钢结构建筑全预制外墙施工工法

1钢结构建筑全预制外墙施工工法随着装配式建筑和预制构件的迅速发展，工程建设项目周期在不断地缩短，同时针对当下社会经济的迅速发展，业主对于工程建设的施工速度逐步提高，而为了满足这一需求，装配式建筑成为建筑行业的主流。本工法依托深圳市市长圳公共住房及其附属工程项目和实验学校南校区二期设计采购施工总承包工程项目解决单位工程在较短的工期内完成建设并投入使用，传统施工工艺无法按时完成的难题，总结出一套钢结构建筑全预制外墙的施工工法。钢结构建筑全预制外墙施工工法已申报实用新型专利，同时该工法经科技查新，在国内尚未见相关报道，经广东省建筑业协会科技成果鉴定会鉴定为国内领先技术。2.1缩短建设周期本工法采用钢结构+全预制外墙的结构形式，钢结构和预制构件均为工厂预制，同时由于预制构件可达到免抹灰的清水混凝土效果，可减少外墙处理工序，从而缩短建设周期，节约工期。2.2降低工程造价本工法缩短建设周期，减少了外墙处理施工工序，节约了人员、材料和机械的投入。2.3提高施工质量预制外墙和钢结构均在工厂提前生产，施工质量得以保证，同时采用密封胶对结构缝隙进行封堵，提高了结构防渗漏的性能。2.4安全保障性强由于采用钢结构和预制外墙，避免了外墙现浇施工，减少了高空作业的工程量，提高了施工的安全性。2.5可实施性强由于采用钢结构和预制外墙，均为重复操作，便于工人操作，可实施性强。本工法适用于钢结构和全预制外墙的工程。2本工法主要解决了传统施工工艺无法在较短时间内建造完成单体项目的问题，核心在于采用钢结构+全预制外墙结构形式，预制外墙与钢结构采用预埋支座螺栓连接方式；预制外墙之间拼缝采用密封胶封堵，缩短现场外墙处理的施工工序，从而缩短工期。同时采用1+2+1的形式即结构凹槽防水+双层密封胶封堵+中空疏水槽如图4-1所示，其中在预制外墙内外侧分别施工密封胶，然后两层密封胶中间设置渗漏水疏水槽，将渗漏水排至室外散水。传统全现浇钢筋混凝土结构施工周期较长，且施工质量较差，主体结构施工完成后仍需要对外墙进行螺杆孔洞封堵等外墙处理施工，根据现阶段的外墙封堵质量存在一定的漏水隐患，后期二次处理将会花费大量的人工费、材料费和机械费。由于钢结构和预制外墙都是提前预制，现场安装，可以节约工期，同时，预制外墙和钢结构在工厂加工，构件的平整度、垂直度等精度高，不需要后期对外墙进行处理，因此可以缩短施工周期，节约费用。图4-1防水原理图钢结构和预制外墙深化设计→施工测量→基础及预埋件施工→钢结构吊装→预制外墙吊装→预制外墙缝隙铺贴美纹纸→预制外墙缝隙打胶→移除美纹纸35.2.1钢结构和预制外墙深化设计根据单体建筑的相关参数将本结构体系进行拆分，在满足建筑使用功能的前提下，实现功能单元的标准化设计，深化设计的主要考虑标准化、模数化、轻型化、少规格多组合。针对钢结构采用BIM模型对整体进行建模如下图5.2.1-1。图5.2.1-1钢结构BIM模型然后综合考虑与预制外墙的连接，将结构进行深化设计，钢结构构件深化设计如表5.2.1-1.表5.2.1-1钢结构BIM模型构件名称结构模型型钢规格方管钢柱RHS400*14RHS500*400*16钢框梁H650X250X20X20H500X250X12X184次钢梁H400X250X12X18钢楼梯花纹钢板钢结构细部节点深化如表5.2.1-2表5.2.1-2钢结构细部节点构件名称效果图备注柱底节点主次钢梁刚性连接节点5主次钢梁铰接连接节点牛腿连接节点由于钢结构和预制外墙均为工厂预制，因此对于钢结构和预制外墙之间的连接节点是本结构体系的关键，保证钢结构与预制外墙连接牢固密实，同时预制外墙安装平整度达到规范要求。通过深化设计，钢结构与基础采用地脚螺栓连接，相关连接节点如下图5.2.1-2.