装配式钢结构建筑施工关键技术研究_李呈龙.pdf

184工程机械与维修CONSUMERS&CONSTRUCTION用户施工柱到指定位置后，通过临时螺栓进行连接板和钢柱耳板的连接，采用倒链等调节措施，并辅以全站仪初步校正钢柱。在设置钢柱吊点时，除了需结合方便施工和稳定的要求进行考虑之外，还需避免钢柱施工时出现变形。一般情况下，多通过焊接在钢柱上的连接耳板完成吊装施工。使用 Q355B 钢板进行耳板制作，板厚度为 20mm，若钢柱质量过大，则需计算后再确定耳板板厚。钢柱吊装施工如图 1所示。校正钢柱包含调整钢柱垂直度以及扭度，当前主要通过无缆风绳法进行校正。将千斤顶安装到钢柱身上，通过千斤顶和经纬仪的相互配合调整钢柱垂直度。在确保柱钉轴线偏移满足要求后，将柱身耳板螺栓拧紧，通过撬棍等调整扭转。在调整完之后，将临时耳板割除，并进行钢柱的焊接。3.2 安装钢梁安装完相邻钢柱之后，需及时进行相邻钢柱间钢梁的安装，以使二者形成稳定体系。若受限于现场条件无法及时施工，则需通过缆风绳固定钢柱，避免钢柱出现变形。钢柱的安装顺序为先主梁后次梁，若一节钢柱有两层，则需要在完成下一层钢梁的安装之后，再进行上一层钢梁的安装。在工厂加工钢梁时需预留吊装孔，以用作施工吊点。0 引言装配式建筑是指通过预制主要部件并加以集成打造而成的建筑1。当前，装配式建筑已经得到了广泛的推广使用，但作为其中的一种重要结构形式，装配式钢结构并未在众多装配式建筑中占据较高比例。2019 年，住房和城乡建设部强调2，要在全国有序推进装配式钢结构住宅，以此推进我国装配式钢结构体系的发展。装配式钢结构建筑有较多优点，但其在推广使用时仍有不少问题，最为主要的则是装配式钢结构建筑的施工技术尚且不够成熟。本文以某装配式钢结构高层建筑为研究背景，探讨了钢构件制作以及装配式钢结构建筑的施工技术，并通过有限元分析软件进行建模分析，对比了一次性加载法和逐层加载法的计算结果、钢柱竖向变形和钢柱预找平值。1 工程概况某 装 配 式 钢 结 构 高 层 公 共 建 筑 的 建 筑 总 面 积 为51603m2，地上和地下的面积分别为 37565m2和 14038m2，地上部分使用的是框架-支撑结构体系，地下部分使用的是框剪结构体系。建筑结构有二级安全等级，8 度抗震烈度，设计使用年限 50 年，耐火等级一级。选用 Q355 作为结构材质。2 构件制作制作钢构件的难点在于确保钢板的焊接质量。在钢结构中，焊接是其主要连接形式，但焊接结构对于裂纹较为敏感，一旦有裂纹出现就容易出现扩展3，因此控制焊接质量对于确保构件安全而言非常重要。一般情况下，裂纹多通过两端对开孔或补焊的方式进行处理。3 主体结构施工3.1 安装钢柱根据现场吊装需要和具体条件选取吊装设备。吊装钢装配式钢结构建筑施工关键技术研究李呈龙摘要：以某装配式钢结构高层建筑为研究背景，探讨了钢构件制作以及装配式钢结构建筑的施工技术，并通过有限元分析软件进行建模分析，对比了一次性加载法和逐层加载法的计算结果、钢柱竖向变形和钢柱预找平值，为后续类似工程提供参考。关键词：装配式钢结构建筑；施工技术；有限元模拟（中铁十九局集团第五工程有限公司，辽宁大连 116000）图1 钢柱吊装CM&M 2023.01185每施工完一个区域，及时完成楼层梁的施工，以便于安装下一区域4。将钢梁吊装到指定位置之后，需要及时夹好连接板，再拧紧连接螺栓。钢梁一般可通过螺孔进行吊装，若钢梁质量过大，则需在制作钢梁时进行吊耳焊接，以作为吊装时的辅助工具。