林海軍

摘 要：依托于傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)施工工藝，針對(duì)高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的安裝施工工藝進(jìn)行分析，闡述裝配式建筑工程鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)與管理方法。通過選擇與布置安裝施工機(jī)械，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)預(yù)埋構(gòu)件、鋼柱以及瀑布幕墻的安裝施工技術(shù)與步驟提出新的施工工藝設(shè)計(jì)，以突出該施工工藝在各個(gè)節(jié)點(diǎn)的支座反力與重力荷載方面所體現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)，其與傳統(tǒng)施工技術(shù)相比更加科學(xué)，建筑結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性更高。

關(guān)鍵詞：高層建筑；鋼結(jié)構(gòu)；安裝工藝；施工技術(shù)

中圖分類號(hào)：TU71;TU758.11? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2096-6903（2023）04-0004-03

0 引言

鋼材作為使用價(jià)值高且環(huán)保綠色的建筑材料，目前在高層建筑的建造中廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)安裝施工工藝因受技術(shù)方面的限制，容易導(dǎo)致建筑的抗震性能相對(duì)較低，從而使建筑的整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與可靠性有所不足，制約了鋼結(jié)構(gòu)建筑行業(yè)的發(fā)展。因此將鋼結(jié)構(gòu)施工工藝加以創(chuàng)新，在一定程度上能夠提高工程施工的效率，保證工程質(zhì)量。與此同時(shí)也能夠降低鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)在實(shí)際運(yùn)用過程的難度，避免出現(xiàn)如鋼材原料的浪費(fèi)等問題，進(jìn)而促進(jìn)建筑產(chǎn)業(yè)對(duì)建筑材料的循環(huán)使用，以滿足當(dāng)前綠色環(huán)保的施工要求。

1 工程概況

以某裝配式高層建筑E項(xiàng)目工程（以下簡(jiǎn)稱E項(xiàng)目工程）為例，該工程建筑占地面積約為52 304.13 m2，項(xiàng)目涉及兩個(gè)樓體建設(shè)，其中地上層高為20層，地下層高為2層。其中地上建筑結(jié)構(gòu)主要采用框架支撐結(jié)構(gòu)，地下建筑結(jié)構(gòu)采用框架結(jié)構(gòu)。建筑的安全等級(jí)為二級(jí)，防火系數(shù)為一級(jí)。用于本次項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)材質(zhì)主要為Q325，裝配式等級(jí)為雙A級(jí)。具體的工程概況詳情如表1所示。

從 E項(xiàng)目工程的總體情況和參數(shù)來看，總體表現(xiàn)出的剛度比較高，各層間的位移也比較少，因而具有良好的側(cè)向能力。大多數(shù)建筑采用鋼管混凝土柱，因此所需要的鋼材數(shù)量相對(duì)較多，并且對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的技術(shù)要求也相對(duì)較為嚴(yán)格。

2 裝配式高層建筑鋼結(jié)構(gòu)安裝施工技術(shù)

2.1 選擇和布置安裝施工機(jī)械

針對(duì)E項(xiàng)目工程的鋼結(jié)構(gòu)安裝施工工藝，安裝施工機(jī)械的合理選擇與布置能夠?yàn)楹罄m(xù)的工程項(xiàng)目施工提供有力的保障。吊裝是鋼結(jié)構(gòu)安裝過程中所使用的較為重要的機(jī)械，也是垂直運(yùn)輸預(yù)購(gòu)件的唯一運(yùn)輸工具，因此對(duì)于吊裝設(shè)備的選擇應(yīng)綜合考慮施工現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境。

由于高層建筑相對(duì)較高并且一般現(xiàn)代化的辦公裝修風(fēng)格其建筑結(jié)構(gòu)體現(xiàn)出了不規(guī)則性，因此施工過程中所需要的各種類型的預(yù)購(gòu)件的尺寸會(huì)有所不同。它一般相對(duì)較大，并且在質(zhì)量上也與普通預(yù)購(gòu)件存在一定的差異[1]。