所示。6图5.2.1-2钢结构连接节点钢结构与预制外墙采用螺栓连接，相关连接节点如下图5.2.1-3所示7预制外墙与钢梁连接节点预制外墙细部连接节点板底连接节点板中连接节点图5.2.1-3钢结构与预制外墙连接节点5.2.2施工测量钢柱的平面位置确定和垂直度调整，用全站仪放样出柱子轴颈中心位置在埋件上的准确位置，吊装柱子，调整柱子就位中心和轴线的偏差。吊装完成后调整垂直度偏差：吊装后要对钢柱的垂直度进行全面的重新校正。校正的方法是借助千斤顶或葫芦进行推或拉的校正，使钢柱的垂直度偏差达到允许的范围之内。采用经纬仪检查垂直度的方法是用经纬仪后视柱脚下端的定位轴线，然后仰视柱顶中心线，互相垂直的两个方向柱顶中心线投影均与定位轴线重合，或误差小于控制要求，认为合格。垂直8控度偏差在焊接前后都应严格控制，最终保证焊后垂偏数据在规范之内。控控制轴线制轴线图5.2.2-1基础点位控制5.2.3基础及预埋件施工预埋件施工按照以下流程：基础施工--预埋件安装位置测量定位--预埋件安装--预埋件临时固定--预埋件安装位置复核测量—预埋件加固－－浇筑混凝土。根据幼儿园施工图纸，首先对钢结构立柱进行定位放线，然后根据图纸要求施工钢结构立柱基础及底梁。图5.2.3-1基础及地梁施工随后安装基础内部预埋件9图5.2.3-2预埋件安装钢结构预埋件安装随砼结构施工同步进行，当土建施工到对应的结构标高时，钢结构预埋件在土建施工钢筋完成安装后，及时安装预埋铁件。预埋件有2种，预埋铁件，预埋锚栓。预埋铁件安装；预埋铁件是预埋在竖向砼结构上的平面埋件，预埋铁件主要是下部吊挂钢结构的焊接用固定用铁件。预埋铁件的预埋要求为平面与砼面一直，轴线，标高±偏差控制在20mm.预埋锚栓是垂直预埋在砼结构立面用于定位和固定钢桁架的基准控制节点。预埋锚栓埋设精度要求较高。预埋锚栓的安装要求为标高±3mm，轴线偏差±5mm。预埋件安装后，要进行必要的测量复核，测量复核后，对预埋件进行必要的固定，预埋件的固定必须保证预埋件在土建砼施工过程中，不会有较大的偏位。5.2.4钢结构安装根据钢结构施工图纸及钢结构安装方案将钢结构梁和钢结构立柱进行安装。5.2.4.1安装流程如下图5.2.4.1-1所示地脚螺栓的预埋安装第一批钢柱安装一层主次梁安装第二批钢柱安装二层主次梁安装三层主次梁安装屋顶主次梁安装楼梯安装图5.2.4-1钢结构安装流程图5.2.4.2钢结构安装要点（1）待吊装完成一个施工段，钢构形成稳定框架单元，经测量校正后安装高强螺栓。（2）扭剪型高强螺栓安装时应注意方向：螺栓的垫圈安在螺母一侧，垫圈孔有倒角的一侧应和螺母接触。（3）高强螺栓的紧固分两次进行。第一次为初拧：初拧紧固到螺栓标准轴力（即设计预拉力）的60%～80%。第二次紧固为终拧，终拧时扭剪型高强螺栓应将梅花卡头拧掉。（4）钢结构安装螺栓孔的孔径及偏差如下表：名称直径及允许偏差（mm）螺栓直径允许偏差螺栓孔直径允许偏差+0.43~0+0.52~0+0.84~0圆度（最大和最小直径之中心线倾斜度不大于板厚的3%，且单层板不大于2mm，多层板组合不得大于3mm5.2.5全预制外墙的安装5.2.5.1预制构件吊装（1）预制外墙安装前测量工在楼层弹位置线和300mm控制线，同时在周边现浇结构弹1m线，便于控制预制外墙的平面位置和尺寸偏差；（2）预制外墙应根据水准点和轴线校正位置，高度和宽度方向允许偏差控制在4mm内；（3）预制外墙安装完成后表面平整度内表面允许偏差为4mm，外表面允许偏差为3mm，垂直度偏差应控制在10mm内。