裝配式鋼結構住宅一體化建造技術

張 兵

1. 上海市機械施工集團有限公司 上海 200072；

2. 上海面向典型建筑應用機器人工程技術研究中心 上海 200072

在新型建筑工業(yè)化發(fā)展不斷加速的大背景下，大力發(fā)展和推廣鋼結構、裝配式混凝土建筑，依托新發(fā)展理念，以新型建筑工業(yè)化帶動建筑業(yè)全面轉型升級，是建筑行業(yè)產(chǎn)業(yè)升級新的發(fā)展方向[1]。

1 裝配式鋼結構住宅施工一體化概述

目前我國裝配式鋼結構住宅仍處于推廣普及的起步階段，還存在各種各樣的問題有待解決。工程界面眾多是其中主要因素之一，涉及混凝土預制構件、鋼結構、機電、精裝等多個專業(yè)。單一專業(yè)單位“按圖施工”的傳統(tǒng)施工工藝和管理模式，已經(jīng)無法滿足快速、高效、高精度、高質量的裝配結構施工需求。

借助BIM技術的數(shù)據(jù)化和信息化優(yōu)勢，多專業(yè)融合、一體化聯(lián)動，整合鋼結構、預制混凝土構件、機電等工程理論模型，解決空間碰撞、連接節(jié)點細化設計和專業(yè)界面劃分問題。隨后通過設計→加工→安裝產(chǎn)業(yè)鏈過程中的數(shù)據(jù)反饋，調整實測模型，確保構件加工和安裝精度，解決前后道工序搭接的主要矛盾。

通過跨專業(yè)的協(xié)同聯(lián)合，形成一個系統(tǒng)化的施工聯(lián)合體，上下游延伸，提高施工效率，從而打造鋼結構住宅精品工程[2-4]。

2 工程概況

作為裝配式鋼結構住宅工程的典型案例，位于上海市浦東新區(qū)惠南新市鎮(zhèn)25號單元（宣橋）05-02地塊的鋼結構住宅工程是一體化綜合建造的示范項目。工程建筑面積約5 950 m2，建筑高度為43.6 m，為14層小高層住宅。

主體結構形式為鋼框架-支撐結構?；炷令A制構件分為疊合樓板、預制樓梯、外墻板、陽臺。預制外墻板采用夾心保溫板的形式，主要規(guī)格為厚160 mm（60 mm混凝土＋40 mm保溫層＋60 mm混凝土），與鋼梁通過調節(jié)螺栓連接。

疊合樓板連接方式為樓板搭接至鋼梁上翼緣20 mm，綁扎鋼筋后現(xiàn)澆混凝土。樓梯、陽臺等混凝土預制構件為直接擱置于鋼梁上翼緣位置。

3 施工路線分析

基于裝配式鋼結構住宅的特點，本工程有待解決和希望突破的壁壘主要有以下幾點：

1）在裝配式建筑更加適合引入BIM技術的前提下，需要對傳統(tǒng)設計施工的產(chǎn)業(yè)鏈進行升級改造，打通耗能環(huán)節(jié)，提高協(xié)同效率。

2）施工階段需要依據(jù)裝配式工程建造的特性，建立新形式的施工模式和技術路線，既要確保施工高效性，又要一體化協(xié)調各專業(yè)工序搭接，消除施工節(jié)點矛盾。

3）外墻施工精度和防水施工是工程的關鍵，具體精度調整措施和方法決定裝配式鋼結構工程的成敗。

4 基于BIM的設計施工一體化

一體化建造模式要求設計階段主動向下游延伸，綜合考慮施工過程中主體結構承載力和結構變形，來調整外墻板方案。同時，憑借BIM合模，從外向內，逐步穩(wěn)定外墻板結構形式和分塊布置、轉接系統(tǒng)設計、框架結構體系設計、后續(xù)多專業(yè)工程合模與模擬計算分析，最終確定最優(yōu)方案，大大減少施工階段反復設計調整的工作量，提高建造效率。

現(xiàn)場裝配施工階段，以精度控制為主控方向。由內而外，主體結構安裝考慮后道工序，在滿足規(guī)范精度要求的基礎上，統(tǒng)一向內側負偏差，且總體垂直度偏差小于2 cm。轉接件分上下節(jié)點，通過板內預埋件與框架梁上支座連接；板塊平整及精度控制均由轉接件調節(jié)余量完成（圖1）。

