高层钢结构装配式住宅建筑的主要问题分析

杨雪峰

（广东省重工建筑设计院有限公司，广东广州 510900）

0 引言

住宅建筑与公共建筑在结构上存在一定差异，在建设的过程中应用创新的钢结构能够全面提高工程的质量。现阶段，我国高层钢结构装配式住宅建筑仍处于初步发展阶段，缺乏较为完善和统一的结构体系。目前的结构体系有钢管束剪力墙结构、异形钢管柱框架结构等，需要对其进行研究和分析，以精准判定其存在的问题。

1 案例概述

为了更好地解决当前高层钢结构装配式住宅建筑工程中的问题，需要分析和研究实际案例，分析其涉及的钢结构装配式工程，从而掌握高层钢结构装配式住宅建筑工程建设的不足之处，更加精准地定位和分析问题。

本文对广东省东莞市某高层住宅建筑工程进行研究和分析，该工程实际建筑面积约为45 000 m2，整体建筑高度为110 m，以钢结构作为主体设计形式，并为了节约工程建设的时间，提高施工效率，以装配式施工方式完成钢结构工程的建筑和安装[1]。该高层住宅建筑在设计过程中设定的耐久期限为60年，以1 m厚的筏板钢混结构作为住宅建筑的基础构造部分，其涉及的钢结构材料均符合国家一级强度标准。该住宅建筑设置地上民用住宅以及地下停车库，地上住宅有28层（图1），地下停车库有2层。对于这一工程项目的研究，最为关键的是研究其钢结构及装配方式。

图1 钢结构装配式住宅建筑工程

2 钢管束组合剪力墙结构

2.1 钢管束剪力墙

本文研究的高层住宅建筑工程以钢结构为整体结构体系，其中最为关键的是钢管束组合剪力墙结构，其借助卷边U型钢以及方钢管单元连接，从而打造完整的钢管束剪力墙。钢管束剪力墙的组合方式包括一字型、C型、Z型、T型以及L型，其中最为常见的是L型、Z型和T型，如图2所示。在打造钢管束剪力墙时，方钢管转角与冷弯卷边U型槽焊接组成一体结构，这样的钢结构实际钢壁厚度需为4～8 mm，并需具有良好的支撑，因此，底部加强区实际钢结构厚度需大于6 mm，其他结构位置实际厚度不得小于4 mm[2]。

图2 钢管束剪力墙组合横截面

打造好的钢管束剪力墙体实际厚度有150 mm及130 mm两种规格，需要根据不同建筑工程的实际状况调整规格。本高层住宅钢结构装配式建筑的剪力墙实际厚度约为150 mm，调整范围不得超过200 mm，并且按照三层安装一节的标准，钢管束剪力墙纵向长度需控制在9000 mm左右。同时，可以根据装配式建筑方式、工艺以及不同吊装设备的具体情况，对长度标准做出调整。

2.2 钢结构的制作与施工安装

由于当前高层住宅建筑工程的施工模式为钢结构装配式施工，因此施工现场应用的钢结构材料均为工厂预制件，钢梁、钢管以及钢柱等材料在工厂制作完成后运输到施工现场，经过焊接组装形成建筑工程所需的剪力墙组合横截面。并且需要根据施工图纸的要求，对加强板及施工节点钢板进行焊接处理，预留钢筋孔，做好装配式建筑结构吊装施工前的完善准备工作。本工程的钢管束组合剪力墙结构体系包括钢梁、钢柱等，施工环节与其他工程的一致，需要按照住宅建筑每三层安装一节钢材的原则施工，安装后需要及时校正，并及时焊接本柱节内的钢梁、钢板、钢柱。

需确保剪力墙结构具有良好的质量，符合施工设计图纸当中的尺寸，并全面检查高强度螺栓的连接紧密度，确保剪力墙整体钢结构材料的施工安装无质量问题。在确认剪力墙钢结构材料施工安装符合要求后，方能进行剪力墙与钢柱之间的混凝土浇筑施工。混凝土浇筑施工应用无收缩自密实混凝土材料在钢管束剪力墙以及钢管柱内部进行浇筑，在施工浇筑前应检查混凝土当前的配比材料，确保其符合设计要求的强度指标，并选用符合工程实际建设需求的工艺，全面降低混凝土坍落度，确保混凝土浇筑完成后的整体剪力墙结构具有良好的质量。

