高层住宅装配式钢管束结构体系的安装

梁 兵

广西建工第一建筑工程集团有限公司 广西 南宁 530001

1 工程概况

南宁市轨道·壹号城3#、5#楼工程，每栋住宅楼地下2层，地上23层，建筑高度99.8 m，裙楼4层。2栋楼均为装配式钢管束结构体系，总用钢量约9 000 t，单个构件最大质量7.8 t，装配率达48%（涵盖钢管束组合剪力墙、钢管柱、H型钢梁、钢筋桁架楼承板等钢构件的装配）。钢管束结构体系以8.7 m（标准层3层）为一个标准节。

2栋住宅楼及商铺裙楼采用钢筋桁架楼承板，钢筋桁架在工厂加工制作，楼承板采用1 mm厚镀锌钢板，与钢筋桁架用卡扣连接，现场拼装形成钢筋桁架楼承板。将桁架钢筋端部与钢梁、钢管束耳板焊接，形成钢筋桁架楼承板。

2 施工重、难点

钢管束结构体系在实际安装施工中，面临着钢管束结构体系测量放线、基础预埋件安装、大体积钢管束构件吊装、可拆卸钢筋桁架楼承板施工等难题，需要采取一系列的针对性措施来保证施工质量[1]。

3 运用BIM技术模拟施工工序

1）根据钢管束结构体系深化设计图，在Tekla设计软件上画出钢管束基础预埋件、钢管束剪力墙、钢管柱、H型钢梁等，建立钢结构三维模型，并对钢管束基础预埋件节点、钢管束剪力墙与H型钢梁连接节点、钢管柱与H型钢梁连接节点、钢梁与钢梁连接节点等进行深化设计，优化施工工艺，指导钢管束构件工厂加工、现场拼装。

2）根据钢管束构件运输路线，结合构件尺寸、质量，利用Revit软件建立构件场地堆放模型；根据钢管束构件的吊装顺序，建立构件安装三维模型，对钢管束构件的运输、堆放、吊装进行深化设计；建立钢管束体系施工安全防护体系三维模型，确定构件材料、尺寸及防护效果。

3）将制作好的Tekla钢结构模型，导入Autodesk NavisWorks软件，制作钢管束体系施工工序模拟视频，动态模拟施工过程。

4 测量放线

4.1 采用内控坐标法进行平面控制

4.1.1 轴网平面控制内控点布设

根据主楼尺寸34.5 m（长）×27.8 m（宽），按照中间轴线的位置，在主楼区域共布置8个轴网内控坐标点，如图1所示。

图1 轴网内控坐标点布设示意

4.1.2 轴网内控坐标点预埋件埋设

根据轴网内控坐标点布置图，在主楼区域基础底板上预埋200 mm×200 mm×5 mm的钢板，在钢板下面焊接4φ12 mm的钢筋。待预埋件与现浇混凝土底板完全凝结在一起后，测量员负责将轴网内控点分别投测到预埋钢板上，校核无误后用刻刀在钢板面上刻出纵横向轴线或其控制线，在轴线交点处用电钻铣孔标记，即为各控制点平面位置。各层混凝土楼板浇筑时，在垂直对应控制点位置上预留出150 mm×150 mm的孔洞，以便轴线向上投测。

4.1.3 激光接收靶制作

激光接收靶由250 mm×250 mm×5 mm的有机玻璃制作而成，接收靶上由不同半径的同心圆及正交坐标线组成。

4.1.4 轴线竖向投测

每层楼板浇筑后，将DT02激光经纬仪安置在首层已做好的控制点上，对中整平后，将竖直度盘和水平度盘均精确调整为0°。使仪器发射激光束，穿过楼板预留洞而直射到激光接收靶上，仪器操作人员通过调整焦距，使激光束聚光形成最小；激光接收靶人员用红蓝铅笔做标记，然后通知仪器操作人员转动仪器90°，使激光点在接收靶上形成聚光最小圆圈，进行标记；然后分别转动水平度盘至180°、270°，按照上述方法在接收靶上做好标记，然后查看4个标记点是否完全重合。若重合，说明此标记点即为轴线或其控制线交点。若4个标记点不重合，则采取对角两点连线，两线交点即为轴线或其控制线交点。若4个标记点形成1个小“△”形状，则取其“△”中心为轴线或其控制线交点。

用同样方法将其余控制点投测在同一施工层上。控制点投测后将经纬仪分别置于各点上，检查相邻点之间夹角是否为90°，然后用检定过的50 m钢尺校测每相邻两点之间水平距离是否与相对应的控制点之间距离相等，分析边、角是否匹配。若匹配，证明投测无误；若不匹配，证明投测有误，应重新投测，直至正确。控制点投测正确后，用DT02激光经纬仪配合50 m钢尺将轴网的纵横轴线施测在楼面上，用红蓝铅笔标记，最后用墨斗弹线于楼板面上，并在轴线上用红油漆标记轴号，方便各方人员复核和使用，其他各层轴网竖向传递投测方法相同。

