超高层全钢结构装配式建筑施工技术

张东升

（山东高速莱钢绿建发展有限公司第二分公司，山东 济南 250000）

我国大力发展钢结构装配式建筑，解决钢铁产能过剩问题。超高层装配式建筑工程采用全钢结构进行施工，符合绿色发展理念，且可以保障建筑结构的稳定性、筑的抗裂性能和抗震性能。结合具体的工程案例进行分析，对全钢结构装配式超高层建筑技术参数指标进行优化设计，强调施工技术的规范性、科学性，有利于保障工程质量。

1 项目案例

广东省佛山市超高层建筑位于主干道交汇处，项目建设位于商业中心，为办公楼。其中包括塔楼一个，西侧和东侧各设计裙房，选择使用钢框架剪力墙结构，并采用钢板组合的方式进行施工作业。楼层地上37层，地下1层，高度为175.8m，外框使用圆柱管结构，核心筒使用剪力墙结构，共计需要使用22根箱型柱和10片钢板剪力墙。考虑到超高层建筑装配式建筑施工要点，设计使用钢板厚度为20mm，并为了提高结构的抗形变能力，沿着水平方向每间隔1.5m设置U型肋进行施工作业。

前期对施工场地进行勘察，并对多种超高层装配式建筑施工方案进行对比，为满足抗裂、抗震等基本需求，进行技术可行性和经济可行性分析，最终敲定使用钢筋混凝土机制，并设置钢框架梁和钢板墙。按照框架结构将其分为核心筒、钢框架，主体支撑结构的柱梁、钢筋桁架板等，对其进行结构优化。在完成技术方案的可行性分析后，认为使用黏滞阻尼墙可以起到提高抗震性能的作用，结构稳定性、质量、效率等均满足工程建设的基本要求，可严格按照设计方案进行施工[1]。

2 全钢结构装配式建筑特点

全钢结构的建筑施工具有较强的专业性要求，且应具体问题具体分析，在充分完成数据勘测的基础上科学选择材料，并完成建筑框架方面的施工。此外，为保障施工质量，需全程加以质量监督。超高层装配式建筑采用全钢结构进行施工作业，符合绿色建筑工程理念，并可以有效保障建筑工程的质量。全钢结构超高层装配式建筑具有强度高、刚度大、质量轻等优势，其具备以下特点：1）良好的抗震属性是全钢结构项目的主要特点，由于主体结构框架由钢材组合，受钢材属性影响，其具有良好的延展性，并具备一定的抗振动能力，稳定性较好；2）钢结构的自重较轻，可以减少结构的应力，包括竖向的荷载力和横向的应力；3）全钢结构装配式建筑比较传统的建筑施工模式而言，其在空间利用率上更高，支柱的横截面比较小，可以减少大约3%左右的建筑使用面积，使建筑工程建设速度较快[2]；4）钢结构布置具有灵活性特点。钢架的结构选择更加均匀、灵活，为施工人员的现场装配作业提供了便利；5）采用钢架结构进行施工作业，考虑到建筑的水平荷载力，其具备二阶效应特点，当受到外力影响时，可以有效避免非结构向力，对建筑结构产生的影响，减少位移情况的产生，使得建筑结构更加稳定；6）全钢结构的装配式建筑具有良好的防火性能，主体结构中的梁、柱、板等均采用钢材制作，在喷涂防火材料的同时，故具备良好的阻火功效；7）全钢结构施工涉及到的环节较多，且存在交叉施工的可能，因此会加大施工难度。要求前期做好整体规划与设计，统筹安排建设工作，科学控制机器升降速度，以此确保施工质量；8）工程施工进度控制难度较大。由于全钢结构建筑施工存在危险作业情况，且需要科学的处理材料堆放等问题，因此会直接影响工程进度，要求技术人员科学完成施工前的准备工作，综合考虑多方面影响因素，并制定施工规范要求，以此满足建筑施工需要。此外，应及时检查机械质量情况，确保其不会存在安全隐患，威胁工作人员人身安全。

对全钢结构的装配式建筑特点进行分析，比较以往的建筑结构而言，其主要应用钢材进行施工作业，具有安全性、稳定性、抗应力性等特点。尤其是采用组装拼接的方式进行施工作业，建筑的空间利用效率较好，并可以有效缩短装配式建筑工程的工期，是比较科学、先进的建筑施工结构，故建议施工单位予以应用。

3 全钢结构装配式建筑施工技术探讨

3.1 全钢结构装配式建筑技术流程

全钢结构装配式建筑施工应严格按照施工流程，并对具体的施工参数进行调整，使其可以满足具体工程质量的实际需要。装配式建筑多采用现场拼装的方式进行作业，并按照预设方案对结构中的构件进行生产，具体流程如下。