2.3 关键节点的施工方式

本工程应用的钢结构装配式建筑形式及钢管束剪力墙作为创新施工方式和结构，其施工相较于传统钢结构的施工而言，在施工节点存在缺陷，导致无法全面焊接钢管束横截面，容易影响剪力墙内部的钢柱竖边焊接质量。因此，需要密切关注钢管束剪力墙关键节点的施工方法。其中有关中间对接的关键施工节点由于纵向连接钢塑管存在问题，难以焊接内部钢管壁，导致该处连接位置质量较差。因此，需要以过渡钢板结构模式提高连接强度，在钢管束剪力墙顶部焊接过渡钢板。

这一焊接施工环节需要在吊装施工前完成，以全熔透焊缝的方式促使过渡钢板与钢管束剪力墙紧密连接，应用补强钢筋填补钢管空腔内部的钢管束连接缝。浇筑混凝土后，确保当前剪力墙受力性能有所提升[3]。除此之外，由于钢梁和钢管束的焊接施工应用的钢材料厚度为4～6 mm，如若二者直接焊接，难以确保施工节点的受力满足既定要求。因此，需要借助补强钢板提高焊接强度，应用补强钢板连接钢管束处进行预先焊接，借助塞焊及角焊缝方式在钢管束外侧焊接补强钢板，最后，焊接补强钢板及钢梁连接板。

3 异型钢管柱框架结构

3.1 结构构件

异型钢管柱框架结构包括H型钢、异型钢管柱以及型钢梁等结构。本文的案例主要以异型钢管柱为主要结构焊接U型槽钢，组成钢框架支撑结构。其中，方钢管规格为150 mm×150 mm，U型钢槽长为150～600 mm，宽度约为150 mm。若观测到当前钢管材料壁厚度大于12 mm，需要应用U型槽及方钢管对钢板进行焊接。若加工U型槽钢较为困难，可以应用矩形钢管替代。异型钢管柱连接结构如图3所示。

图3 异型钢管柱连接结构

3.2 施工节点

基于现代建筑结构的建设需求，钢结构装配式高层住宅建筑钢结构的适用刚度如表1所示，在满足表1中的既定参数条件后，可开展有关重点施工节点的施工建设。要求对接竖向钢柱节点，确保上下异形钢管完整焊接，并预留连接段，做好中间柱的焊接处理，随后对连接段进行焊接。对于钢柱与钢梁之间的施工，则需要确保二者的连接良好，应用加强钢板连接异形钢管柱及钢梁，促使钢梁与异形钢管柱形成刚性连接效果[4]。

表1 钢结构住宅建筑抗震等级结构规格

4 高层钢结构装配式住宅建筑问题

4.1 结构体系有待完善

以往住宅建筑工程应用的钢结构体系难以匹配建筑市场中的主流户型，钢结构装配式体系结构有待完善。

4.2 成本高

由于钢结构装配式住宅建筑在我国尚处于初步发展阶段，缺乏相关经验，导致产业链尚未发展完整，可广泛推广的项目较少，缺乏规模性优势，并且与传统的钢筋混凝土现浇结构相比，钢结构装配成本较高。

4.3 防腐问题

不同于钢筋混凝土建筑，高层钢结构装配式住宅建筑最为关键的问题是防火及防腐问题。防火问题可使用防火板以及在钢材外表面涂抹防火材料等方式有效解决。但现阶段钢材的腐蚀问题需要通过定期涂刷油漆的方法解决，然而在住宅实际使用的过程中应用油漆，会对业主的生活造成影响，操作难度较大。

5 发展建议

5.1 制定完善的装配标准

钢结构装配式住宅建筑体系作为我国新兴住宅建筑结构体系，在初步尝试阶段已取得良好的成效，今后需要我国住建部针对发展现状提出相应的发展政策，并制定完善施工标准，促进钢结构装配式住宅建筑体系的发展。

5.2 引入EPC总承包模式

可借助于EPC总承包模式，促使总承包单位完全承包钢结构相关工作，使相关单位负责高层钢结构装配式住宅建筑涉及的施工设计、采购、钢结构预制、土建以及装修等众多环节，全面控制成本与质量。

5.3 研究防腐问题

防腐问题是现阶段高层钢结构装配式住宅发展过程中的主要问题，为了能够全面解决落后的防腐措施严重影响钢结构住宅质量的问题，需要积极研发防水涂层，在钢结构外层涂抹喷刷防水涂层，从而提高钢结构自身的防腐性能，确保装配式高层建筑具有良好的质量保障[5]。

6 结语

现阶段高层住宅建筑应用的钢结构装配式结构体系最主要的问题是结构体系标准不完善，防腐技术较落后，以及建设成本较高等，需要有关部门重视创新结构体系在我国建筑工程发展中的优势，及时解决上述问题，确保高层钢结构装配式建筑逐渐发展成熟。