圖1 外墻板連接節(jié)點

此外，基于BIM合模對多專業(yè)施工內容的整合能力優(yōu)勢，機電模型與鋼結構模型的合模，可以確定電管、水管等管線的走向及規(guī)格，在鋼結構深化設計階段完成開洞工作。同時也可以在設計階段優(yōu)化室內裝修方案，提前完成軟碰撞及硬碰撞檢查。

5 一體化施工管理

裝配式鋼結構住宅在施工過程中的最大優(yōu)勢體現(xiàn)在快速化建造工藝。鋼結構及混凝土預制構件數(shù)量較多，且鋼結構連接多以焊接為主。以一體化施工管理為主導思想，多專業(yè)聯(lián)動，從工序搭接和工藝流程細化角度提高建造效率，避免多工序集中、等工、扯皮等問題。

首先，鋼結構豎向構件分段應匹配其他工序施工節(jié)奏，避免領先過多或過少等問題出現(xiàn)。

其次，采取豎向流水搭接施工，通過不同類型構件的連接形式，對整體的施工流程進一步細化并緊密搭接。利用鋼結構焊接時間完成預制疊合樓板、預制樓梯等樓層結構的安裝工作，鋼結構安裝始終領先疊合樓板以及預制樓梯1層。

最后，預制外墻板采用外掛形式，無需跟隨主體結構層層施工，可在主體結構施工數(shù)層后，通過鋼結構焊接所產(chǎn)生的時間差及增設輔助吊裝機械完成安裝。采取穿插施工，合理分配勞動力，實行精細化進度管理，最終達到減少人工和優(yōu)化總工期的效果。

6 外墻精度控制關鍵技術

一體化建造的最后一道工序為外墻板安裝及防水施工，這也是裝配式鋼結構住宅最為關鍵的一道工序。在結構和轉接件提供足夠調節(jié)余量的前提下，外墻板安裝精度的控制就需要更加精確和細致。

根據(jù)外墻板連接節(jié)點的特點及形式，主要分為以下幾個步驟對板塊x、y、z軸向精度進行調整（圖2）。

圖2 外墻板垂直度調節(jié)

1）外墻板吊裝至安裝位置后，通過下節(jié)點調節(jié)螺栓，調整豎向標高。

2）上節(jié)點完全固定后，外墻板基本處于豎直狀態(tài)，可使用手拉葫蘆對外墻板垂直度進行微調。

3）在標高、垂直度均調整完畢的情況下，以下節(jié)點外露埋件、鋼柱、栓釘作為受力點，利用千斤頂對外墻板進行面內水平向微調。

在安裝下一層墻板前，需在已安裝墻板上表面安裝橡膠條，待全部墻板均安裝完畢后，開始進行外墻板外縫的處理工作。外縫采用PE棒加密封膠的形式，打密封耐候膠的目的是防水、防塵、保溫及確保外墻面的整體效果。

7 結語

本工程鋼結構和混凝土預制構件作為一個有機整體，突破傳統(tǒng)施工理念，設計跨后綜合考慮施工需求，施工超前協(xié)助完善設計方案，鋼結構深化設計和施工兼顧后續(xù)施工搭接。通過各方協(xié)同互補，一體化融合，使得建造過程更加高效和整體，確保了工程進度、質量和安全。

通過合理的流水搭接和工序劃分，充分發(fā)揮人工和機械效率，使建造過程始終處于高效狀態(tài)。借助設計和深化階段BIM合模的提前介入，從源頭解決后續(xù)的機電安裝、室內裝修等工作過程中的碰撞問題，進一步確保施工的順利開展。建筑工業(yè)化、綠色建筑和建筑一體化信息管理已經(jīng)成為我國建筑行業(yè)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級的三大重要戰(zhàn)略方向。隨著產(chǎn)業(yè)化在政策、市場、效益驅動下的不斷發(fā)展，作為產(chǎn)業(yè)化的最終產(chǎn)品，鋼結構建筑、結構、設備和裝修的一體化、集成化建造必將在建筑市場中得到廣泛的使用并承擔更大的社會責任，引領建筑市場向綠色、節(jié)約型方向穩(wěn)步邁進。