装配式住宅建筑钢结构吊装施工技术

陈春雷

（广州建筑股份有限公司，广东 广州 510030）

0 引言

钢结构作为施工材料，其作用力分布均匀，韧性与可塑性都占有优势，因此在受到外力作用时，能最大限度地提高建筑物的承载能力。传统的装配式施工一般选择混凝土进行吊顶安装，但是钢结构与混凝土结构、砌体结构和木结构建筑不同，钢结构建筑通常由钢管、钢板制成，因此可以很好地起到承受和传递的作用。现代化的建筑中H型钢、T型钢等钢结构应用广泛，其高强度结构钢、耐腐蚀钢、高强度热强化钢材作为抗震性能良好、施工周期小的新式建材，充分发挥了现代建筑的绿色环保理念。因此能够更好地运用到建筑物的吊顶施工中，形成钢梁结构的厂房。

1 工程概况

该文以某房建项目为例，建筑物的主体模块结构由多个框架组成，墙体采用刚性龙骨墙，来承载建筑物钢结构骨架的质量。建筑钢结构主要以H型钢为主导材料，通过钢钉和骨架连接形成预制单元柱。相邻的模块采用螺栓与柱顶吊点进行连接。预制柱的吊点位置采取一点绑扎的方法起吊，悬臂的简支梁弯矩在吊耳处挂钩起吊。钢结构在吊顶安装时主要以2层石膏板作为基础，沿着吊顶空间一圈，形成一定的高低落差。建筑物天花板层面的吊顶预留80mm～130mm，为了不压层高，还可以再下吊100mm。天花板与地面的预留空间为3m高，每层钢结构的宽度在100mm～120mm，深度控制在100mm～150mm。若建筑物的层高空间在3m以上，则深度和宽度都增加20mm。墙面墙梁的材质是冷弯薄壁C型钢Q345B，长度在11.2m～13.5m，吊装接头准备好连接板、螺栓、铁件以及垫铁等连接件，预制柱绑扎后起位试吊，采用单机四点吊的吊装方案。

2 钢结构框架组拼设计

在钢结构吊装施工前，还需要与具体的施工环境结合，对比分析局部钢结构框架的适应程度，再进行模块化钢结构的框架组拼工作。地面的模块化组装区域基点一般选用距离天花板的承受墙柱（中心距离1.403 m），和楼梯间箱形钢柱（中心距2.650 m）进行吊顶安装的模块组拼。模块化框架施工组拼图如图1所示。

图1 模块化框架设计平面图

装配式住宅层柱间距离过大，钢结构不均匀，需要在起吊时设置承重效果好的钢吊顶。建筑物的柱身弯矩与后续钢梁和钢柱焊接程序有关，因此要做好斜梁构件吊装。斜梁构架吊装一般选择一个长度与面柱长度相似的杠件，在杠件截面形状发生变化的位置下方安置弯矩探测仪，因为建筑物的弯矩仅凭肉眼探测效果不佳，需要通过智能软件探测。探测时不断更换吊点位置，测出柱身各处弯矩值，整体弯矩最小的位置满足构件吊装的安全标准，因此得出最佳吊点的位置。安装吊点定位后如果需要更改，可以通过千斤顶将吊点上下移动，重新测量弯矩值。

通过对最大构件起质量及对应的实际距离的分析，选择适合的塔式起重机以满足构件吊装要求。钢结构实际施工中比起横截面柱，更广泛更多人选择的是牛腿柱。牛腿柱能承载密度更强的钢结构，例如，H型钢截面吊装和T型钢截面吊装都需要预制牛腿柱的支撑。预制牛腿柱一般选择变截面牛腿柱，变截面牛腿柱能承载更多的钢丝，绑在牛腿的钢丝的作用主要是用于吊顶的吊耳。设置好吊耳后，就可以沿吊耳进行起吊操作。变截面牛腿柱为了环保减少混凝土和钢材的耗损，一般选用肋型截面，这种截面的尺寸会比横截面尺寸小，但是在受力均匀层面与等截面和横截面的作用是相同的。模块化框架共24组，每套采用3根圆管梁和2根矩形圆弧柱以及4根矩形梁和2个H型钢主桥。经模块型组装后，可减少塔式起重机在高空就位吊次的368个吊次，从而提高了整体建筑效果，使钢结构的建筑工程如期完成。

