大截面異型鋼板組合結構安裝技術研究

田玉江

(中鐵城建集團有限公司 湖南長沙 410208)

1 引言

超高層結構常用形式多為框架-核心筒剪力墻結構。當超高層建筑的結構抗剪能力達不到設計的要求時，常常在核心筒墻體內(nèi)增設型鋼及鋼板剪力墻結構提高結構抗剪能力。型鋼鋼板剪力墻結構剛度高、承載力好、延性好、抗震性能好。原設計鋼板墻的連接形式為全焊接，現(xiàn)場焊接工程量大，焊接質(zhì)量不宜保證，焊接施工進度較慢。合理優(yōu)化鋼板墻鋼構件的單體，減少現(xiàn)場吊裝次數(shù)及焊接量，保證焊縫的焊接質(zhì)量，加快鋼構件的安裝進度是本工程的一個重難點。

2 工程概況

銀川綠地中心項目位于銀川市大連中路北側，團結路南側，西距覽山公園約1.5 km，南鄰閱海灣水上公園約1.0 km。建筑總面積約35萬m2。地上由南北兩座塔樓和南北兩個裙房組成，兩座塔樓建筑總高度均為301.15 m，北塔樓、南塔樓地上均為66層(包含夾層)；南北裙房地上4層，建筑高度23.9 m。外圍鋼結構為四周18根T框架柱，核心筒為4根十字型鋼柱和30根H型柱組成，外圍柱底標高為-19.000 m，核心筒柱底標高為-17.800 m，型鋼柱主要的板厚為60 mm、50 mm、40 mm、35 mm，核心筒鋼板墻從地下二層開始布設，鋼板墻板厚為16 mm、20 mm、30 mm，如圖1所示。主要的鋼材材質(zhì)選用為Q345GJ-C、Q420GJ-C。地下鋼柱分節(jié)為一柱一層，外圍柱最重量約8.58 t，核心筒柱最重量約4.4 t。

圖1 鋼板墻建模效果圖

3 型鋼鋼板組合結構施工技術

3.1 連接方式

原設計鋼板墻焊縫的焊接形式全部為焊接連接，經(jīng)與設計單位進行溝通協(xié)商，對原設計進行優(yōu)化，改為栓焊連接。該連接形式，大大減少了施工焊縫的焊接量，操作便捷，焊接速度快。

3.2 計算優(yōu)化

對鋼板墻結構進行計算優(yōu)化，設置合理的鋼板墻單體鋼構件，確定制造鋼結構單體，減少現(xiàn)場吊裝次數(shù)、加快現(xiàn)場吊裝頻率。對現(xiàn)場安裝進行施工模擬，設置合理的安裝順序，保證現(xiàn)場吊裝安全。

3.3 三點吊裝技術

采用鋼板墻鋼結構三點吊裝技術，鋼構件的安裝定位調(diào)整準確，且調(diào)整速度快，節(jié)約了現(xiàn)場鋼構件的吊裝時間。在焊接施工前進行焊接工藝評定并進行試驗分析，根據(jù)試驗分析結果制定合理的焊接順序，減小焊縫的焊接應力及變形，以保證焊縫的焊接質(zhì)量。

4 工藝原理

對鋼板墻結構進行建模，并分析鋼板墻單體構件的重心位置，確定主吊點的位置，使吊鉤的起吊位置在構件重心上，次吊點采用對接耳板，減少吊耳設置，節(jié)約材料。吊裝前仔細檢查每個鋼構件的焊接質(zhì)量，必要時對鋼構件焊縫進行超聲波探傷檢測。三點吊裝方式是利用倒鏈的可調(diào)節(jié)性，在吊裝過程中通過調(diào)整倒鏈的長度與角度，能夠快速準確地調(diào)整鋼構件的水平和垂直方向的定位[1]。

5 施工工藝流程及操作要點

5.1 施工工藝流程

設計優(yōu)化、深化→確定組合結構制作單元→BIM技術施工模擬→合理設置吊點→應用兩點吊裝技術→組合結構吊裝→焊接施工→焊縫無損檢測、驗收。

5.2 施工操作要點

5.2.1 優(yōu)化原設計連接形式

原設計型鋼柱、型鋼梁、鋼板墻的節(jié)點連接形式為全焊接連接，現(xiàn)場焊接量大，操作難度大，如圖2所示，并且現(xiàn)場施工工期緊張。經(jīng)設計單位同意變更為安裝螺栓+焊縫連接，如圖3所示，此連接形式的優(yōu)點：鋼構件定位準確，安裝速度快，焊接工作量少，大大節(jié)約了現(xiàn)場安裝時間。

