装配式钢结构在实际工程中的应用

张伟 王斯伟 白宝华 潘启科

摘要：随着城市化建设进程不断加快，城市建筑项目也有了很大的改变，装配式钢结构建筑与传统建筑进行比较，对施工人员管理能力和实践经验的要求比较高，施工过程中还需充分考虑各方面的因素，加强施工全过程的管理，合理应用施工技术，进而建设出优质的钢结构项目。本文主要从作者实际工作经验入手，对装配式钢结构施工过程的应用进行分析，希望对有关从业人员带来帮助。

关键词：装配式;钢结构;建筑施工

前言：当前的装配式建筑施工成本是制约装配式钢结构住宅作为商品住宅发展的一个因素，研究和推广的过程中，很多时候只考虑建造成本降低，忽视了施工难度降低和施工费用增加，不利于对最终建造成本的降低。下面就对其进行探讨。

1 装配式设备材料运输布置的分析

装配式建筑主要是应用工业化加工钢构件或者是混凝土预制构件，进行施工现场吊装施工作业。在施工过程中所需吊装构件的数量比较多，重量大，对垂直运输设备的性能要求比较高，吊装设备是否合理，将会直接影响到工程施工成本和进度。为合理的布置垂直运输，还需要考虑到设备起重性能参数、最大构架重量、设备的布置数量、设备的租赁费用，平衡各方面需求，最后得出经济合理的布置方案。

本文主要是以某二代装配式钢结构的房屋作为例子分析，该房屋地上有33层，单层建筑的面积为800平方米，如果说采用传统的同体量钢筋混凝土结构进行现浇施工，只是需要布置QTZ80型塔吊就能够满足施工过程中的垂直运输要求。就装配式钢结构的住宅施工，单层需吊装构件数量超出300件，最大的构件重量是2.5吨，就塔吊的安装，还需按照作业回转半径55米，起重量为2.5吨进行计算，选择QTZ160型塔吊便可满足起重量要求。为尽可能的缩短作业回转半径至30米，还需按照两台塔吊考虑。结合集团一代装配式钢结构住宅施工情况，布置一台大型塔吊，单层需要吊运构件较多，因为楼面的施工增加，垂直吊运的时间逐渐变长，施工吊运的速度也明显的下降，进而影响到施工的进度。市场调研分析得知，QTZ160型塔吊的租金约为QTZ80型的三倍，综合考虑后决定布置两台QTZ80型塔吊，既能满足起重量要求，又能提高吊运速度，并且可节约施工成本。

2 钢结构安装速度和精度的控制分析

装配式的钢结构住宅施工阶段，钢结构的安装速度影响整个建筑施工速度，施工速度慢，施工周期长会对其工程造价有着直接影响。在总装中，结构体系安装精度会影响到后续维修墙板安装，尤其是高层的装配式钢结构住宅，总装的高度近百米，层高累积偏差的过大，有着严重后果。所以，加强钢结构安装速度、精度控制对于成本和质量的工作有着直接影响。

在本项目的施工初期，单层钢结构的安装需要15天，远远低于传统的钢筋混凝土现浇结构住宅7-10天一层主体结构的平均浇筑施工速度，若计算正常养护时间，施工周期会更长。在施工到六层的时候，钢结构的安装精度跟踪检查发现，部分钢柱的垂直度累积偏差就达到了3公分，继续施工会严重的影响到钢结构安全、后期的墙板安装。经过和参建方的协调沟通，发现施工进度的缓慢、安装精度的偏差比较大，主要是因为下面因素造成的：

首先，和一代装配式钢结构住宅进行比较，设计过程中为降低建筑成本，大大的减少单位平方米用钢量，钢构件的强度差，刚度不高，运输装卸的时候又没有做好有关保护工作，使得部分构件的弯曲变形现象较为严重，在安装之前还需做好现场的二次校正处理，耗时比较长，并且因为构件的刚度不够，极易产生变形，难以控制安装的精度。

其次，梁柱节点的连接设计是全焊接，单层的钢梁为两百多根，梁柱的节点为四百多个，每个梁柱的节点为三条焊缝，焊接的工作量是比较大的，会对施工速度有所影响，并且全焊接会对装配、固定带来不便，焊缝比较多，焊接变形比较大，严重的影响到钢结构的安装精度。