4.2 采用相对标高法进行标高控制

1）在现场土质比较坚硬且安全可靠的地方埋设标高基准点，标高基准点埋设后，使用水准仪从建设单位指定的等级水准点上，采取往返测量法将高程引测至标高基准点上。

2）坑内的标高由坑内临时水准点进行控制。临时水准点的标高由地面上的标高控制点按水准测量法进行传递。

3）楼层的标高采用沿结构边柱、电梯井和传递孔向上竖直进行传递，为便于各层使用和相互校核，至少由3处向上传递标高。先用水准仪根据统一的±0 m水平线在各向上传递处准确测出相同的起始标高线，然后用钢尺沿竖直方向向上量至施工层，每1 m画一条水平线，各层的标高线由各处的起始标高线向上直接量取，在各层抄平时以2条后视水平线作为校核。

5 钢管束剪力墙墙脚/柱脚预埋施工

5.1 复核轴线、标高，弹出预埋件定位线

1）安装前现场复核控制线，再根据控制点引出预埋件的平面轴线及高程控制线。

2）将钢管束剪力墙、钢管柱的定位轴线、位置线用墨斗弹线在基础底板面上，并画出墙底埋件支架位置。

5.2 预埋件定位安装固定

钢管束剪力墙有T形、L形、一字形、Z形、U形等，形状多样，尺寸较大，筏板底钢筋施工完成以后，先安装槽钢作为预埋件定位及支撑立柱，再放置预埋件到设计图纸位置后，采用角钢与支撑槽钢立柱焊接作为斜杆支撑，确保地脚螺栓定位精度。

5.3 预埋件吊装

支撑架子安装加固完成后开始安装预埋件，根据施工现场场地的大小和预埋件的质量，选择50 t汽车式起重机在35 m（近区域）范围内、130 t汽车式起重机在50 m（远区域）范围内，将预埋件吊装至指定位置。筏板钢筋施工完毕后、混凝土浇筑前，对基础埋件进行复测，与钢筋笼再次进行焊接加固。

6 装配式钢管束构件安装

6.1 钢管束构件吊装及临时固定

6.1.1 钢管束剪力墙、钢管柱吊装

竖向构件采用塔吊进行吊装，立面上构件吊装按照由下至上的顺序进行。吊装前，对构件的定位轴线、基础轴线和标高、编号、外形尺寸、连接板的方位等进行复核。根据构件的尺寸大小和平衡，在钢管束剪力墙、钢管柱顶部设置吊装点，吊点采用一点正吊。为了保证吊装平衡，在临时连接板（至少4块）上预留吊装孔，起吊前将吊索具、操作平台、爬梯、溜绳以及防坠器等固定在构件上，焊接拉设安全绳的安全环。在塔吊吊钩下挂设4根足够强度的单绳吊装，钢管柱下方垫好足够数量的枕木，以回转法起吊，避免起吊时柱底与地面接触。如钢管束构件为不规则异形构件，吊点通过计算确定。

6.1.2 钢管束剪力墙、钢管柱临时固定安装

将钢管束构件吊至设计图纸安装位置处，通过塔吊和撬棍进行位置调节，将首节竖向构件与基础埋件划定的基准线对齐，并在竖向构件周边焊接码板进行临时定位，拉设缆风绳，缆风绳的端部加设2 t以上拉力的葫芦，用于调节缆风绳的松紧度。上层其余节构件采用撬棍逐步调整构件底部轴线至允许偏差范围内，采用连接定位夹板将上下两片钢管束构件在耳板处夹紧固定。

吊装时，必须等连接板、缆风绳固定后才能松开吊索，此时安全防坠器的挂钩应与操作人员所佩戴的安全带有效连接。待吊索松动完成，操作人员安全返回地面后，方可解开安全防坠器挂钩。每一标准节钢管束构件安装完毕并验收合格后，方可进入下一流水段钢管束构件安装。

6.1.3 钢梁的吊装及安装固定

钢梁采用塔吊进行吊装，采用两点起吊或者同一垂直面的3根钢梁串吊的方式进行吊装，构件的零件随构件一并起吊，用铰链固定尺寸较大的节点板。钢梁在工厂加工时预留吊装孔（轻型钢梁）或设置焊接吊耳（重型钢梁）作为吊点，塔吊钢丝绳与吊耳相连接，吊装完毕后将吊耳割除打磨。钢梁与竖向构件的连接板采用临时螺栓（数量不得少于应装螺栓数量的1/3且不少于2套）连接固定。

