前面在(二)混凝土工与木工中,提到异形楼梯,在这里,我先介绍异形楼梯与钢结构密切相关的构造,其实楼梯设计按其所处环境区分,可分为公共楼梯(厂区,学校,活动,宾馆,办公等公共场所用楼梯等)和家用楼梯(家庭,𡋾墅,一些小型旅馆等楼梯)。用到钢结构处理的楼梯,过去大都是为了坚固安全而设计,现在随着人们审美的多元化,更多的走进了家用楼梯。这里我介绍一下,家用悬浮式楼梯,是将每一层踏步板做分离,需要先将楼梯预埋钢板,再用钢结构做基础与钢板焊接,设计一个三角形钢架,搭配通透的玻璃扶手,踏步板采用12mm到15mm厚的超白钢化玻璃,设计在宾馆和别墅比较合适,与古代凉亭里,坐椅上的美人臂,具有相同的视觉效果。
还有一种叫作独立式楼梯,四周没有依靠,楼梯踏步和扶手,均用铜质材料,一般用10mm厚的实心钢板,做成圆弧状螺旋上升的扶手,这种独立构架,能够最完美的体现楼梯的雕塑感,这种家用楼梯,有个与家庭生活完美和谐的比例尺寸,仅供参考,楼梯踏步長至少800mm,踏步宽度至少260mm,踏步高度最高160mm,楼梯扶手高度900mm较为合适。
对于保留原建筑混凝土结构的楼梯,想通过装饰,达到时代的美感,就可通过通透的玻璃或金属材料作扶手,嵌上主人喜爱的图案,在扶手臂下端的空间里,还可以加上造形装饰,在扶手臂下端竖向图形隔开带上面,把楼梯背面做成主人喜爱的彩色体块,用以调节主人的生活情绪,让原本普通的楼梯,多了份立体视觉的动感。
目前,家用的钢结构打底的盘圆形楼梯,档次越来越高,做工越来越精致,洞口在2m以内的,采用美学艺术形,中间用一根直径在20mm左右的圆形钢管柱,用透明玻璃精装踏步,这种美学艺术极强的精致楼梯,能点缀着整个家庭的灵魂,通过楼梯扶手上的图案,能启示着家庭的向往!镂空式楼梯,更是对洞口大于2m安置楼梯的一种补充。
随着人们对生活质量,不断追求舒适的需要,人生的境界也从骆驼式的负重前行(被动接受),发展为狮子式的主动争取(主动追求),直到今天的为自我而生存,那句“我的人生我做主”。更是今后楼梯样式的多样化的前兆。回顾楼梯的整个发展史,从当初的木工制作到砖块砌筑,玻璃,金属材料的介入,从单一的安全稳固功能到音,艺,色,光的立体效应追求,进而发展到如今倍受家用推崇,具有稳固的钢结构打底,精致绝妙的结构造型,繁琐复杂的施工工艺和空间灵动的弧形楼梯样式,这既是建筑艺术的进步,也是人们心智的开悟,更是人们对美好生活思考后的哲社追求,在建设工程科学中的延伸。生活楼梯,不断改进成学习,工作,生活一体式的多功能楼梯,因此,设计就得从多方位考虑,随着新材料,新工艺,新思维的介入,钢结构支撑下的楼梯,在新时代建筑装饰的设计思考中,会以更智慧,更丰富,更内涵的形式,呈现在我们的生活当中。