3.1.1 构件生产

根据装配式建筑施工的要求，应预先做好结构设计工作，严格按照结构设计内容生产具体的构件。根据设计图纸中的内容预先做好钢材材料的供应，并对其进行钢材的制造以及零配件的生产。为切实保障构件的生产符合技术参数要求，避免出现材料过高或者过宽等问题，应预先对供应商提供的钢材构件进行测试，包括零件的机械属性、硬度等基本参数，并对材料进行测量，判断其是否符合工程项目的实际需要，控制误差在合理的范围之内。装配式建筑构件可以分为半成本构件、成品构件和零件，检验构件的基本参数及质量是否满足要求，并在施工现场对构件进行拼装。如需要进行焊接作业，需要在焊缝组装过程中使用防护气进行保护，提高焊缝的可靠性，保障构件结构的稳定性。钢构件焊缝作业多使用二氧化碳作为防护气，并在组装拼接完成后对其进行校准，并做好构件的防锈蚀处理工作[3]。

在完成焊缝焊接和质量验收工作后应对钢构件进行涂装，并选择在室内的环境中进行涂装作业，最佳环境温度在20℃上下，湿度应小于85%。在钢构件的表面位置进行喷砂除锈后，并对其进行保护，观察涂料是否良好，随后进行吊装作业。

3.1.2 构件定位

按照图纸要求进行标高和轴线作业。施工之前使用经纬仪、水准仪等进行标高确定，并使用墨线做好区域标记，在固定位上注明，并进行记录。根据钢柱在混凝土的连接面边线和纵横十字轴线，对钢架的柱脚位置进行确定。

构件定位是指将各钢结构安装到特定位置的过程，应预先进行测量，并对误差进行调整，避免其在吊装过程中出现结构不合理等问题影响到装配式建筑的质量。起吊之前需要检查钢构件接触区域地面是否整洁，避免出现污染物对构件产生影响，并使用垫圈或者使用高程枪机对其进行调整，对构件的吊装位置进行标高处理。结构安装之前需要根据钢筋的直径预留一定的空间，使用PE线或者胶条对误差进行调整，当符合定位要求且达到预设的高度时，需要建立支撑体系。每个钢结构需要保障使用两个或两个以上的倾斜型的支撑结构，并对其进行定位。支柱和基座之间的距离应控制在全部结构宽度的2/3以内、1/2以上。在支撑体系搭设完成之后，对垂直度参数等进行调整，使用水平仪等测量仪器，对结构的垂直程度进行检验。该过程可以使用BIM技术对其进行测量定位，可以实现定位误差的最小化。

3.1.3 构件吊装

钢结构吊装主要采用分段式吊装的方式进行施工作业，尤其是超高层建筑需要辅助应用塔式起重机进行吊装。吊装施工方法应结合现场的实际情况，并按照设计方案中的内容进行调整优化，避免在起吊吊装过程中出现总重过点的情况出现。分段吊装技术的应用针对钢架结构长度在3m以上的情况下或者高度在5m以上的情况下进行吊装作业。为切实保障吊装作业的科学性，应按照从下至上的顺序，并安设防风绳对其进行保护，如果吊装过程中因阻力过大无法保障吊装位置的科学性，应辅助使用低座位机进行作业。

钢结构的吊装作业采用逐根吊装、逐层吊装的方式。首节钢柱的吊装应保持柱脚位置与轴线对齐，使用千斤顶或者撬棍等对其进行校正，控制误差在1mm以内。在安装钢柱过程中需要对其进行标高调整和垂直度调整，螺母高出柱底板底2mm，如存在偏差需要进行调整。待进行垂直度和标高误差调整完毕后，对上层的钢柱进行吊装作业。钢柱的吊装连接吊装孔，根部位置垫实，在根部不离地的情况下进行扶直、提升，现场使用连接板对钢柱进行铰接，并对其进行位置调整，随后进行固定。钢柱吊装完成后进行钢梁的吊装，按照顺序应采用先主梁、后次梁的吊装方式，如质量比较轻的钢梁可以采用串吊的方式进行施工，期间需要对绑扎位置进行防护。钢柱与梁之间的焊接方式采用栓焊方式，使用高强度的螺栓进行安装，随后进行焊接焊口，完成后将耳板割除[4]。