每节竖向构件安装校正后，按照“先主梁后次梁，先下层后上层”的顺序及时安装钢梁。先安装主梁，以形成稳定的结构体系，一般钢梁在钢柱整体校正后进行安装。钢梁吊至安装位置后，用螺栓固定。待钢梁校正完毕后，将高强螺栓按设计和规范要求进行初拧及终拧。

6.2 钢管束构件的安装校正

6.2.1 标高校正

首节钢管束构件安装前应严格测量底部标高，基础标高控制点设在锚栓上，提前用钢板调整到设计高度。上节钢管束构件安装时以水准仪复测顶部标高，无误后拴好缆风绳，吊车落钩。复测柱顶标高前，在柱体两侧挂上磁力线垂初步确定柱体垂直度，然后测标高，测标高时利用柱底上1 m处的标高十字线标记进行校核。

通过控制钢管束结构竖向构件底标高来控制顶面及各层梁标高。每节竖向构件焊接后复测顶部标高，计算出误差值，为下节构件安装提供修正数值。

6.2.2 轴线校正

1）首节竖向构件轴线校正时，在基础底板面上预埋钢筋锚环，构件采用4根缆风绳和倒链固定，采用千斤顶和撬棍配合施力的方法逐步调整，将构件底部调整至轴线允许的偏差范围内，再安装柱脚螺帽。

2）其余节构件轴线校正时，上部钢框架结构安装完成后，下部楼层混凝土尚未施工至相应楼层。轴线校正根据钢管束构件的截面尺寸，用角钢、钢板及圆钢制作测量仪器固定架，固定架环箍在下节已经安装焊接完成的钢管束构件上部，仪器架设在固定支架上。在楼层钢梁上用钢管搭设操作平台，测量人员站在操作平台上进行测量作业。利用千斤顶对钢管束构件的接头中心线进行有效调整，上下构件中心线必须对齐，扭转偏差小于3 mm。当每一标准节的全部构件安装、焊接、栓接完成并验收合格后，才能从地面引测上一节构件的定位轴线。

3）钢管束结构的轴线控制以一节构件为单元进行调整，在每节构件安装前将原始控制点投射到安装楼面，并放线（样）确定各柱的借线测量点作为各柱校正的基准。在每节构件安装前复核前一节构件安装轴位偏差结果，并在下一节柱安装时及时进行调整，调整的基准线以借线控制点为准。

6.2.3 垂直度校正

钢管束结构垂直度控制分四步进行：初校后初拧；终拧前复校；焊接过程中跟踪监测；焊接后的最终结果测量。为了控制安装偏差，选平面转角构件为标准构件，其垂直度观测取构件基础中心线为基准点用激光经纬仪完成。初拧前先用长水平尺粗略控制垂直度，形成框架后进行精确校正。校正时考虑偏差预留，焊接后应复测，并与终拧时的测量成果比较，作为上节钢管束构件校正的依据。当上部构件和下部构件发生扭转错位时，可在连接上下构件的临时耳板处，加垫板进行调整。

6.3 钢管束构件的连接

钢管束结构现场连接方法有以下4种。

1）焊接连接。包括首节钢管束剪力墙、钢管柱与基础预埋件的焊接，钢梁翼板与竖向构件节点之间的焊接，钢管束剪力墙、钢管柱纵向拼接的焊接，钢管束剪力墙、钢管柱对接处的接焊。焊接时采用二氧化碳气体保护焊，为坡口焊连接，钢管柱对接焊缝为全熔透一级焊缝，其余焊缝为全熔透二级焊缝。

2）螺栓-焊接混合连接。用于钢管柱与钢梁连接、钢梁与钢梁连接，钢梁上、下翼缘用坡口焊连接，腹板用高强螺栓连接。

3）螺栓连接。用于临时支撑连接，柱与梁的焊接顺序是先焊接顶部柱、梁的节点，再焊接底部柱、梁的节点，最后焊接中间部分的柱、梁节点。

4）高强螺栓连接。钢管束结构竖向构件与钢梁的连接采用扭剪型高强度螺栓，所有连接的构件的接触面采用喷砂抛丸处理。

6.4 钢管束构件连接探伤检测

焊接完成后，焊缝100 mm范围内用角向磨光机打磨干净，以备探伤。焊工将自己钢印号打在焊缝左下角100 mm处钢梁表面上。柱与梁采用平角焊缝、对接平焊缝连接，引、熄弧板采用工艺垫板每边加长40 mm，引、熄弧在垫板上进行。焊缝探伤合格后气割切除引、熄弧板，打磨、割除时应保留5～10 mm。

7 钢筋桁架楼承板安装

7.1 钢筋桁架楼承板布置深化设计

楼承板采用可拆卸的钢筋桁架楼承板，施工前按照结构施工图的桁架钢筋方向、尺寸、板厚等，进行钢筋桁架楼承板的深化设计，根据钢筋间距、单块楼承板的规格以及桁架钢筋种类绘制出钢筋桁架楼承板现场拼装施工图。根据图纸设计要求的搭接长度、主次梁位置、间距，跨度尺寸等绘制标准跨排板图、非标准跨排板图、标准节点做法详图、个别节点做法详图、楼承板编号、材料清单等。