為了能夠滿足本次建筑施工項(xiàng)目中對(duì)預(yù)購(gòu)件的吊裝與倒運(yùn)要求，本次施工吊裝采用附著式的平臂塔式起重機(jī)，臂長(zhǎng)為45m，在工程工地的主體建筑主體的南北兩側(cè)各有一座塔式起重機(jī)。根據(jù)此次工程的頂起數(shù)量和施工工期，確定了此次工程所需的機(jī)械數(shù)量。

計(jì)算所使用的公式如公式（1）所示：

Ni=Qi·K/（qi·Ti·bi）? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

式中：Ni為高層建筑工程項(xiàng)目中所需要使用的施工機(jī)械總量，單位為臺(tái)；Qi為高層建筑工程項(xiàng)目中共要完成的工程總量，單位為m?；K為工程項(xiàng)目施工中所安裝的施工機(jī)械運(yùn)行不均衡系數(shù)；qi為建筑工程項(xiàng)目中安裝施工機(jī)械產(chǎn)量的具體指標(biāo)，單位為m?/臺(tái)；Ti為高層建筑工程項(xiàng)目安裝施工機(jī)械后所使用的總天數(shù)，單位為d；bi為施工機(jī)械的工作次數(shù)，單位為次。

通過公式（1）計(jì)算后能夠?qū)Φ玫奖敬问┕ろ?xiàng)目中所使用的施工機(jī)械總臺(tái)數(shù)，基于對(duì)E工程項(xiàng)目的實(shí)際情況，需要對(duì)吊裝的具體次數(shù)進(jìn)行分析，從而避免吊裝機(jī)械設(shè)備在使用的過程中超出預(yù)期的標(biāo)準(zhǔn)范圍。此外，還針對(duì)本次施工項(xiàng)目中所使用的預(yù)構(gòu)件進(jìn)行了設(shè)計(jì)，其中包括構(gòu)件所安裝的位置以及具體的構(gòu)件參數(shù)。該構(gòu)件參數(shù)能夠?yàn)檎麄€(gè)工程的裝配式鋼結(jié)構(gòu)實(shí)施工藝的實(shí)施提供充足的保障。

2.2 鋼結(jié)構(gòu)預(yù)埋構(gòu)件安裝施工

基于本文中對(duì)鋼結(jié)構(gòu)安裝過程中所使用的吊裝選擇和布置，該部分內(nèi)容將對(duì)鋼結(jié)構(gòu)預(yù)埋構(gòu)件的具體安裝施工步驟進(jìn)行論述。通過對(duì)本次高層建筑的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了解后，針對(duì)本次鋼結(jié)構(gòu)預(yù)埋構(gòu)件選擇使用預(yù)埋錨栓和矩形短柱相組合的方式。其質(zhì)量約為12 t，總長(zhǎng)度為7.5 m。

2.3 鋼柱安裝施工

待鋼結(jié)構(gòu)預(yù)埋構(gòu)件安裝后，對(duì)鋼柱進(jìn)行施工。鋼柱作為高層建筑施工過程中所使用的重要材料，同樣也是施工工作的重點(diǎn)。在施工中基于對(duì)建筑主體的塔樓結(jié)構(gòu)了解后，需要在不同的樓層之間通過設(shè)置桁架，通過桁架的轉(zhuǎn)換來完成不同樓層的外圍鋼框架結(jié)構(gòu)的安裝工作[2]。此次施工工作采用分階段處理的方式完成鋼結(jié)構(gòu)的鋼柱安裝。因施工分段不同，所以需對(duì)鋼柱安裝過程中的基礎(chǔ)標(biāo)高進(jìn)行設(shè)定。一般對(duì)于高層建筑來說，標(biāo)高將依據(jù)建筑物的結(jié)構(gòu)而進(jìn)行設(shè)定，其中包括地下室、塔樓以及裙房，具體的標(biāo)高設(shè)定要求如表2所示。