吊装过程照片如下图5.2.5-2所示预制外墙吊装预制构件就位图5.2.5.1-1安装过程照片5.2.5.2微调及固定根据预制构件与钢结构的连接节点要求，将两者进行连接，若出现偏差应采用电动葫芦及时微调，保证安装的准确性，随后用螺栓或七字码将预制构件与钢结构连接牢固。图5.2.5.2-1微调及固定5.2.5.3解除吊具预制构件支撑及固定装置安装完成后，拆除预制构件吊装工具，进行下一块预制构件吊装。5.2.6贴美纹纸待每一层预制构件安装完成后需对每个缝隙进行封堵，为保证缝隙封堵美观性，提前在缝隙两侧粘贴美纹纸。采用项目部研发的美纹纸铺贴仪进行施工。美纹纸铺贴前对预制外墙基层进行处理，清除外墙表面的杂物及灰尘，同时保持墙面干燥。由于本工法采用内外两层密封胶封堵，需要在内外两侧铺贴美纹纸。图5.2.6-1铺贴美纹纸5.2.7密封胶施工美纹纸铺贴完成后，采用毛刷清除缝隙内部的浮尘及杂物，随后采用进行密封胶施工。（1）根据填缝的宽度，45度角切割胶嘴至合适的口径，将外墙密封胶置入胶枪中，尽量将胶嘴探到接缝底部，保持合适的速度，连续打足够的密封胶并有少许外溢，避免胶体和胶条下产生空腔；（2）施工前在内外两侧同时塞入PE棒，塞入深度不小于40mm，确保密封胶深度不小于30mm，相应节点如下图所示：图5.2.7-1铺贴美纹纸（3）确保密封胶与粘接面结合良好，并保证设计好的宽深比；（4）当接缝大于30mm或为弧形缝底时，建议两步施工，即打一半之后用刮刀或者刮片下压密封胶，然后再打另一半；施打竖缝时应注意由下向上，缓慢移动保证注胶饱满。缝隙超过3.5厘米的时候分两次注胶，待第一次所打胶体固化后施打二次填满缝隙，防止胶缝过宽导致流挂现象。（5）密封胶施工完成后，用特制刮刀或其他工具将密封胶刮平压实，保证胶面距离墙面2毫米，禁止来回反复刮胶动作，保持刮胶工具干净；图5.2.7-2清除缝隙内杂物图5.2.7-3密封胶施工5.2.8移除美纹纸当密封胶施工完成后，待其达到设计强度后，移除美纹纸，移除美纹纸应注意以下几点：（1）美纹纸胶带必须在密封胶表干之前揭下，以防止密封胶表面固化后不易撕脱，影响胶缝美观。美纹纸撕扯速度不宜过快，以免影响胶缝外观。施工完成后，立即用或者其他溶剂清洗工具。固化了的密封胶只能用机械刮除方法去除；（2）施打竖缝时自下而上修饰，刮刀上多余的密封胶可以填入接下来要施工的缝隙中（注意刮刀清洁，避免异物混入密封胶中）。图5.2.8-1移除美纹纸表6.1-1主要材料序号名称规格1混凝土C25、C30、C352预制外墙/3预制钢梁/4预制钢柱/5钢板440mm×500mm×10mm6硅酮结构密封胶表6.2-1安装设备工具序号设备名称数量（台）用于施工部位备注1履带吊2构件吊装2汽车吊2构件吊装31构件吊装4挖掘机2土方开挖与回填5运输汽车土方运输6砂轮切割机2整个工程7角磨机2整个工程8混凝土振捣器2整个工程混凝土振捣9插入式振捣器4整个工程混凝土振捣蛙式打夯机2整个工程回填土打胶枪6预制构件缝隙封堵美纹纸铺贴仪3用于铺贴美纹纸7.1.1《建筑工程施工质量验收统一标准》GB503007.1.2《建筑结构荷载规范》GB500097.1.3《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB502027.1.4《钢结构工程施工质量验收规范》GB502057.1.5《钢结构焊接规范》GB506617.1.6其他相关国家规范、行业标准7.2.1预制构件进场验收（1）构件高、宽、厚、对角线差值使用钢卷尺分别对预制外墙构件上部、下部进行测量，测量的位置分别为从构件顶部以下500mm，底部以上800mm；取两者较大值作为构件的偏差值，与预制构件厂的出厂检查记录对比，允许偏差为±5mm。同样使用钢卷尺对构件的高度、厚度、对角线差进行测量。