3.3 楼板施工3.3.1 钢筋桁架楼承板施工钢筋桁架楼承板在工厂预制而成，多数情况下由三榀桁架组成一块楼承板。基于施工条件和便于施工的角度考虑，将桁架楼承板运输到现场并确保检验合格后，应将其合理堆放到指定位置，并进行标记。在吊装施工时，将 U 型卡口木制托板条设置到楼承板底部和上部位置，通过两个吊装带吊装楼承板，以利于平衡。在吊装楼承板到指定位置之后，需及时开展铺设施工。楼承板铺设之前，需将堵缝角钢焊接到钢梁两侧，以免钢梁两侧出现漏浆情况5。堵缝角钢焊接如图 2 所示。结合排版图，根据排版方向确定堵缝角钢上的第一条位置基准线，在钢梁翼缘上确定钢筋桁架起始基准线。按照所得到的基准线确定楼承板的安装位置，并以此进行安装。若所安装楼承板不满足宽度标准要求，则需根据设计需要在工厂进行切割。在安装楼承板时，需同步进行钢梁栓钉的焊接。3.3.2 混凝土叠合板施工在支撑体系安装之前做好施工方案，并校核支撑体系的强度和刚度。在水平方向上，必须确保浇筑后的楼板平整度满足要求。当前主要有木模板和铝模板两种支撑体系，在具体设计时应按照便于施工、性能较优的原则选取。作为水平构件，混凝土叠合板适合使用平吊方式进行吊装。必要时可通过计算，确定吊装位置、吊点量和方式。多数条件下将吊点设置到四角，以确保均匀受力。吊装到设计位置前，需在距离约 300mm 的位置稍作停顿，并结合图纸进行定位。在混凝土浇筑之前需清理好表面，将叠合面杂物和灰尘清扫干净，并洒水湿润。在清理干净叠合面之后，才可进行叠合板混凝土的浇筑。混凝土宜采用从中间到两边连续浇筑的方式进行施工。通过平板振捣器开展振捣，在浇筑完混凝土之后，通过塑料薄膜开展养护施工，一般养护时间应在 7 天以上。4 工程模型建立以项目东楼为背景，通过有限元分析软件进行建模。模型材料与截面参数以设计方案为准，采用梁单元进行建模，并通过扩展功能建立钢管混凝土柱，通过桁架单元建立矩形支撑。模型所用单元共有 3794 个，立面图如图 3 所示。约束空间 6 个方向自由度，将其作为模型底部边界条件。刚性连接以约束节点的方式进行定义。假定楼板平面的刚度无限大，不考虑梁刚度受楼板的影响。施工模拟时，主要考虑重力荷载、附加恒载和活载等作用6。5 施工模拟分析5.1 一次性加载与逐层加载结果对比对比一次性加载和逐层加载的位移和应力变化情况，限于篇幅，本文仅给出结论。5.1.1 最大位移对比在一次性加载工况下，从底层到顶层位移不断增加，且在顶层出现位移最大值。而在逐层加载工况下，位移表现为中间大两端小的变化规律，在结构中间层出现最大位移。一次性加载的工况下的最大位移值为 47.55mm，逐层加载的工况下的最大位移值为 24.04mm，两者相差 49.42%。由此可以看出，两种工况有不可忽略的差距。一次性加载施工时，未对逐层找平施工造成的影响进行考虑，不符合真实的施工状况。该种差距形成原因主要有两方面：一方面，是一次性加载时，各层荷载导致本层和下层出现变形也会导致上层出现变形；另一方面，是各层标高未补偿下层楼层，从而影响到标高的实际值和设计值。5.1.2 梁单元应力对比梁单元在一次性加载时的最大应力为 180.5N/mm2，逐层加载时的最大应力为 153.7N/mm2。分析认为，一次性加载对构件内力做出的估计过大，使得计算结果偏大。鉴于据此设计会引起材料浪费，建议将逐层加载模型中成桥之图2 堵缝角钢焊接图3 模型立面图角钢186工程机械与维修CONSUMERS&CONSTRUCTION用户施工后的内力分析结果予以考虑。5.1.3 主体钢结构支座反力对比支座反力的比较如表 1 所示。