設(shè)定鋼柱安裝標(biāo)高后將依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工的吊裝的實(shí)際位置，對(duì)鋼柱進(jìn)行分段處理。該過程能夠充分地保證鋼柱在安裝的過程中符合現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境，確保施工工作的安全。分段處理完成后針對(duì)鋼柱進(jìn)行安裝。于地上安裝鋼柱時(shí)，需要用吊裝將所要安裝的鋼柱吊起，吊裝前應(yīng)設(shè)定好塔式起重機(jī)的最大距離與回轉(zhuǎn)半徑。因鋼柱的高度較高，因此在鋼柱上應(yīng)安裝耳板孔，作為吊裝的吊裝點(diǎn)，從而能夠保證鋼柱在吊起的過程中保持柱身處于垂直狀態(tài)在完成后，將其進(jìn)行加固，并對(duì)其進(jìn)行分塊加工。

地下部分的鋼柱的設(shè)置要在施工前，充分考慮到地基對(duì)鋼筋的影響，防止鋼筋在裝配后發(fā)生位移，從而引發(fā)施工過程中的質(zhì)量問題。如果選用了地面一樓的起重單元，則按其斷面大小設(shè)置用于臨時(shí)輸送的鋼柱的支承鋼梁，并清理其聯(lián)結(jié)的槽口，以保證以后焊接過程中鋼柱的堅(jiān)固程度[3]。根據(jù)單個(gè)鋼柱的單根長(zhǎng)，對(duì)其在地面上的特定布置進(jìn)行定位，從而構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的鋼構(gòu)件，并對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)。在安裝期間，應(yīng)及時(shí)糾正鋼立柱在裝配中產(chǎn)生的偏差，并與預(yù)定的裝配狀態(tài)進(jìn)行比較，如果不存在任何差錯(cuò)，則進(jìn)行焊接。同時(shí)，將臨時(shí)架設(shè)的支架鋼移走。

2.4 建筑瀑布幕墻鋼結(jié)構(gòu)安裝施工

一般對(duì)于高層建筑來說瀑布幕墻，均設(shè)計(jì)在高層建筑的塔樓外墻壁并與鋼架相連，因此在安裝難度上相較于傳統(tǒng)的外墻難度有所提升，各個(gè)樓層之間需要利用吊桿體系，并與鋼結(jié)構(gòu)的銷軸保持連接。一般瀑布幕墻的安裝需要配備不同數(shù)量的牽引裝置，同時(shí)應(yīng)對(duì)牽引裝置的拉力值進(jìn)行計(jì)算。通常拉力值的計(jì)算需要結(jié)合工程施工與之相關(guān)的公式，如公式（2）所示。

F=[ξm+n-1（ξm-1）/ξm-1]×Q? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

式中：F為牽引裝置的輪滑組拉力值，單位為kN；ξ為牽引裝置中的滑輪阻力系數(shù)；m為牽引裝置輪滑組的工作繩數(shù)量，單位為段；n為牽引裝置所使用的滑輪個(gè)數(shù)，單位為個(gè)；Q為牽引裝置滑輪的計(jì)算荷載值，單位為kN。

通過公式（2）的計(jì)算得出工程中安裝瀑布幕所使用的輪滑組拉力值，參考該數(shù)值利用倒裝的方式完成瀑布幕鋼結(jié)構(gòu)的安裝。施工段可將其劃分為由下而上的施工方法，采用托架的方式將鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件運(yùn)輸?shù)筋A(yù)定的樓層位置，達(dá)到指定位置后在托架上鋪設(shè)安全網(wǎng)與木模板，為了保證構(gòu)件的放置安全性，應(yīng)在安裝過程中在托架周圍放置防護(hù)欄。具體的安裝流程如圖1所示。