高度、厚度测量方法采用钢尺量一端及中部，取其中偏差绝对值较大处，对角线差测量方法采用钢尺量两条对角线。（2）预制外墙构件侧向弯曲、表面平整度偏差使用2m靠尺和金属塞对构件内外的平整度进行测量。墙板抹平面（内表面）允许误差为5mm，模具面（外表面）允许误差为3mm。7.2.2装配和紧固接头时，应从安装好的一端或刚性端向自由端进行；高强螺栓的初拧和终拧，都要按照紧固顺序进行：从螺栓群中央开始，依次向外侧进行紧固。7.2.3免螺杆加固组件安装完成后，班组工人和带班对销钉设置、焊缝质量、模板垂直度、平整度进行检查，检查合格后通知质检、监理验收。7.2.4安装前应对钢构件的摩擦面进行除锈。7.2.5终拧检查完毕的高强螺栓节点及时进行油漆封闭。7.2.6高强螺栓终拧后要保证有2～3扣的余丝露在螺母外圈。7.2.7高强螺栓安装时应清除摩擦面上的铁屑、浮锈等污物，摩擦面上不允许存在钢材卷曲变形及凹陷等现象。安装时应注意连接板是否紧密贴合，对因钢板厚度偏差或制作误差造成的接触面间隙，按下表方法进行处理。表7.2.7-1尺寸偏差处理办法间隙大小处理方法处理图例不作处理将高出的一侧磨成1:5地缓度，使间距小于1.0mm加垫板，垫板厚度不小于3mm，最多不超过二层，垫板材质和摩擦面处理方法应与构件相同7.2.8装配和紧固接头时，应从安装好的一端或刚性端向自由端进行；高强螺栓的初拧和终拧，都要按照紧固顺序进行，从螺栓群中央开始，依次由里向外、由中间向两边对称进行，逐个拧紧。紧固顺序见下图：图7.2.8-1高强螺栓的紧固顺序示意图7.2.9构件制作的模板分项工程、钢筋分项工程和混凝土分项工程质量验收，按照《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2015）及《装配式混凝土建筑技术规程》（GB/T51231-2016）的要求执行。7.2.10预制构件与结构之间的连接应符合设计要求。7.2.11预制构件生产用原材料水泥、砂子、石子、钢筋质量应符合国家现行规范要求。7.2.12进入现场的预制构件必须进行验收，其外观质量、尺寸偏差及结构性能应符合设计及《装配式混凝土结构技术规程》的要求。7.2.13构件安装前，应认真核对构件型号、规格及数量，保证构件安装部位准确无误。7.2.14用于检查和验收的检测仪器应经检验合格方可使用，精密仪器如经纬仪和水平仪等应通过国家统计局或相关单位进行检验。8.1.1《建设工程安全生产管理条例》（国务院第393号令）8.1.2《建筑施工安全检查标准》JGJ598.1.3《建筑施工安全技术统一规范》GB508708.1.4《建筑施工安全检查标准》JGJ598.1.5其他相关国家规范、行业标准8.2.1进场施工前应检查现场施工作业条件，及时整改、消除安全隐患。8.2.2作业人员必须严格遵守施工现场的各项安全规章制度，严格按照操作规程施工，施工人员进入现场必须戴安全帽、安全鞋，作业人员要配备相应的安全防护用品。8.2.3在钢结构上作业时，需系挂安全绳，防止坠落等事故。8.2.4遇有恶劣天气或风力在六级以上时，不得进行预制构件吊装施工。定期对现场各种大型机械进行检查每次起重吊装前，质检员及安全员必须严格进行吊点连接检查；8.2.5预制构件在场内运输时车速控制在5km/h以内，并注意避让行人与车辆。预制构件的装卸位置应位于起重装置吊运范围之内，严禁超负荷起吊；8.2.6吊装过程中必须有统一的信号指挥，各台塔吊使用专用的对讲机频道，防止现场出现混乱；8.2.7注意交叉作业，高层施工作业易出现物体打击事故。上层进行结构施工，涉及不同工种作业，作业人员需佩戴好防物体打击装备，必要时需设置临时防护棚，并且作业工人需佩戴工具袋，严禁向下抛掷物品。