元→上下柱对接→柱梁翼缘板焊接→钢柱浇筑混凝土→楼承板施工。

4 关键施工工艺

4.1钢柱吊装施工

4.1.1 地脚螺栓预埋

螺栓预埋采用定位支架（图6），支架由套板和定位钢筋组成，套板预先在车间数控制孔，确保孔位精度。根据设计图纸，用经纬仪放线并标识柱脚螺栓纵横向轴线，现场螺栓穿入套板，套板十字中心线与现场纵横轴线对齐，用水准仪引测标高，螺母调节螺栓高度齐平。螺栓安装时应自然下垂，保证垂直度，螺栓下端焊接4根φ20 mm定位钢筋，其四周与基础钢筋顶紧焊牢，保证不会因混凝土浇捣引起螺栓移位。

图6 螺栓定位支架

4.1.2 钢骨柱施工

地下室钢骨柱与混凝土梁钢筋连接为施工重点，提前进行钢筋三维放样和碰撞检查。混凝土梁多排钢筋在钢骨柱节点处理技术措施（图7）为：梁纵筋尽量绕开钢柱拉通；无法绕开时混凝土梁上、下层第1排主筋采用连接板，第2、3排钢筋采用套筒连接；梁受扭钢筋采用连接板与柱连接；构造钢筋插入外包混凝土层。

图7 钢骨柱与钢筋连接

4.1.3 校正工艺创新

钢柱出厂前表面做好定位标识，现场架设2台经纬仪，在相互垂直位置投点测量，依次调整标高、轴线、垂直度偏差。每节柱的定位轴线应从地面基准线引出，楼层采用设计标高控制。常规钢柱校正工艺为：钢柱对接口现场焊接上下T形板，板件放置千斤顶，调整到位后，T形板再割除打磨，现场工作量较大。为此，对校正工艺进行创新：将耳板上下接口端做成梯形，悬挑80 mm，用于放置专用调节器（图8）。调节器由上、下内螺纹套筒（A65）＋中间调节螺杆（M24）组成，套筒带槽口，直接卡入上下耳板悬挑端，扳手转动螺杆螺母，可实现上柱安装位置调整。调节器螺纹连接精度高，操作简单灵活，省时方便。

图8 耳板节点优化

4.1.4 对接焊接工艺

钢柱现场对接为全熔透焊缝，采用不加引弧板焊工工艺：2名焊工在相对两面、等温等速对称焊接，第1层焊缝按逆时针方向距柱角50 mm起焊，每层焊完清理焊渣以后，各层距离前一层起焊点30～50 mm开始焊接，拐角放慢焊丝移动速度，焊成方角。现场搭设专用焊接操作平台，并做好防风防雨措施。

4.2钢梁吊装施工

H型钢梁采用2点吊，吊点位于上翼缘L/4处，由于钢梁自重轻，在塔吊起重能力范围内，故采用一机多吊，一次吊起同一竖向位置多根钢梁，这样可以提高塔吊工效，节约工期[4]。

1柱3层梁施工工艺流程为：下层钢梁吊装→测量校正→梁腹板螺栓初拧→同样方法安装中、上层钢梁→框架单元轴线、标高二次复核→上、下、中层钢梁螺栓终拧→上、下、中层钢梁与柱翼缘板焊接。

柱梁接头为全熔透焊接，先焊梁下翼缘板，再焊上翼缘板以减少角变形；先焊梁一端，冷却至常温后，再焊另一端，柱两侧梁端应同时与柱对称焊接，可减小焊接约束，防止柱因焊接产生二次偏斜。

4.3钢板剪力墙施工

剪力墙钢板薄，宽厚比大，平面刚度差，焊接和运输容易变形，应采取防变形工艺措施：将剪力墙钢板与上层钢梁在车间组装焊接成整体，方便运输和吊装，避免现场仰焊焊缝，并能有效防止薄板构件变形。

钢板剪力墙为抗剪设计，现场严格遵守施工顺序（图9）：上层钢梁＋剪力墙钢板整体吊装→墙板与钢柱鱼尾板临时螺栓固定→墙板水平加劲肋焊接→墙板与下层钢梁上翼缘水平焊接（从中间向两边对称焊接）→待主体结构全部施工完成，墙板与钢柱鱼尾板竖向焊接固定，拆除临时螺栓[5]。

图9 钢板剪力墙焊接示意

为减少薄板焊接变形，焊接时采用小电流、小直径焊丝，减少焊接热能量输入，同时焊接前预先做好点焊固定等限位措施。

4.4楼承板施工

本工程可拆卸底模钢筋桁架楼承板型号HB1-90，宽600 mm，高90 mm，钢筋桁架片与底模板通过扣件连接成组合模板（图10），全部在车间制作完成，楼承板在施工阶段替代模板使用，使用阶段替代板底受拉钢筋，楼层混凝土施工完成，底模可直接拆除周转使用，优势显著。

图10 可拆卸底模钢筋桁架楼承板

工艺流程为：吊装→铺设→支座钢筋点焊→栓钉焊接→钢筋绑扎→洞口处理→收边板与临时支撑安装→混凝土浇筑→底模拆除。模板底部应均匀设置刚性垫条，满足楼板混凝土浇筑的平整度要求；跨度或悬挑超出规定范围时，按照设计要求设置临时条状支撑。

5 其他专业配合技术措施

5.1设备管线钢梁穿孔

钢梁开孔主要涉及精装修，新风、燃气暖风机、空调内外机等设备，以及消防水电等综合管线，开孔大小、间距应符合设计要求，采取节点补强措施，相关专业提前沟通，利用BIM技术进行筛选、碰撞检查。

5.2塔吊、施工电梯附墙

根据施工需要，计算复核塔吊和施工电梯附着位置受力对主体钢框架结构的影响，根据计算结果对柱、梁节点加固，施工过程中注意做好动态监测。

6 结语

本文通过项目实践，总结适合扁钢管柱梁钢框架-薄钢板剪力墙结构体系的施工技术，对工艺方案进行优化创新，提前策划、预控，使施工质量符合规范和设计要求，主体钢结构施工实现了4 d/层的工期目标。