3.1.4 节点施工

钢结构节点作业是装配式建筑施工流程的关键点，按照节点区域可以将其分为梁、柱节点作业和墙板节点作业。设计使用H型的梁、柱结构进行施工作业，并使用高强度的螺栓对其进行固定。针对建筑的短梁和柱之间的结构点作业，通过衔接施工的作业方式或者采用预制拼装的作业方式，在现场进行施工作业。在墙板节点施工作业过程中，使用蒸压轻质加气混凝土作为墙板进行作业，材料由混凝土、砂土等组成，具有良好的防水性能，且质量比较轻。选择使用该类墙板进行施工作业其密度在0.6g/cm3以内。在板结构节点施工作业期间，在外墙和梁进行施工作业阶段，需要预先架设侧梁，随后对墙板进行吊装到指定位置，使用缆风绳对其进行引导，并使用L型钩头进行定位，随后进行回填作业。在空间腔连接施工过程中，控制龙骨与空间腔之间的距离在0.28m左右，使用φ4.5cm的螺丝进行固定。

3.2 全钢结构装配式建筑技术要点

按照上述流程对全钢结构的装配式建筑进行施工作业，同时也要对施工采用的关键技术进行判断，使其可以满足超高层建筑抗震等级和防裂等级的需要，保障工程质量，案例中装配式建筑施工关键技术为框架施工、黏滞阻尼墙施工、钢板墙应力监测等，具体施工技术如下。

3.2.1 钢板墙核心筒施工技术

按照装配式建筑施工的基本要求，采用先地下、后地上的施工顺序，项目中的塔楼与裙房采用同步施工作业的方式。外露钢板剪力墙结构使用钢柱进行施工作业。在保障钢结构的体系稳定之后，进行钢筋桁架、楼承板和混凝土的浇筑作业，从而实现对结构装配式建筑结构的快速安装。

3.2.2 黏滞阻尼墙施工技术

全钢结构的超高层装配式建筑使用采用黏滞阻尼墙的施工方法提高其结构的稳定性，使其可以起到消能减震的作用。阻尼器的设计使其悬挂在建筑各层的上层楼板区域，使其悬挂在内钢板位置，并固定在外钢板和内钢板之间。黏滞阻尼墙所使用的材料为烃类高分子材料，具有良好的黏度，可以提高超高层建筑的应力抗性，保障建筑结构的稳定性。当建筑因人员过多或者因外力环境发生振动变化时，内钢板与外钢板之间的阻尼墙黏液会发生剪切运动，可以消除外力因素对建筑稳定性产生的影响[5]。案例中的黏滞阻尼墙安装在塔楼的核心筒区域，并对阻尼墙施工的技术参数进行优化。

在黏滞阻尼墙施工的过程中，其具有良好的性能，且可以有效利用建筑的空间，并具有良好的复位性和耐久性，可以循环重复利用。对阻尼墙进行施工过程中，需要严格控制其不要接触到水分，做好施工现场的防水保护，尤其是阻尼墙的上半区域不可以淋水。运输过程中需要保持阻尼墙的直立，不可以倾斜或者平躺，安装完毕后对超高层建筑的主体结构件施工作业，并在两侧位置临时固定吊耳板对其进行固定。阻尼墙的焊接也是施工技术应用的关键，需要切实控制焊接过程，确保不会对阻尼墙的质量产生影响，并严格控制阻尼墙的安装流程，动态监督，避免安装偏差问题产生。

3.2.3 钢板墙应力监测施工技术

钢板墙施工作业在竖向荷载上可以起到良好的作用，但为了实现对建筑结构压应力的优化，使用滞后主体结构焊接固定技术进行施工作业，并对其进行应力监测施工，有效提高钢板墙区域的承载力，提高结构的延展性能。钢板墙的施工作业共计设计监测点数量54个，分别在建筑的1层、8层、14层、26层进行监测点的设置，分别设置25个、10个、12个、7个监测点。具体应力监测施工技术应用如下：1）在各层安装传感器装置，用于对应力参数的采集；2）主体结构施工达到25层后，且混凝土作业达到18层，钢板墙的焊接工作结束后，对其应变数据进行采集；3）在焊接完成后，钢板墙安装至28层后，进行应变数据采集；4）每进行主体钢结构的施工作业进行应力数据采集1次；5）幕墙及隔墙施工作业每10层采集应力数据1次。

在对应力参数进行监测的过程中，对全钢结构的建筑外框架的稳定性系数及支撑效果等进行分析，将监测所得的应力参数作为技术方案调整的重点依据。最终结果表明，采用钢板剪力墙的施工模式，其在荷载、压力、弯曲等性能参数上，均可以满足工程建设的实际要求。

4 结语

综上所述，超高层全钢结构装配式建筑施工应严格按照施工技术流程，遵循施工技术规范，充分挖掘全钢结构装配式建筑的优势，满足住户的安全性、稳定性需求。在施工期间，应重点明确施工要点，对结构进行优化，超高层建筑的黏滞阻尼墙和钢板墙的施工尤为重要，是工程建设需要重点关注的内容，需要通过监测手段、验收程序，对其质量进行衡量。