重型钢结构住宅施工进度控制关键点分析研究

黄 岩

(上海建工二建集团有限公司 上海 200090)

1 研究背景

随着时代的发展,目前的建筑行业已经走上了工业化的道路,本着绿色发展理念,以技术进步为支撑,以信息管理为手段,运用工业化的生产方式,将工程项目的设计、开发、生产、管理的全过程形成一体化产业。其中“预制率”,“装配率”更是成为衡量项目工程工业化程度的一项指标。相应的,建筑结构形式也发生了长足的改变,相比千篇一律的预制装配式混凝土结构,灵活坚固的钢结构也成为广大住宅开发商的一项新选择。

本文的钢结构住宅是指重型钢结构加现浇砼结构的建筑结构形式。其主要特征为以钢结构柱,梁,楼梯等受压受剪构件为主,并通过钢柱混凝土灌芯;边梁混凝土包覆,并现浇上翻口;楼板,屋面现浇等现浇混凝土部分,来使住宅工程既可以达到预制率要求,又克服了钢结构防火性差,隔音性差,拼装楼板,窗台防水性差,室内可装饰性差等缺点。然而特殊的结构形式导致其在施工过程中存在很多不确定性,尤其是细节设计的不完善,节点处理困难,新工艺的应用,工序反复的穿插等,造成项目施工进度的难以控制。

本文以“东航金叶苑三期”住宅项目为案例,分析了施工过程中出现的影响工程进度的主要“关键点”。并提出了相应的解决措施及建议。

2 目标项目介绍

2.1 工程简介

本项目位于上海市徐汇区龙耀路,由37 栋居住建筑(包括3栋8层和34栋4层居住建筑)以及一栋4层商业配套建筑组成。

整体式地下室1层,主要为车库和设备用房;地下室(主楼范围以外部分)为现浇混凝土框架结构(基坑最大开挖深度8.2 m),商业、住宅结构体系均为钢管混凝土柱-钢框架结构,抗震等级按7度设防。

防火等级:地上建筑耐火等级二级,地下耐火等级一级。防水等级:屋面防水等级为I级,设防道数为二道,地下室的防水等级为I级。

图1 项目效果图

2.2 结构概况

本工程8层公寓及4层住宅均采用矩形钢管扁柱钢框架结构,钢板、钢管采用Q345B,钢管柱均伸至地下室内,钢柱脚设于地下室底板处。主体结构主要梁柱节点采用刚性连接,高强度螺栓均采用摩擦型连接。楼盖采用钢筋桁架楼承板体系。屋面楼板均采用现浇钢筋混凝土。楼梯为全预制钢楼梯。项目建筑单体预制率可达46.56%,钢结构总用钢量约13 000 t。每平方米用钢量约为0.115 t。

3 施工流程及关键点分析

3.1 整体工序施工流程

本工程整体施工流程可以精简为:

图2 结构施工流程图

3.2 影响进度的关键点分析

3.2.1 基坑阶段出土及构件驳运

本工程为整体地下一层地下室。基坑开挖面积74 300 m2,开挖深度大面约6.5 m,最深处8.2 m,开挖深度较浅,但是基坑范围基本占满整个施工场地,基坑周边无法设置可供大型车辆通行的环形施工道路,维护体系为5轴水泥土搅拌桩插H 型预制混凝土桩的形式。

现场仅落深坑位置设置一道钢管斜抛撑。现场无法形成联通道路,无栈桥等纵横向交通措施;土方车出土困难;上部单体间距小,排列紧密,钢构件数量大,造成构件堆场占地面积大,临时加工场地需求大;且基础施工时就要开始钢结构预埋及吊装,仅通过塔吊的驳运无法满足进度要求[1]。

在基坑阶段时留设下坑通道,沿基坑南北向,分别由东南侧大门及北侧大门通入坑底。便于工程车辆下坑作业,在土方开挖阶段,于预定位置留土放坡,并固化,土方开挖完成后自然形成下坑通道,供机械及车辆使用。

