超高層核心筒鋼板墻防變形技術(shù)措施研究

肖林林 康少杰 吳顯偉 丁旋子

超高層核心筒鋼板墻防變形技術(shù)措施研究

肖林林 康少杰 吳顯偉 丁旋子

隨著國內(nèi)超高層鋼結(jié)構(gòu)建筑空前飛躍發(fā)展，要想在超高層建筑群中“鶴立雞群”，越來越多的建筑在結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)中增加了剪力墻鋼板并采用剛接的節(jié)點(diǎn)形式，為了保證結(jié)構(gòu)體系的安全穩(wěn)定，剪力墻鋼板焊接后平整度尤為重要。本文對(duì)超高層建筑結(jié)構(gòu)中剪力墻鋼板焊接變形控制作了詳細(xì)介紹，希望能對(duì)后續(xù)同類工程提供技術(shù)參考。

超薄剪力墻鋼板； 防變形夾具； 斜撐

1.前言

超高層鋼混結(jié)構(gòu)體系中，鋼板剪力墻是一種重要的抗側(cè)力構(gòu)件。在地震作用下，核心筒剪力墻不僅承擔(dān)了部分地震剪力，而且還起到了消耗地震能量的重要作用，是超高層鋼混結(jié)構(gòu)體系抗震設(shè)計(jì)的關(guān)鍵構(gòu)件。針對(duì)該結(jié)構(gòu)施工中遇到的鋼板墻焊接變形大和控制難度大的難題，通過從焊前預(yù)熱、焊接順序、后熱及保溫、機(jī)械防變形約束等方面對(duì)其控制，確保其達(dá)到抗震設(shè)計(jì)要求并對(duì)施工質(zhì)量具有良好的指導(dǎo)意義。

2.工程背景

2.1 工程概況

天津周大福金融中心塔樓是濱海新區(qū)最高的建筑，地下4層，地上100層，塔冠頂高度為530m，涵蓋甲級(jí)辦公、豪華公寓、超五星級(jí)酒店等眾多業(yè)態(tài)。

2.2 結(jié)構(gòu)體系

主體結(jié)構(gòu)為型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)形式為框架-核心筒形式。鋼結(jié)構(gòu)總用鋼量約58000t，由塔樓外框鋼柱鋼梁、環(huán)帶轉(zhuǎn)換桁架、環(huán)帶桁架、帽桁架、塔冠、核心筒內(nèi)插鋼骨柱與剪力墻鋼板組成。

2.3 剪力墻鋼板簡(jiǎn)介

剪力墻鋼板主要由暗柱、暗梁、組合鋼板及加勁板等組成，本工程剪力墻鋼板主要分布于兩區(qū)段樓層加強(qiáng)區(qū)域，即B4-F23（標(biāo)高從-21.9m～+107.0m）、F45-F54層（標(biāo)高從+214.365～+266.275m）。除B4～B1層部分剪力墻鋼板分布于核心筒與組合柱連接翼墻處（標(biāo)高從-21.9m至-0.100m），其余樓層剪力墻鋼板分布在核心筒外墻，材質(zhì)均為Q390C，其中B4～F23層鋼板墻板厚30mm，F(xiàn)45～F54層鋼板墻板厚25mm。根據(jù)核心筒變化形式及鋼板墻的分布特點(diǎn)本工程剪力墻鋼板可歸納為以下四部分，如圖1所示。

圖1 剪力墻鋼板分布圖

3.施工重點(diǎn)難點(diǎn)分析

剪力墻鋼板受公路運(yùn)輸、現(xiàn)場(chǎng)安裝、塔吊性能及自身變形條件限制，需對(duì)鋼板墻進(jìn)行分段分節(jié)?，F(xiàn)場(chǎng)鋼板墻安裝焊接量巨大，薄板立焊縫焊接變形相當(dāng)大，為保證結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定性，控制焊接變形尤為重要。眾所周知：焊接變形是由焊接應(yīng)力所引起的，所以要控制焊接變形必須從控制焊接應(yīng)力和消除焊接應(yīng)力兩個(gè)方面著手。控制焊接應(yīng)力主要通過焊前預(yù)熱、焊接順序及焊縫位置尺寸設(shè)置等方式，消除焊接應(yīng)力主要通過焊后熱處理和設(shè)置機(jī)械防變形措施的方式。

4.防焊接變形措施

4.1 焊前預(yù)熱

鋼板墻組對(duì)校正后，焊前對(duì)焊口附近采用電加熱片進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度控制在80～100℃，剪力墻鋼板焊前預(yù)熱如圖2所示。

