装配式钢结构办公楼施工技术

杨 涛 （北京城建十六建筑工程有限责任公司，北京 100083）

目前，我国建筑发展正处于转型的关键时期，现代化建筑的开发与设计既要满足群体基本需求，又要兼顾建筑整体的品质与质量，因此，如何在施工中实现对工程场地的合理使用、节省施工材料与工程资源，成为工程方的关注重点。现阶段，以钢结构为代表的建筑行业发展正逐步趋向由粗放式向集约化方向递进，而装配式建筑的开发与建造已经成为市场经济建设的一个重要需求。随着能源成本、劳动力成本和环境保护成本的持续上升，绿色建筑、智能建筑和工厂化建筑将会是一股不可逆转的趋势。

1 装配式钢结构办公楼概况

1.1 基本概况

表1 装配式钢结构办公楼概况

1.2 施工重难点

（1）建筑层数较高，组合柱的深化设计困难、空间位置关系复杂、截面形状复杂、零件数量多、施工要求高等，因此，在施工中不仅需要考虑装配节点之间的碰撞设计需求，还需要做好前期基于辅助工具的复杂组合节点设计出图工作。

（2）装配式钢结构内部构造纵横，构件断面形状复杂，形状不规则，下料困难，装配密度大，为了确保全部构件的装配能顺利进行，并尽量减小施工中的装配误差，选择合理的装配顺序显得尤为重要。

（3）由于装配式钢结构节点空间形态多变，位置多变，加之工程业主方对于构件的安装精度有很高的要求，而采用传统的施工方法进行超高层建筑构件的拼接，存在一定的施工安全隐患。

2 装配式钢结构办公楼施工

2.1 装配式钢结构设计

针对上述办公楼施工基础信息，为满足施工设计要求，首先在原有装配式钢结构基础上进行优化设计。在装配式钢结构上包含柱结构、板结构以及起到支撑作用的斜支撑结构[1]。将主板与主柱相连接，分别在立柱的上端和下端各设置一个斜支撑结构[2]。各个结构之间通过高强螺栓进行连接，以此构成一个具有稳定性的结构传力体系，如图1所示。

图1 装配式钢结构优化设计示意图

图1中所示的钢结构具有良好的抗剪性能，并且将这一结构应用到后续施工当中能够提升施工效率，同时也能够在一定程度上确保施工精度[3]。

2.2 钢结构吊装盒与办公楼幕墙埋件深化设计

在完成对主体钢结构的设计后，还需要对钢结构的吊装盒以及办公楼幕墙埋件进行优化设计。在对办公楼梁板进行吊装时，要求具备极高的稳定性和安全性，因此吊装盒的设计采用预埋式方式，在每块板中设置四个吊装盒，四个吊装盒构成矩形结构。图2为吊装盒的布置方式示意图。

图2 吊装盒布置方式示意图

图2中，H代表吊装时吊钩与板结构之间的高度，a和b分别代表板结构的长度和宽度。结合下述公式，确定具体的吊装位置：

式中a1、a2、a3均代表板结构平均等分长度；b1、b2、b3均代表板结构平均等分宽度。

根据上述公式，确定吊装盒安装的具体位置。在此基础上，还需要对办公楼幕墙埋件进行深化设计，确定幕墙埋件的材质、规格，根据办公楼每一楼层板边缘块的排布确定其埋设位置[5]。埋件可选择“U”型或“M”型两种形式，将其分别用于对办公楼主楼立面中部和角部幕墙玻璃的固定[6]。图3 为“U”型（左）和“M”型（右）两种形式幕墙埋件示意图。

图3 “U”型（左）、“M”型（右）幕墙埋件示意图

2.3 吊装施工

在完成对各个主要构件的结构设计以及安装位置定位后，需要对各个构件进行吊装。在对主板结构和立柱结构吊装时，根据塔吊的作业面积，从办公楼楼层中间开始，对称地设置并固定[7]。在办公楼主楼和楼台构成稳固的框架后，再进行吊车安装。遵循吊重和载荷计算的原则，计算起重钢丝绳直径。在确定上述参数后，采用高空拼装的方式进行吊装。采用这种吊装方式进行办公楼中各个钢结构的装配，首先在预设的部位设置装配支架，再用吊车将结构部件上吊到指定的位置，在其上进行装配。这种方法通常不需要大规模的吊装设备，但是安装支架的使用量很大。同时，在固定各个结构时，可采用高强度螺栓或球形螺栓接头实现对钢结构的固定[8]。若在施工过程中需要对规模较大的结构进行吊装，则还可采用整体吊装方式。采用这种方法需要先将各个构件在地面上完成拼接，这种吊装方式高空作业少，需要起重量更大的起重设备。