说到钢结构,就不得不先说说钢结构识图,严格来说,我对钢结构识图,是在上海振华港机那段岁月中,进行了一次全面学习和实践。第一次拿到钢结构图纸,是在建筑施工现场的管理人员,递给我的,仅凭过去已知的生活常识,真是一知半解,因为建筑施工现场,对此并没有完整系统的传授和学习,主要是靠工人们接触哪里,就学习哪里。当然,也与以往建筑工程中,钢结构应用较少有关,随着建筑新时代的到来,高层建筑及钢架介入施工现场越来越多,钢结构识图也成了施工人员一门必修的功课。系统的识图知识,我这里就不详细介绍,现提取部分施工中图样,进行解读,目的在抛砖引玉,激起施工现场的工人们,对钢结构工程施工时,学习识图的兴趣,在日常工作中,方便施工。
施工现场对钢结构的焊接,当然最先需要认识焊接符号,记得刚到振华港机钢构五部上班,带班的递给我一份图纸,我茫然无措,带着生存的压力,保持谦卑的态度,赢得了师傅的信任,在装配车间,从最基本的点焊做起,下班后迅速找来有关焊接技术的书籍,讲义,进行与焊接现场的位置对号坐标,确认焊缝符号,这是我当年在钢构五部装配车间,对当天工作回顾的感悟学习图。
我们刚进来的工人,负责点焊,点焊后由师傅们采用氩弧焊或二保焊来完成焊接工作。
那天下班后,我就找来钢结构图纸符号,抄录在一張小卡片纸上,放在口袋里,随时可以查看,帮助记忆。记忆中,我渐渐发觉,是汉语拼音的首个字母的缩写组合。
记得钢构五部的有个领导,为检查我近两个月,对钢结构图纸熟悉情况,还让同来的施工队管理员戴亚芹,到操作台上的钢梁底部,指着带来的钢结构图纸中,出现的符号GNT问我,这表示什么意思?我告诉他,是牛腿。他又问我:工字钢和H型钢有什么区别,我回答:工字钢翼缘呈一个圆弧状,H型钢这里是平整的,我指着我们正在点焊的钢梁告诉他。他们带着满意的笑容走了。
后来,随着生活境况的好转,重返建筑施工现场,又碰到了幕墙图纸,当中的小旗子,与我当初在振华港机焊缝符号中小旗子一样,均表示现场焊接,而不是工厂里的预制。
由此,我总结出,现场焊接的特点是将便于运输的小件预制,大件到现场安装焊接,不但有利于金属构件的运输,而且现场焊接,焊缝不因搬运,吊装,运输而损伤。
待焊接的钢材料接触的边缘处,通常要开坡口焊接。从焊接原理上说,是提高焊接质量,保证电弧能深入到钢材料接缝处根部,使接缝的根部焊透,同时有剩于焊渣清出,获得美观均匀的坚固焊缝,从结构原理上说,能降低那T型接头的应力集中,达到均匀传递力的大小,合理分布荷载的功效。
在施工现场或装配车间,我曾细心的观察过,有的人做事特别果断,全情投入,内驱力极强。有的人,工作每一步,都要领班的推着走,其实,作为一个生产工人,你应明白,你的社会定位是一线工人,一线工人就得有技术和智慧,守住自己的职业,在生产一线的生态位置,你就是靠劳动和技术,获取报酬,你的所想,所做,所求都是递进关系。就是为工作,去发挥出生命的最大潜能,用生命的激情与意志,开创学习知识,增长智慧,提高技术的未来。在这工作,学习,生活中,去享受着人生的意义!