圖2 鋼板剪力墻原設計節(jié)點

圖3 優(yōu)化后鋼板剪力墻連接節(jié)點

5.2.2 型鋼鋼板剪力墻深化設計

深化設計中對構件進行分段綜合分析：

(1)第一，分析加工廠購買的鋼板尺寸及規(guī)格，使鋼板使用率達到最大化[2]，如圖4所示。

圖4 異型型鋼鋼板組合結構截面尺寸示意

(2)第二，分析實際的交通運輸條件。加工的鋼構件不能超寬、超高，所運輸?shù)匿摌嫾欠駶M足滿足交通運輸要求[3]，如圖5所示。

圖5 異型型鋼鋼板組合結構進場驗收

(3)第三，綜合分析如何保證現(xiàn)場塔吊的使用能力達到最大。同時還要分析最大鋼構件的重量是否在塔吊的起重范圍內(nèi)[4]。

通過以上三個方面的分析，以及建模技術分析計算，確定了加工車間生產(chǎn)鋼構件單體的尺寸及形狀，不僅滿足了交通運輸要求，而且還滿足了現(xiàn)場吊裝的要求[5]。

5.2.3 合理設置吊點

利用建模技術對鋼板墻結構建模，并找出大截面鋼構件單體的重心位置，確定鋼構件主吊點的位置，使吊鉤的起吊位置在構件重心上，次吊點采用對接耳板，減少吊耳設置，節(jié)約材料，如圖6所示。鋼構件進場卸車時，應仔細檢查每一個鋼構件的焊接質(zhì)量，必要時對鋼構件焊縫進行補焊[6]。

圖6 異型型鋼鋼板組合結構吊耳設置

5.2.4 異型結構吊裝技術

異型構件吊裝前，先用模型找出構件重心[7]，根據(jù)重心，放樣吊裝示意圖，如圖7所示，設置吊點及吊裝鋼絲繩長度，保證斜撐吊裝角度[8]。利用增加倒鏈調(diào)節(jié)重量、焊接定位板等措施。傳統(tǒng)構件吊裝使用吊耳均在工廠加工，一般不會考慮偏重構件中心，導致現(xiàn)場吊裝時需采取措施處理，增加構件吊裝時間[9]。

圖7 找出鋼構件重心

采用此工藝可以保證吊裝角度，保證構件快速安裝就位，有效提高安裝效率，降低高空作業(yè)風險，加快施工進度，并且安裝速度快，精確度高[10]。

5.2.5 焊接施工

相鄰組合構件安裝校正后，進行螺栓安裝，待結構整體滿足規(guī)范要求后，先焊接鋼梁焊縫，完成后焊接鋼板連接板角焊縫。鋼板墻焊縫焊接應進行分層焊接，在焊接前應對鋼構件表面清理干凈，其次填充層焊接為多層多道焊，每一道焊縫由第一層、中間層和坡邊層組成。第一層焊絲指向向下，焊槍與垂直角成50°左右，采用左焊法時左指20°，采用右焊法時右指20°；次層及中間層焊縫焊接時，焊絲外觀呈水平狀，與前進方向成80°～85°角；坡邊層焊接時，焊絲向上傾斜50°。每層焊縫應該保持基本垂直或上部稍微向外傾斜，焊接至面縫層時，應在上部1.5 mm和下部2 mm處留下深度焊角，便于收面時能夠看清坡口邊[11]。

5.2.6 焊縫無損檢測、驗收

(1)鋼板墻在現(xiàn)場焊接過程前，做好書面及現(xiàn)場技術交底并保留影像資料。在焊接過程中，做好過程焊接記錄。焊接完成后，收集整理規(guī)范所有的焊縫焊接質(zhì)量資料[12]。

(2)現(xiàn)場所有的鋼結構焊縫必須100%檢查，檢查標準按現(xiàn)行國家有關規(guī)定進行。焊縫內(nèi)部缺陷、表面缺陷檢測，應嚴格按照《高層民用建筑鋼結構技術規(guī)程》、《鋼結構工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》要求進行，并應遵守第2.1.5條的要求。所有一級焊縫，按超聲波B級進行100%檢查，檢查方法遵照GB/T 11345-2013及GB 50205-2001的規(guī)定和要求進行焊接質(zhì)量檢查。

6 結論

通過對大截面鋼板墻鋼結構的安裝技術研究，針對本工程鋼板墻結構的大截面鋼構件分段建模分析，設置合理的鋼結構單體，優(yōu)化鋼構件的吊裝形式，保證了現(xiàn)場吊裝的安全、質(zhì)量和進度。通過數(shù)據(jù)分析和建模模擬施工的結論，減少了現(xiàn)場鋼結構的焊接量，縮短了鋼結構的吊裝時間，給公司其他超高層鋼結構施工提供了寶貴的經(jīng)驗。