3 钢结构吊装单元组拼设计

模块化吊装单元拼接采用从上到下的安装方式，在钢结构模块化框架组装后，采用重4.3 t的起重机，将起重机的臂杆长度增加到2.5 m或者3 m距离处进行初步吊装模块运输。吊装的模块化拼接均是平面拼接，运用塔式起重机主要是为了减少人力资本，缩短高空作业的时间。组拼模块的框架选择厚度为100 mm的高层顶板，选择厚450 mm的底板，在顶板预留16 mm～20 mm的距离用来置入预埋钢板，预埋钢板的钢架立柱横梁均采用HW200×200型钢。

模块化单元组合拼接前期需要现场进行放线处理，工人需要手持全站仪在顶板设置圆柱节点中心线，在承重墙上方的墙截面设置水平的牛腿位置控制线，方便后期对工字型牛腿的拼接。现场放线预留钢架的位置在200 mm，固定好水平位置和竖直位置中心线后，开始进行胎架的制作。胎架主要根据承重柱的外形尺寸定制，胎架固定需要用水准仪提前测量好胎架的高度，再进行焊接。在模块化组合拼装的过程中，需要在胎架上加入2根圆管柱中心线和工字形牛腿位置，上述操作需要通过全站仪来完成，在此基础上，利用25 t汽车式起重机来完成胎架的起吊工作，并对2根圆管柱的尺寸以及中心位置进行测量并记录，除此之外，还需要检查并测量工字形牛腿的直线尺寸与箱形牛腿上下口的尺寸，图2为模块化单元拼装图。

图2 模块化单元拼装示意图

拼接步骤完成后，使用水准仪、线坠以及钢尺进行数据审核，调整水平位置中心线和胎架位置、工字型牛腿位置的偏差，直到全部吊装数据正确。利用25 t汽车式起重机来完成钢梁的吊装，对其位置进行调整后与钢柱牛腿焊接，超声波探伤对焊接处进行检测，在保证焊接合格的前提下打开所有胎架固定节点，将溜绳拴至牢固后进行起吊工作。

叠合楼板吊装至楼面500 mm时，停止降落，操作人员稳住叠合楼板，参照墙顶垂直控制线和下层板面上的控制线，引导叠合楼板缓慢降落至支撑上方，调整叠合楼板位置，根据板底标高控制线检查标高。待构件稳定后，才可以进行摘勾和校正。

钢结构的组合单元进行起吊时要保持平稳状态，防止模块单元与其他部件发生碰撞。吊装单元拼接根据设计的具体方案进行实际操作时，还可以梁的两端绑上卡环、绳卡等进行试吊，试吊环节能保证在实际施工中的操作更精确，精准控制模块化单元拼接的效果，保证钢梁在空中的稳定性。除了在预设的吊点位置进行试吊，还需要在吊装单元拼接后再度检查脚手架、钢丝绳、溜绳的质量和强度，核对是否满足本次拼接要求，保障拼接人员的安全。

4 钢结构组合吊装施工技术

钢结构框架组合完成后，为了保证框架柱间距吊装的稳定性和安全性，就需要选择起重能力较小但是自由度高的钢扁担进行吊装。吊装的框架钢扁担的钢梁需要采用1.414 m的圆管形钢材和2.750 m的矩形钢材，减少框架钢梁在强度、构件的轴线偏差。