前面分别提到钢结构中的焊接前定位,焊接技术以及铰链连结后,形成稳固的转动装置。其实工农业生产中的例子很多,生活中,我们见到有一种货运汽车,汽车头与车厢的连结处,就是采用转动滑盘装置连接,便于货车转弯时,车厢的笨重,跟着牵引车头改变方向慢的情况而设置。农业生产中,曾经的水磨,石碾也是根据这个原理设计,现在的许多施工现场中,大型构件的形成,现场吊机的无力,只能靠现场工人的智慧,就地取材,现场焊接,通过无数小构件的定位焊接,滚珠,滑槽等综合应用,达到大构件的定位安置和所需功能俱全。现在我来介绍一种球铰装置,在桥梁施工现场也叫“桥梁平转法施工”,就是在施工过程中,工程师和工人们联动智慧。既解决了几千吨重,近百米長,吊车无法作业的难题,又能保证工程质量和进度,采用现场焊接,拼装,浇筑混凝土等办法、来实现安全,保质保量的施工。具体的操作方法和工作原理,我顺便介绍一下。
这种球铰装置,说白了,就是起转动作用,因为直接在成型的位置,受到作业空间的局限,材料运输,堆放的困难,施工技术也难以充分发挥。球铰装置,就是解决施工现场难题,让建筑构件能够在方便完成构件后,通过转动让其合位,实现构件具有的功能。
桥梁平转法施工,就是将球铰安装在桥梁底座承台上,具体安装时,首先在按设计浇筑好的承台平面上,确定承台的中心位置,防止将来构件在球铰上不平衡而倾斜,给转动带来不必要的影响;将球铰底部的骨架放置在中心位置,调节骨架周围的竖向钢筋,使骨架尽量水平,与预埋的钢板焊接;焊接完成后,球铰的下半部分开始安装,这里有两个参数,即将这下半部分调整到中心位置,轴向误差,水平误差均在1mm之内,将球铰下半部分与预埋钢板,用螺栓拧紧固定,需要焊接的位置,焊接固定,就似我们农民曾径用的推磨一样,将底盘磨子固定牢;在此安装特制的球铰滑道,滑道上有10cm直经的排气振捣孔,放置时调整好滑道的中心位置和平整度,误差越小越好,用以保证滑道中心与球铰中心一致,滑道面要高出混凝土平面1cm,表面平整度越高越好,误差最好控制在0.5mm范围内,将承台中的预埋钢筋与滑道进行焊接,此时球铰的下半部分才算安装完毕。
现在开始安装球铰下半部分,将安装好的球铰下半部分的表面清理干净,然后将中心销轴放入中心套管中,调整好垂直度,便于和球铰上半部分的中心孔对准,再将滑润片按照编程顺序放置在下球铰表面上,均匀涂满高端润滑脂(机械用黄油),将球铰的上半部分,在标配的绳索吊装下,让球铰的上半部分中心孔,对正球铰下半部分中心销轴,慢慢落下,必要时用撬棒配合过程,使球铰上下部分,在中心销轴作用下按触,轻轻转动球铰上半部分,将球铰上下部分多余的润润脂从中挤出来。然后用胶带将上下接触的部位进行密封,防止施工灰尘进入,污损中间的润滑脂,影响球铰上下部分润滑转动。
现在开始绑扎反力座钢筋,浇筑混凝土,安装撑脚和砂箱,在距中心425cm处的圆面上,均匀放置6组直径为900mm,壁厚为16mm超强钢管撑脚,目的是为了防止在转体时发生侧倾,起平稳的支撑作用,在每个撑脚之间放置二组砂箱,用作转体前临时支擦。按现有的水平面并穿过球铰圆心的方式预埋钢绞,外部的钢铰线缠绕在转盘的周围,之后开始绑扎钢筋,浇筑各部分混凝土,并分期逐步浇筑好整个桥梁。待混凝土保养达到一定期限后,解除所有锁定销(包括球铰上下部分的中心轴销),移出底部临时支撑的砂箱,将钢绞线穿过千斤顶进行预紧,在转体前,先进行试转,全面检查可能出现的隐患,排除所有隐患,试转正常后,开始正式转动。利用全站仪或GPs测量工具,在距终点100mm内,停止千斤顶的工作,安装好边墩的支座,确保不发生位移,将其密封浇筑即可。