同时编制并完善挖土方案,优化挖土顺序,在开挖方式上既要能够满足围护设计的安全性要求,同时也要考虑有利于多数量、大体量钢结构完整单体、集中群体施工的特性。优先考虑能集中成片出工作面的分区分块流水开挖。利用动态场地模型的推演,制定最终的基础开挖方案。同时在坑内使用塔吊与汽吊配合作业的形式,引入汽车吊协助坑内材料驳运。

图3 土方开挖流程图

3.2.2 基础阶段底板预埋螺栓及钢筋安装

本工程钢管柱伸入地下室内,钢柱脚连接于基础底板上,需要在底板施工过程中进行地脚螺栓的预埋。本工程柱脚螺栓采用的时焊板式地脚螺栓,尺寸直径为48/60 mm,单个重量为20 kg。接近单个工人体力一般操作极限;现场柱脚为10～16个组合螺栓/柱,每个螺栓需要单独安装,安装精度要求极高,安装完成后须对单个螺栓进行逐一校正,为配合柱脚螺栓安装,底板面层钢筋于柱脚处须断开、弯锚进入承台,钢筋加工、安装复杂。经过分析测算,项目底板某些区域1 000 m2之内钢筋加工型号多达280多种相对于传统基础底板形式,需要加工的钢筋型号增加数倍。承台钢筋安装需要三道工序方可成型,底板钢筋安装工作量增大,平均每栋楼筏板钢筋安装工期增加3～5天,人工量较常规结构增加约2倍。

图4 基础梁钢筋图

3.2.3 钢结构群多构件吊装

根据钢结构构件布置情况和构件重量,现场布置11台塔吊,现场仍然出现了开始没有预料到的情况,一个是单体构建多,数量大,零散构件多造成吊数增多,钢构件安装临时固定时间长。

相比传统PC 构件吊装,一吊约15 min左右,叠合板等约10 min即可完成。钢结构吊装时,临时固定,调整纠偏等流程无法简化,加之住宅工程部分小型构件多且构型复杂,造成单吊时间大大延长,吊装的效率变差,后期为了弥补吊装能力的不足,现场使用了大量的汽车吊。

以A 区为例,A1A2区底板完成后1#楼公寓楼地下室钢结构开始吊装,在钢结构吊装施工时,1#塔吊90%时间用于钢结构吊装,其余时间用于施工材料驳运。1#、2#及3#楼由于存在25t汽吊无法吊装的构件,基本全部采用1#、2#、3#塔吊进行吊装施工,偶尔配合汽吊施工。此时后续5#,6#楼别墅施工时,只能以汽车吊为主,汽车吊无法吊装的采用塔吊吊装[2]。

施工高峰期,现场汽吊最多时进场7辆。

3.2.4 大量钢构件需集中供货,安装后矫正困难

本工程钢结构单位面积构件数量多(别墅构件约650件,公寓(1#楼)数量约1100件);受现场情况限制,构件堆放、吊车配备相应受到影响。以1#楼为例,单层面积约472 m2,标准层平均构件数量为125件;相比较我司正在施工的另一超高层项目单层面积1 800 m2,标准层构建总数为106件(含多层柱);繁多的构件对工厂加工也造成了较大难度。实际供货过程经常出现按供货延迟且缺少现象。

本工程使用的宽扁柱截面尺寸160 mm×400 mm、单节柱长度12～16 m,重量1.2～1.6 t,柱形细长,刚度不足导致其在加工、运输、吊装等过程中极易变形,且难以矫正。甚至放置于地面后仅因为自重就会导致变形严重,安装后只能使用倒链或揽风绳校正,难度大,周期长。

其中部分矫正周期最多时需要20天,每一柱节完成矫正平均时间为15天;校正唯一可作为无限刚强度利用的是钢楼梯间部分,但实际可靠度较低,造成后续楼承板和模板施工窝工停滞。

3.2.5 多工序钢结构与现浇结构反复穿插

本工程因为独特的结构体系形式,造成大量的钢结构与现浇结构穿插作业。与传统的PC结构形式不同,PC结构的混凝土预制构件与现浇混凝土基底材质相同相容性连接性好。本工程采用的结构连接方式多样,差异很大。多项工作需要等待或无法并行施工,造成严重的空耗情况。