吊装采用的钢扁担需要用150 mm长、8 mm宽的钢管以及20 mm厚的钢板共同搭建。在吊点位置钻孔，将20 mm厚的钢板穿过钢管并进行焊接，在焊接的过程中需要注意孔洞预留5 mm，确保角焊缝隙，吊耳的孔径外端需要留50 mm的边缘距离，如图3所示。

图3 钢扁担示意图

吊装工作开始时，在钢柱附近测量水平位置线和竖直位置线，水平位置线用全站仪测量和钢尺校准。当水平位置线和垂直位置数据校准完毕后，再进行对模块组合的吊装。钢扁担吊装前先在钢棒顶端贴上位置检测片，当组合模块吊装完成后，再用连接螺栓临时定位，并用全站仪和水准仪对钢棒的水平标高进行校正。将2台坡度尺放置在钢棒的水平平面中心线上和竖向中心线上，纵横2个方向，对钢扁担的垂直角度进行校正。

校正结束后用二氧化碳和二氧化硫气体为基础实现焊缝操作，焊缝需要保证钢结构的荷载单元达到标准数值，数值用水平探测仪进行监测。监测无误后开始大规模的钢结构模块化组合吊装。

5 安装结果

在钢结构吊装施工完毕后，需要对钢结构模块单元拼接的误差点进行测定。

在矩形钢杆上与圆管钢柱之间各布置了2组胎架，考虑到楼栋外的保护网，每个胎架距楼栋距离应大于6 m。在模块式组拼前，应对钢杆进行预压实量，在框架组合的拼装过程中，必须要在塔式起重机的起重回转范围内。左边挂点的位置设置在距离钢杆解算结果值3.75m处，而右边挂点的位置则设置在距离钢杆结果值3.98 m处。

模块化地面吊装需要测试圆管柱中心控制线与工字型牛腿控制线的范围，由于误差肉眼很难识别，因此需要使用专业的仪器设备，仪器的相关技术参数见表1。测试仪器准备就绪后，进行模块化地面吊装，吊装过程中均采用电动梁式吊车。吊装生产用的胎架组拼的位置需要提前用全站仪进行测试，吊装钢扁担主要通过吊车桁架的制动结构处理水平吊装和竖直吊装的定位数据，钢扁担吊装定位处理后采用吊装车的辅助桁架进行支撑。

表1 塔式起重机吊重分析

表1 技术参数

钢结构的框架组拼需要确定建筑物截面与钢截面的距离，二者距离不超过4 mm。完成钢结构框架组拼，再与钢扁担结合，进行模块化单元拼接。模块化单元拼接需要注意钢结构定位轴线、建筑物与钢结构的标高准差、钢柱中心距和钢柱长度。钢结构模块化拼接的预埋底板选择实腹式钢梁和工字型梁架，起重机吊上钢梁和钢架后钢结构的横向水平力加大，能处理钢结构吊装吊点。钢结构模块化单元组拼结果见表2。

表2 模块化单元组拼误差

模块化钢结构的单元组件在定位轴线、基准标高偏差、钢柱中心距、钢柱长度和焊缝间隙都低于混凝土施工吊顶的误差值，因此可以得出结论，钢结构的模块单元预制柱在吊装过程中产生的应力应变均符合规范，并且与传统的混凝土建设相比，得到的精度更准确，提高了施工效率。

6 结语

采用钢结构的模块化建筑在实际操作中转化率高、绿色环保的建筑结构形式已经更广泛地应用在装配式建筑中。该文针对钢结构进行了多层模块的建筑分析，从模块化钢结构框架组拼、模块化钢结构吊装单元组拼、模块化钢结构组合吊装3个步骤入手，提高钢结构的韧度和强大的塑形能力，给装配式住宅提供了更安全更省力的吊顶安装服务。该文仅对钢结构局部的单元节点类型进行阐述，没有深入对力学性能进行对比，因此还需要再进一步研究。希望该文提出的方法可以为装配式建筑做出贡献。