由钢结构在施工现场的应用,我想到了球铰装置,解决了桥梁吊装难题。这让我想起刚进无锡市政时,当年的蠡桥还在建设中,我们去铺桥面沥青,晚上下班,工友们都走进工地食堂,买饭吃,我却陷入了深深的思考,我走进值班室,顺便看了下值班记录,我下意识的思想做了个选择,我在无锡市政,今后的方向是做管理,还是做技术,当然在上世纪80年中期,我脑中闪现读过的《钢铁是怎样炼成的》,我在思考中,听到一声,“你还吃不吃,我要下班回家了!”,听着声音,我抬头只见食堂那个中年妇女,是在朝我喊话,我跑了过去,一边说着对不起,一边将打饭的盆子递给她,她反而不着急,和颜悦色的对我说,“你们一起的人,说你是呆头鹅,你告诉我,是不是刚离家,想家了,十几岁的人出门,想家很正常,我当年下放在东台富安,也想家时发愣”。不是想家的,我在想,河里这桥墩,怎么施工的呢,有这么深的水,桥施工的两边又没有围堰。“这,我也不懂,来,给我用右手食指,刮一下鼻子,让你记住,准时吃饭”,这大概是我耽误她下班的时间,对我的惩戒,我只好认了,伸过头,让她轻刮一下。她边给我打饭打菜,边说,小伙子,有出息,我要跟潘书记说说,就你这肯动脑筋,让你今后去学技术,看图纸。我听了,连连点头说着谢谢二字。
今天在此,我就把多年来,积攒的关于桥墩现场施工方案说说,算是对这位食堂阿姨的回馈,当然主要还是想说明,如何用钢结构支撑,来克服桥墩施工前,河水中钢板围堰形成后,水在围堰内外的压力差以及怎样做到围堰内部无水渗入而安全施工。
我把这桥墩围堰支护方法细说一下,首先借助打桩机安装导向桩,导向桩的作用是确保围堰的精度,不发生偏移。然后用打桩锤,通过不断振动的方法插入钢板桩。一直打到坚硬的持力层上,专业上叫拉森钢板桩支护。这拉森钢板桩。有个显著特点,两边能够形成凹凸的互锁连接,将钢板桩两边互流的水能降到最低。从施工工艺上来说,打桩顺序采用从两侧向中间对称插入,目的是插入的基础层,能均匀平衡的受力。钢板桩施工完成后,并不能抽钢板桩围堰里的水,而是在钢板桩围堰内部,在确保作业环境能顺利进行的空间内,再插一层围堰钢板桩,在两层钢板桩之间,采用砂砾石或碎石填充密实,目的是有效阻止双层钢板桩形成的围堰内,漏水现象的发生。如果此时抽围堰内的水,围堰会在外界巨大水压下向内坍塌,从而破坏围堰的结构,这时,我们在围堰内部,采用支撑框架的钢结构,来防止钢板桩向内倒塌,根据力学计算,随着抽水时的水位下降,逐层向下采用钢结构支护钢板桩围堰,从而保证钢板桩围堰的坚固。
随着抽水时的水位下降,围堰的内外水位差会越来越大,外部的水会从围堰底部不断渗入围堰内部,这时,就该考虑对围堰底部,用混凝土进行密封处理,并将这混凝土也作为最终的基础。达到混凝土此时的双重功能,即密封和基础。
具体的施工是,将围堰内部底上泥土,砂石清理干净,确保这混凝土与基岩牢固粘合,达到密封作用,不致于渗水,再打入一些穿入基岩的钢管桩,目的是密实坚固混凝土底部结构,在钢管桩内部放入钢筋笼,然后浇筑混凝土钢管桩,这钢管桩也起了锚杆作用,使基础的混凝土板块不发生位移,这样就可浇筑底部的混凝土密封层了,控制浇筑的混凝土标高,作为桥墩的基础使用。下面围堰内的施工,就形同陆地施工了。