9.1.1《声环境质量标准》GB30969.1.2《建筑施工场界环境噪声排放标准》GB125239.1.3其他相关国家规范、行业标准9.2.1严格遵守《建筑施工场界环境噪声排放标准》GB12523，作业时尽量控制噪声影响，对噪声过大的设备尽可能不用或少用，把噪声降低到最低限度。9.2.2避免夜间施工，施工作业都安排在白天工作时间段。9.2.3在施工现场倡导文明施工，尽量减少人为的大声喧哗。9.2.4施工现场做到工完场清。10.1.1圳公共住房项目深圳市长圳公共住房项目位于光明区光侨路与科裕路交会处，项目上钢结构建筑全预制外墙施工技术已于2018年8月13日正式投入使用，建造时间约90天，其经济效益分析如（1）采用装配式全预制外墙费用：人工费：人工费单价*总用工数=450元/工时*2000工时=202500元材料费：预制构件单价*预制外墙体积=2000元/m³*588.70m³=1177400元机械费：汽车吊租赁单价*汽车吊使用时间=1500元/台班*50台班=75000元共计费用：202500元+1177400元+75000元=1454900元（2）采用传统的二次结构费用：人工费：人工费单价*（砌体结构工日+外墙处理工日+其他）=450元/工时*3000工时=1350000元材料费：砌体单价*砌体体积=360元/m³*588.70m³=211932元抹灰费（含人工）：抹灰单价*抹灰面积=33元/㎡*4000㎡=132000元涂料费（含人工）：涂料单价*涂料面积=48元/㎡*4000㎡=192000元机械费：施工电梯租赁单价*施工电梯使用时间+进出场费=20000元/月*3个月+20000元=80000元总造价=1350000+211932+132000+192000+160000=1965932元（3）节约费用合计1965932元-1454900元=511032元综上所述，本技术比常规施工方法节约成本511032元，因此采用本技术更加经济。10.1.2实验学校南区二期设计采购施工总承包工程本项目利用钢结构建筑全预制外墙施工工法，其中1#教学楼采用钢结构+全预制外墙，实现了免抹灰的清水混凝土效果，缩短了工期，减少了人员、材料、机械费用的投入。相关费用计算如下所示：（1）采用钢结构+砌筑结构形式施工需要10个月完成，费用如下：人工费：人工费单价*总用工数（含砌体结构工日+外墙处理工日+其他）=450元/工时*5000工时=2250000元材料费：砌体结构单价*砌体体积=395元/m³*3000m³=1185000元机械费：施工电梯租赁单价*施工电梯使用时间+进出场费=20000元/月*10个月+20000元=220000元抹灰费（含人工）：抹灰单价*抹灰面积=33元/㎡*7500㎡=247500元涂料费（含人工）：涂料单价*涂料面积=48元/㎡*7500㎡=360000元共计费用：2250000元+1185000元+220000元+247500元+360000元=3670000元。（2）采用本工法施工需7个月，相关费用如下：人工费：人工费单价*总用工数（含砌体结构工日+外墙处理工日+其他）=450元/工时*1500工时=675000元机械费：汽车吊租赁单价*汽车吊使用时间=1100元/台班*250台班=275000元材料费：预制外墙单价*预制外墙体积=1500元/m³*1500m³=2250000元共计费用：675000元+275000元+220000元+2250000元=3200000元。（3）节约费用合计3670000元-3200000元=470000元本工法采用钢结构+全预制外墙结构形式，外墙全部采用预制混凝土外墙，预制外墙