3 裝配式高層建筑鋼結(jié)構(gòu)安裝施工后的效果分析

為了能夠保證高層建筑達(dá)到預(yù)設(shè)的抗震等級(jí)，需要在鋼結(jié)構(gòu)安裝施工過程中對(duì)地震力進(jìn)行調(diào)整。依據(jù)E項(xiàng)目工程的實(shí)際施工狀況，在修正地震力的過程中，通過調(diào)整鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的連接應(yīng)力狀態(tài)，進(jìn)而減少鋼結(jié)構(gòu)在安裝過程中因施工順序而對(duì)建筑產(chǎn)生的內(nèi)力影響。施工中對(duì)鋼結(jié)構(gòu)受力、變形的具體數(shù)值需要與鋼結(jié)構(gòu)安裝施工模型計(jì)算數(shù)值做好比對(duì)，依據(jù)具體參數(shù)，從而確定鋼結(jié)構(gòu)安裝施工過程中的剛度與負(fù)載。該次工程中使用了鋼結(jié)構(gòu)施工分段加載法，計(jì)算公式如公式（3）所示。

δi=∑δj，i=（1，2，3......n） ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（3）

式中：δi為鋼結(jié)構(gòu)豎向位移值參數(shù)；i為鋼結(jié)構(gòu)安裝施工模型中所指的施工樓層。

基于安裝施工中的多種單元定義（平面應(yīng)力單元、梁?jiǎn)卧瑢?duì)于本次施工項(xiàng)目將采用平面應(yīng)力單元來確定鋼結(jié)構(gòu)的兩端彎矩，使鋼結(jié)構(gòu)支撐單元得以釋放。此外為了實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)單元節(jié)點(diǎn)的彈性連接進(jìn)行限制，則可以利用安裝施工中的單元約束方式。與此同時(shí)，在該基礎(chǔ)上設(shè)置荷載自由度，結(jié)合移位參數(shù)可以得到高層建筑的鋼結(jié)構(gòu)施工荷載。為進(jìn)一步分析本次工程項(xiàng)目的施工效果，對(duì)高層建筑的鋼結(jié)構(gòu)安裝施工進(jìn)行了模擬操作，結(jié)合施工具體方案設(shè)計(jì)和施工技術(shù)，將其施工的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬設(shè)置，并對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的連接點(diǎn)加以編號(hào)[4]。

通過不同種安裝施工工藝數(shù)值對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，無論是支座反力還是重力荷載均有了較大的改變，本文所提出的全新施工工藝在施工后所得到的鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的各項(xiàng)數(shù)值均相對(duì)較大，由此可以得出，該工藝在施工過程中相較于傳統(tǒng)施工工藝效果存在著較大的優(yōu)勢(shì)。

4 結(jié)語

為了能夠更好地滿足人口眾多的城市居住需求，進(jìn)一步優(yōu)化居住環(huán)境，高層建筑應(yīng)用逐漸廣泛。與此同時(shí)對(duì)于建筑行業(yè)來說，也是對(duì)建筑模式的又一次創(chuàng)新。因高層建筑結(jié)構(gòu)與普通建筑結(jié)構(gòu)之間存在著較大的差異性，因此對(duì)其施工工藝也提出了較高的要求。

在創(chuàng)新施工工藝的過程中而衍生出來的裝配式施工技術(shù)，成為了當(dāng)下創(chuàng)新性較高的施工技術(shù)，一方面能夠改變傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)安裝施工工藝中在鋼結(jié)構(gòu)使用方面所出現(xiàn)的使用性能不足，另一方面也極大地提高了高層建筑的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)建筑的使用時(shí)間，全面地推進(jìn)了高層建筑鋼結(jié)構(gòu)安裝的施工質(zhì)量與效率。

參考文獻(xiàn)

[1] 湯軍儒.超高層全鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑施工技術(shù)[J].建筑技術(shù)開發(fā)，2022（10）：43-45.

[2] 高乾，黃興斌，黨利榮，等.基于裝配式建筑工程的鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)要點(diǎn)分析[J].中國(guó)建筑金屬結(jié)構(gòu)，2022（02）：82-84.

[3] 傅曉龍.裝配式建筑工程鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)研究[J].中國(guó)住宅設(shè)施，2021（11）：138-139.

[4] 楊廣瑛.淺析裝配式建筑工程鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)和施工管理措施[J].科技風(fēng)，2021（30）：115-117.