2.4 构件安装

在确定吊装方案后，对各个构件进行安装。底柱和钢柱墩由高强度螺栓连接，钢柱墩和预埋钢板结构采用全熔透的全焊接方式连接，并按全熔透焊接的标准进行超声波检验，保证钢筋的材质和尺寸符合设计要求。在对底层柱结构进行修正或对第一节钢架进行校正后，将地脚螺栓拧紧后，进行柱底注浆。注浆材料可采用膨胀型或灌浆材料，其灌浆质量要符合有关混凝土施工规程。针对立柱的定位轴设置，可以通过在办公楼的外侧或内侧设置辅助线来进行。各个柱结构的定位轴必须从地面的控制轴上引出来，而不能从下面的柱子的轴线上引出。在相对高程下，建筑高度的总误差不得超过每节立柱制造的容许偏差之和。在安装时，可以使用可调节的支撑调整柱体的垂直度。主板结构在吊装之前，必须检查主板的型号、规格和吊装次序，确认正确后，才能进行吊装。在起吊之前，应先对机器进行检验，确保机器的工作状况良好，以防带病操作。在起重前，先将吊索吊具安装好，在检验确认无误后，先缓慢抬升，等所有钢丝拉紧后，检查各钢丝绳受力情况，确保每条钢丝绳受力均匀后，再开展后续吊装。在吊装的过程中，持续地将主板和小车提升，使机器的活动半径不断减小；在主机离地2m～3m 处停止起吊，随着起重操作逐步摇晃大臂，直到主板接近在建筑物后开始垂直升钩。

3 实证分析

3.1 施工准备

为保证工程施工顺利实施，在正式施工前，需进行场地施工临时用水、用电、设施区域的布置。施工现场内的辅助区域包括生活区、服务区、办公区、构件堆放区域等。

施工场地的围墙构成材料为砖墙，地基采用M7.5灰泥砖砌筑，墙厚37cm，墙高2.5m，净间隔5m。在此基础上，设置两条纵向通道、三条横向通道，在堆放区设计两个入口，以便于在施工现场对物料的运输。设计运输路面宽度为15m～20m，路面为20cm 厚的C25 混凝土，下铺20cm厚的碎石垫层。

在施工场地的居住区和工厂周边设置排水管，施工中产生的废水需要经过处理后再流入城市管网。

临时用电设计：计划将高压供电引至部件厂电力集中的场所，本次规划将配置250kVA变压器1台。

临时用水设计：为确保施工期间供水不中断，满足施工现场的基本生活、施工用水需要，选用市政给水的方式进行临水设计。搅拌站内有一个蓄水量80m3的蓄水池，保证每天的混凝土用水量。

养生设施：在预制件车间中，采用自然养生法进行养护，并将其引入蒸汽养生室，其供气容量可同时满足600m2左右的蒸汽养护室需要。在此基础上，投入2t锅炉，用于供应预制件的保温。

3.2 装配施工验收通过率对比

将每层作为一个验收单元，对钢结构办公楼施工质量进行验收。验收结果见表2。

表2 装配施工质量验收通过率

3.3 钢结构立柱安装偏差检验

为进一步实现对建筑立柱安装质量的验收，对其立柱安装偏差进行检验，其允许偏差与质量验收方式见表3。

表3 钢结构立柱安装允许偏差与质量验收方式

完成质量验收标准的设计后，进行质量验收，将其验收项目编号为①～⑤，统计质量验收结果，见表4。

表4 钢结构立柱安装偏差质量验收结果

4 结语

通过上述研究，得到以下几个方面的结论：

（1）根据表2装配施工质量验收通过率结果，建筑中所有层数的装配施工质量验收通过率均在98%以上，满足工程施工方提出的质量方面要求。

（2）根据表4 钢结构立柱安装偏差质量验收结果，①～⑤项目的质量验收结果为“通过”，说明设计的装配施工方法在实际施工中具有较高的精度，可以提高装配成果的质量。