7.2 钢筋桁架与镀锌钢板装配

由加工厂按照设计图纸中的钢筋桁架配筋图制作成形钢筋桁架，镀锌钢板按照结构设计图中钢筋间距预先在钢筋桁架与镀锌钢板扣接位置开孔，钢筋桁架与开孔的镀锌钢板采用金属卡扣进行扣接，形成钢筋桁架成品。

7.3 钢筋桁架成组吊装至安装区域

吊装前按照设计深化施工图核对钢筋桁架板型、尺寸、块数和所在部位，将钢筋桁架按照铺装顺序叠放整齐。用软吊索或在钢丝绳与板接触的转角处加胶皮或钢板下使用垫木进行捆绑吊装。根据主体结构安装顺序和进度，将构件吊运到各施工楼层成叠、横跨多根钢梁堆放。

7.4 放样、铺设就位

待1个标准节的钢管束竖向构件和H型钢梁安装校正后，方可铺设钢筋桁架楼承板。楼承板的施工进度随钢管束构件的安装进度进行，2个工作面相距不宜超过5个楼层。

1）标准匹数的钢筋桁架楼承板安装前，应在梁上标出楼承板铺放的位置线。铺放楼承板时，相邻两排楼承板端头的波形槽口应对准。板吊装就位后，先从钢梁己弹出的起铺线开始，沿铺设方向单块就位，到控制线后适当调整板缝。楼承板的铺设方向与施工结构图、深化设计图纸钢筋桁架方向一致，搭接不小于50 mm。

2）不规则的钢筋桁架楼承板安装时要根据现场钢梁的布置情况，以钢梁的中心线放出控制线，得出实际要铺设楼承板的面积，再根据楼承板的宽度进行排板。按照铺设宽度对楼承板进行放样、切割，将楼承板在地面上进行预拼装，按照实际排板图进行铺设、连接固定。

7.5 端部钢筋、栓钉与钢梁焊接

每片楼承板的钢筋桁架端部应与钢梁点焊固定，焊接时应确保端部钢筋与钢梁材料有良好的熔接。在钢梁上部翼缘板焊接2排栓钉，加强钢梁上部混凝土与钢梁的连接。

7.6 分布钢筋、附加钢筋绑扎

钢筋桁架楼承板在与钢管束剪力墙连接时，需在剪力墙混凝土浇筑前预先设置预埋钢筋，支撑角钢（耳板）与相邻两钢梁上翼缘板焊接，角钢与钢梁上表面及焊缝相平，角钢与剪力墙之间若存在缝隙，可采用干硬灰或发泡剂之类材料进行封堵，防止浇筑楼板混凝土时漏浆。分布钢筋、附加钢筋均按照传统做法，按照设计图纸及相关规范进行加工、绑扎。

7.7 水电管线预埋

为避免破坏钢板表面镀层，使用离子切割机进行水电、通风管道开孔，切割后应按要求进行洞口的防护。如使用氧气乙炔切割，则在切割口边缘涂上富锌粉防锈漆，以免锈蚀。以与传统工艺相同的方法进行水电管线预埋。

7.8 安装收边板和边模

为防止楼板混凝土浇筑时钢梁与楼承板交接缝漏浆，应保持楼承板密封严密和四边结构尺寸。在边梁端部，应采用封边板进行封边，封边板为直角，其中一面与钢梁上翼缘板焊接，端部封边板高度应为楼板厚度。挡板、收边板与封边板的搭接长度不小于2 cm。

7.9 混凝土浇筑、养护、拆模

钢筋桁架楼承板浇筑与传统的混凝土浇筑做法相同，将杂物冲洗干净湿润楼承板后浇筑混凝土，按照传统做法进行养护。

不大于8 m跨度的楼承板，在混凝土强度达到75%后可拆除模板，跨度大于8 m时，混凝土强度等级达到100%后方可拆模。拆模时按照后搭先拆原则，先拆除一个单元的楼承板连接件，再拆除楼承板；拆除前一个单元的楼承板后，方可拆除下一个单元，不可将连接件全部拆除后再拆楼承板。

8 结语

现场采用高层住宅装配式钢管束结构体系安装工艺进行施工控制，施工全过程处于安全、优质、快速的可控状态，钢管束构件安装施工完成后，进行现场检测，钢管束构件安装质量可靠，满足设计要求。在确保施工质量的前提下，提高了施工工效，缩短了施工工期，大大降低了施工成本，赢得了各方的好评，取得了良好的社会效益和经济效益，具有较高的应用推广价值。