按照问题出现的原因分析，后续施工可以采取多种的改善措施：

首先和一代的装配式钢结构住宅建筑进行比较，设计过程为降低建筑成本，大大的减少了单位面积用钢量。建议设计单位对于部分变形比较大的同类构件，还需适当的对其构件钢板厚度进行调整，进而提升构件刚度。钢件在运输、装卸的时候，还需做好有关保护工作，增加垫木数量，对吊点进行合理的安排，减少构件二次搬运时出现变形。就运输到现场的构件在吊装之前还需进行全面的变形复核、校正，对于变形严重和施工不方便校正的构件进行返工处理。在和设计单位进行协商后，将其梁柱节点连接由全焊接改成翼缘腹板的焊接方式，减少其焊接工作量和焊接变形的影响，并且便于钢件先栓后焊，便于构件拼接、精度的控制。在进行安装的时候，较为常规的钢结构安装可以对其安装精度控制指标进行提升，加强边部的安装精度监测，保证单层的安装精度误差处在可控范围内。

3 高标号的混凝土灌注施工

本工程主要是采用了钢框架支撑结构，钢柱主要是应用了焊接的方矩管，在管内注入C80、C60高标号混凝土，共同构成一个竖向荷载体系。采用高抛免振自密实的混凝土技术，应用吊斗柱顶灌流施工技术，在施工阶段发现混凝土的离析、梁柱节点位置的水平加劲板下方的空洞，在浇筑完成后，完成钢管柱在层高位置的明显鼓凸变形。

3.1综合原因分析

第一，虽然高抛免振自密实混凝土具有一定的高抛施工能力，流动性强，不需振捣，自密实特性，但由于方矩管内部空间小，浇注条件较差，钢柱加工分块三层一节，混凝土浇筑时自柱顶自由倾落，高度达九米以上，自由倾落高度过大极易产生离析。第二，鋼柱加工时，只在每节柱脚的底部设置排水孔，在梁柱节点处的内部水平加劲板下方排气排水不良，并因不具备振捣条件而未采取振捣措施，造成空洞。第三，与第一代钢结构住宅设计相比，第二代钢结构住宅大大减少了每平方米的钢用量，而在方矩管柱层板高度处，钢板厚度相对较弱，不能抵挡混凝土侧向压力，从而导致钢管柱鼓凸变形。

3.2应对措施

第一，配置一台具备二次搅拌功能的小型混凝土灌注机，将混凝土吊运至灌注机料仓进行二次搅拌，提高了混凝土灌注前的工作性能;同时，泵管相对细小，可从柱顶插入到方矩管钢柱体内一定深度，减少混凝土浇筑时的自由倾落高度。第二，在梁柱节点的内侧加劲板下面四周各钻两个排水排空孔，使混凝土浇筑时该部位能顺利排出水气;在梁柱节点的外置平板震动器上，对节点进行振捣，保证该部位混凝土灌注密实，避免空洞。第三，针对钢管柱的鼓包变形现象，浇注前在每层钢管柱四周、每层中高位置安装两个活动式钢抱箍，共同抵抗浇筑混凝土时产生的侧向压力，待混凝土硬化后再将其拆除循环使用。实施上述改进对策后，所发现的问题有明显改善，通过跟踪监测，各项数据均达到质量控制要求。

4 钢砼脱粘现象处理

钢柱内壁混凝土完全硬化后，由第三方检测单位定期对浇筑质量进行检测，发现被检测的钢柱内壁混凝土与钢板之间普遍有间隙，即所谓的脱粘现象。作为一种新结构形式，为弄清其产生原因及对结构受力的影响，施工单位请有关专家进行分析论证，并提请设计单位核实其受力情况。经过分析论证认为，产生脱粘现象的主要原因是混凝土硬化时固有的收缩特性，特别是高等级混凝土硬化时，这种现象更为明显;根据受力分析，由于间隙较小，只有0.05 mm左右，因此不影响整个结构的受力。与此同时，专家建议，在保证强度和流动性的前提下，适当增加减水剂，降低水灰比，增加膨胀剂的用量，消除混凝土的硬化收缩，使脱粘现象得到有效改善，脱粘面积大幅度降低。

结束语：

总而言之，随着政府加大对装配式建筑的政策鼓励和产业引导力度，各类装配式住宅如雨后春笋般涌现，并逐步增加了所占比例;作为装配式住宅的一种形式，装配式钢结构住宅也在不断地进行研发和稳步推广。与传统的钢结构住宅相比，装配式钢结构住宅施工要求更高，面临新的技術、管理问题。

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