从表 1 可以看出，两种工况下的结构支座反力有着显著差异，其中，140 号节点弯矩对比差高达 69.43%。分析认为，可能是因为基数过小，在一次性加载时弯矩值仅为 35kN/m 的，为此产生较大的对比差。相比于一次性加载工况，逐层加载施工下支座反力和弯矩值偏小，逐层加载的施工方式更加符合实际施工状态。5.2 钢管混凝土柱竖向变形对比竖向变形过大会使得结构出现附加应力，从而导致墙板出现裂缝、幕墙管道损坏等，因此研究钢管混凝土竖向变形有一定的必要性。选取代表性较强的四根钢管混凝土柱做研究对象，提取软件计算结果进行对比，限于篇幅，本文仅列出部分数据。柱 1 竖向变形对比如图 4 所示。研究结果表明，4 根柱在逐层加载工况下，所产生的竖向变形的变化趋势表现为鱼腹型，与一次性加载工况对比，两者有 2 倍左右的均差。在逐层加载的工况下，柱 2 所产生的最大竖向变形值最小，柱 4 作为中柱出现竖向方向变形最大值。综上，两种施工工况下的钢柱最大竖向变形值的产生位置有所不同，且截面最大柱的竖向变形相对较小，中柱则存在较大的竖向变形值。因此，在施工时应加强对中柱和边柱竖向位移的监测，并及时开展找平施工。而针对截表 1 支座反力比较节点号一次性加载FXYZ/kN逐层加载FXYZ/kN对比差/%一次性加载MXYZ/（kN/m）逐层加载MXYZ/（kN/m）对比差/%1401223954-21.973510-69.4314254414236-22.13148137-7.3715158314655-20.154032-19.5015254634349-20.384525-43.4715518051434-20.536.777.074.41参考文献1 王铮,张庆周.装配式 PC 构件生产加工阶段增量成本控制 J.北京力学会第 26 届学术年会论文集,2020.2 童春华.住房和城乡建设部建筑市场监管司下发通知要求做好 建筑市场监管信息系统连接试点工作J.中国勘察设计,2013(1):18-18.3 金凌志,廉德铭,李丽,等.钢筋桁架超高性能混凝土叠合板受 弯性能试验研究 J.工业建筑,2020,50(3):69-75.4 万勇.装配式钢筋桁架楼承板施工技术与工艺 J.城市建筑,2016(35):76-77.5 李宗志,王东,邓成邦,等.横向钢筋对钢筋桁架楼承板的影响 研究 J.中国水运,2020(7):155-157.6 彭军.装配式钢结构住宅关键技术研究与工程实践 D.合肥:合肥工业大学,2017.面较大的柱，因其竖向位移较小，简单进行监测即可。5.3 竖向构件预找平值计算与分析对竖向构件预找平值计算，限于篇幅，本文仅列出部分数据。柱 1 预找平值如图 5 所示。研究结果表明，随着楼层号的不断增加，4 根柱的预找平值均表现出不断减小的规律，说明在结构底部楼层各柱预找平值较大，且随着楼层的不断增高不断减小，结构最顶层预调平值最小，不需要找平。柱 1 和柱 2 的预找平值小于 0.6mm，为便于施工，可以不开展找平工作。柱 3 和柱 4 的预找平值相对较大，但每层找平数值较小，建议在制作构件时分段调整构件下料长度。6 结语本文以某装配式钢结构建筑为背景开展研究，分析总结了该装配式钢结构建筑的构件制作和施工工艺，通过有限元模拟的方式，对比了一次加载法和逐层加载法下各指标差异情况，对施工模拟必要性做出了验证，并探讨了各钢柱竖向变形以及预找平值，可为类似施工提供参考。图4 柱1竖向变形对比图5 柱1预找平值层柱1施工模拟柱1一次性加载楼层位移/mmi/mm