当下的钢结构住宅,是以钢结构作为主要结构系统,像组装式家具,组装式汽车一样,具有自带装配式优点;较之钢筋混凝土结构,具有自重轻,抗震性能好,结构构件小;能有效提高住宅使用效果;还具有可回收再用,绿色环保的工业建材性能。因此,结构构住宅,是新时代中,国家大力推行的住宅体系。钢结构住宅体系,也有比钢筋混凝土造价高,技术还不成熟的劣势,还需要与其他施工技术配套使用,才能完善其住宅功能。但随着钢结构现场施工技术的不断实践和创新,钢结构住宅体系中存在的外围护,防火,防水,防腐蚀等问题,会在施工实践和工友们的努力中,逐步得到解决。
对于钢结构住宅,目前的主流设计思路,就是混凝土包钢和钢包混凝土。混凝土包钢,即构件用混凝土包裹,与通常的钢筋混凝土结构相似,施工过程中,装配预制好的构件不易变形,连接大都在现场,通过吊装就位否,采用钢筋,预埋件,螺栓连结或焊接后,浇筑好混凝土。因此,连接质量安全可靠,但存在的缺陷,是因为梁,柱等大型构件,在预制场预制好,构件较重,运输以及上车,卸载都比较困难。
我去年上半年,在苏州开发区,江苏南通二建承建的中新大厦旁的建筑广场E座高层建筑,采用的就是钢包混凝土,就是结构安装完成后,再现浇混凝土,其实也是核心筒技术的应用,特点是具有钢结构本身的优势,但同样存在钢结构配套的问题,尤其是钢结构核心筒安装完成后,绑那框架主梁时,梁的上筋和下筋,均有一定数量的钢筋,要穿过核心筒的钢结构预留的孔洞,碰到梁二排,三排穿孔时,相当需要技术和体力,对于梁底筋密布的下二排钢筋与核心筒焊接,更有难度,好在南通二建严把质量关,在困难面前,精焊细琢,构件小,节点加工复杂,施工精度管控难度大,在这一个多月的时间里,我真实的全部体会到了。
我从历次地震受灾后的建筑分析,砖混结构,刚度大,强度低,延性差,倒塌时是分散的,即抗震效果最差;钢筋混凝土结构,抗震能力强,但结构中如掺有填充墙部分,填充墙仍会首先破坏,造成人员,财产损失,剪力墙结构替代填充墙,抗震能力提升,因此就成了大多数高层建筑的首选;随着钢结构形式进入建筑领域,钢结构的强度高,同功能中的质量比钢筋混凝土结构的质量轻,延性好,能够通过塑性变形,抵消地震来的能量,抗震效果明显优于前面的几种结构形式。为确保高层建筑在地震中的安全,可通过计算来加深基础,或在建筑顶部增设阻尼器,对于有特殊要求的建筑,在底部还应设置隔震层,来进一步提高钢结构形式,所发挥的抗震效果。
说了这么多钢结构在建筑施工中的应用,我突然觉得,这种具体的建筑钢结构应用的说教,还不如培育我们的孩子,具有钢结构般的思维,去支撑我们的社会科学和自然科学领域更有现实意义。
为了当下孩子们的茁壮成长成長,不但关注他们的身体锻炼,更应注重他们强大的精神内核和稳定的思想情绪,首先将他们的视线,从过去误导的金灿灿的商界满足和红彤彤的地位舒适,吸引到自身的兴趣和开发智力上来,有这良好的开端,才能让我们国家,民族的未来,在文学艺术界,科学技术界,航天伦理界中的大师们倍出。这样,既能稳固我们中国特色的社会主义思想基础,又能推动我们中国特色的社会主义创新发展。文化自信,道路自信,制度自信,是我们中国共产党人,在党的自我革命后,又一次觉醒;内外双循环的应用,教育的转型,乡村的振兴是我们中国共产党人,对中国现实社会情况,深度思考和研究后,作出的及时调整;中国特色国家实验室体系的建立,是我们中华民族的青少年们,在新时代经历过通识教育后,搭起的科技精英们所栖家园。
这种运用钢结构支护的体系原理,应用于国民素质和培育大师级的人才培养建设中,或许更能推动我们民族复兴的伟业。