4.2 焊接順序

本工程鋼板墻焊接順序采用先焊立焊縫在焊橫焊縫，鋼板墻安裝組對(duì)校正完成后按照先兩邊后中間的順序焊接豎向焊縫，盡量保證焊接時(shí)可自由收縮。豎向焊縫焊接完成后再進(jìn)行橫向焊縫的焊接。所有焊縫焊接均采用多人分段退焊的方法進(jìn)行，在分段點(diǎn)位置先焊接150mm長(zhǎng)焊縫然后至下而上倒退焊，可使結(jié)構(gòu)整體受熱趨于均勻，局部的變形得以減小，或相互抵消，以減小整體變形。根據(jù)以上焊接原則：剪力墻鋼板立焊縫及橫焊縫每1.5m布置一名焊工進(jìn)行分段施焊。另外為減少焊接變形，原則上單塊剪力墻相鄰兩個(gè)接頭不同時(shí)施焊，待一端完成焊接后，再進(jìn)行另一端的焊接。剪力墻鋼板橫焊、立焊示意圖及焊接順序如圖3～6。

圖2 剪力墻鋼板焊前預(yù)熱

圖3 立焊焊接示意圖

圖4 橫焊焊接示意圖

4.3 后熱及保溫

鋼板墻焊接完成后采取后熱措施，后熱溫度為200～250℃，在該溫度下以木材板厚每30mm保溫0.5h計(jì)，隨后緩慢冷卻，加溫、測(cè)溫方法與預(yù)熱相同。后熱采用電加熱板進(jìn)行加熱，當(dāng)溫度加熱到指定溫度后不要將電加熱板移開，直接采用電加熱板進(jìn)行保溫，直至溫度冷卻到環(huán)境溫度為止。

圖5 立焊縫整體焊接順序

圖6 橫焊縫整體焊接順序

4.4 機(jī)械防變形約束

焊接前在焊縫背面加設(shè)槽鋼定型防變形夾具，焊前反變形并增加焊接過程中的剛性約束，以減小焊接變形。夾具為雙拼10#槽鋼，長(zhǎng)度為3m，通過M18對(duì)拉螺桿緊固，對(duì)于單節(jié)鋼板墻為兩層一節(jié)的布置4道支撐,第一道距離頂部0.624m，第二道、第三道間距分別為2.300m、3.000m，對(duì)于單節(jié)鋼板墻為一層一節(jié)的布置3道支撐,第一道距離頂部0.624m，第二道間距為2.300m。因鋼板墻穿筋孔并未對(duì)稱焊縫布置,一段對(duì)拉錨桿穿入傳進(jìn)孔，另一端可穿入對(duì)稱位置附近孔位。角部鋼板墻焊接另外在其直角位置設(shè)置兩道斜撐，約束其焊接變形，支撐加設(shè)主要綜合考慮剪力墻鋼板受力特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)形式及與頂模掛架位置關(guān)系等因素靈活布置。夾具示意、斜撐布置及現(xiàn)場(chǎng)剪力墻鋼板焊前加設(shè)如下圖7～9所示。

圖7 夾具布置示意圖

圖8 剪力墻鋼板臨時(shí)支撐布置圖

圖9 現(xiàn)場(chǎng)施工剪力墻鋼板夾具及支撐加設(shè)

5.采取防變形措施后的焊接效果

通過對(duì)鋼板墻焊接采取焊前預(yù)熱、增加臨時(shí)支撐及夾具、分段退焊機(jī)合理的焊接順序和焊后保溫等措施，有效的控制了鋼板墻的焊接變形達(dá)到了質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，得到了業(yè)主、總包及社會(huì)各界的一致好評(píng)，為類似超高層地腳螺栓群施工提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

[1]葛冬云,王會(huì)超,劉強(qiáng),王維迎,諸振華. 深圳平安金融中心鋼結(jié)構(gòu)巨柱及鋼板墻安裝焊接技術(shù). 建筑技術(shù),2014,06:486-489.

[2]胡曉. 巨型鋼框撐—組合鋼板剪力墻筒體結(jié)構(gòu)基于性能的抗震分析.廣州大學(xué),2011.

[3]范重,劉學(xué)林,黃彥軍. 超高層建筑剪力墻設(shè)計(jì)與研究的最新進(jìn)展. 建筑結(jié)構(gòu),2011,04:33-43.

（作者單位：中建八局鋼結(jié)構(gòu)工程公司）

TU227

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1671-3362（2015）10-0067-03