(1)现场采用方钢管混凝土柱,吊装及矫正完成后需要进行混凝土灌芯工作,在灌芯完成且楼层现浇楼板完成后,须经养护达到一定强度,方可进行二节柱及屋架吊装[3]。

(2)本工程楼版采用钢筋桁架楼承板楼板体系,自承组合式可拆卸钢筋桁架楼承板技术具有加工方便,施工快速,质量易控,布置灵活,重复利用率高,不易变形,耐火性能好等一系列技术优点。施工时无需进行搭设模板下部支撑措施,并可根据现场实际工况选择工厂加工组装和现场组装。

图5 钢筋垳架楼承板现场图

使用该施工方式可减少现场60%左右的钢筋绑扎工作,并有效控制钢筋排布间距和保护层厚度,提高施工效率,保证了施工质量。但是工序仍须如传统混凝土结构从下往上逐层循序渐进的施工,且楼承板完成后亦需要等待普通模板排架工作完成,并同时浇筑混凝土。工期并未节约。

3.2.6 细部节点要求高处理困难

重型钢结构住宅形式特殊,设计困难,各类节点设计处理方式不够完善。本工程中存在很多类似节点。有时设计单位仅能给出简单建议或要求,并不能明确做法,造成很多时候现场不得不反复尝试寻找合适的解决方案。下面列举几种

(1)现场结构外边梁均采用混凝土外包钢梁形式,且设置向上翻口作为结构防水及固定幕墙埋件。外包钢梁钢筋、翻口节点种类繁多,加工安装复杂。幕墙埋件定位精度要求高,且需安装下部钢筋及翻口侧模后才能固定放置幕墙埋件,最后安装翻口钢筋。

(2)二结构连接方式:与其他形式建筑的二结构不同,本工程的外墙外墙填充墙体与钢柱、钢梁连接需采用柔性连接。外墙外侧使用改性硅酮密封胶灌缝,聚苯乙烯泡沫条界面分隔。其余缝隙使用发泡剂填充。而内墙填充墙体与钢柱、钢梁连接和普通结构相同使用刚性连接接。填充墙砌至梁底往下3～5 cm,待砌体沉实后再用C20细石混凝土填实[4]。

图6 外墙砌体节点

(3)钢结构防火等级要求:本工程各单体及地下室均按钢柱耐火极限3 h,钢梁耐火极限2 h。钢楼梯耐火极限1.5 h。悬挑部分的梁均为3.0 h。钢结构的防火性能一直是其大面推广的阻碍,针对本项目,根据不同部位的防火要求设置了多种不同类型的防火涂料及涂布方式。满足了设计防火要求的同时,却大大增加了施工难度。导致防火涂料施工的施工时间侵占了内装饰工期。

图7 防火涂料节点图

4 结语

钢结构建筑一般较多应用于工业及商业项目,其特点以大空间大跨度轻便坚固为主;而住宅项目结构形式小而复杂,构件零散,工序繁琐。对工厂而言加工难度大,出货效率降低。同时在现场构件梁、构件柱吊装完成后,需要大量时间矫正。且相比于传统建筑形式,钢结构住宅主体结构需要分成多次进行混凝土浇筑,且无法如其他钢结构跨层施工,大大影响了进度控制。加之钢结构与现浇结构的混搭模式,虽然解决了钢结构建筑的诸多缺点,但是其所产生工序穿插等问题,却在工期上形成了很大的不可控因素。此外,对钢结构的基础预埋及现场吊装能力的估计不足也会导致施工进度的延后[5]。

综上所述重型钢结构住宅相比混凝土结构形式依旧存在大量不够成熟,不够完善的地方,然而这些不成熟的地方很多只是由于各方对相关结构形式缺乏了解和针对性的解决措施。随着目标工程的稳步推进,我们也解决了大量的问题,积累了大量的经验,假以时日这种结合了诸多优点的新兴建筑形式必然会蓬勃发展为成主流建筑形式之一[6]。