超高層建筑鋼板剪力墻施工技術

張偉，曹一品，黃應仲

（中交一航局第四工程有限公司，天津 300456）

1 工程概況

中交匯通橫琴廣場工程總用地面積32 453.77 m2，總建筑面積280 903.56 m2。本工程地下室共4層，地上部分由2棟住宅、1棟辦公塔樓及3棟商業(yè)裙房組成。其中3號樓為超高層建筑，建筑高度達309.4 m，采用鋼管混凝土框架+鋼筋混凝土核心筒+伸臂桁架的結構體系。建筑地下4層，地上62層，標準層層高4.5 m，標準層面積為1 900 m2。其中核心筒墻體B3至F8層為鋼板-混凝土組合剪力墻，外墻厚1 200 mm，內(nèi)墻厚600 mm（見表1），平面示意圖見圖1。F21、F42層為伸臂桁架層。鋼板墻水平焊縫采用全熔透一級焊縫，豎向焊縫采用部分熔透三級焊縫，鋼板墻上栓釘水平、豎向間距為300 mm，栓釘長120 mm，直徑19 mm。

2 施工難點及特點

本工程鋼板剪力墻單片數(shù)量多，面積大，施工工藝復雜，安裝及焊接量大。與其他工序交叉施工多，相關穿插連接節(jié)點復雜，深化設計難度大。厚板焊接和對接焊縫等級要求較高，其中水平焊縫為全熔透一級焊縫，對焊接工藝和焊工水平要求較高。構件結構復雜，接頭處應力集中，易出現(xiàn)層狀撕裂，焊接變形等問題。自身剛度小，易產(chǎn)生變形；受溫度、日照等環(huán)境影響高。

表1 鋼混組合剪力墻厚度Table1 Thickness of steel concrete composite shear wall

圖1 核心筒鋼混組合剪力墻平面示意圖Fig.1 Schematic diagram of the core tube steel concrete composite wall

施工過程中需對鋼板墻深化設計，制定安裝順序、安裝方案以及鋼板之間的焊接方式、焊接順序明確焊接工藝控制等。為保證安裝精度，需有效控制焊接應力；在焊接過程中對鋼板墻進行實時監(jiān)測變形量，及時調(diào)整焊接順序及焊接工藝，使鋼板墻的施工質(zhì)量滿足要求。

3 深化設計

3.1 連接板深化設計

鋼板剪力墻通常具有面積大，板長方向剛度小，受自重、日照或焊接應力影響易產(chǎn)生變形；鋼板厚度方向易受焊接應力影響而產(chǎn)生變形或冷裂紋、層狀撕裂，不僅增加了施工難度，而且使得鋼板剪力墻安裝質(zhì)量難以把控[1]。沿鋼板墻構件長度方向通長布置豎直加勁肋間距，寬度方向間距3 m布置水平加勁肋，鋼板墻拼接處豎向焊縫位置間距1 m設置剛性卡板，以控制鋼板墻的焊接變形（見圖2）。

圖2 剛性卡板垂直布置示意圖Fig.2 Schematic diagram of thevertical arrangement of the rigid card board

3.2 連接方式深化設計

多數(shù)工程主要應用雙面對稱焊接的工藝措施來減少鋼板墻的焊接變形，收到一定的成效。但是也存在一定缺點，例如：鋼板墻拼接處焊縫操作的空間小，雙面焊接需要清根，造成了清根量大，施工進度緩慢，全熔透焊縫一次合格率較低等問題。

本工程在上述基礎上在第4段鋼板墻（20 mm板厚）及以上部分采取焊縫分段異側開設坡口的技術措施，將相鄰鋼板的開設的坡口朝向相反，即單坡交錯。這種坡口直接實現(xiàn)了焊工分段跳焊的工藝要求，加快了施工速度，同時控制了焊接應力，有效的減小了焊接變形。

3.3 預留洞口深化設計

本工程交叉施工多，各專業(yè)碰撞點多，同時又為了保證鋼板混凝土剪力墻的結構尺寸及混凝土觀感質(zhì)量，核心筒剪力墻采用液壓爬模體系，模板形式采用鋼框木模板。因此，需提前考慮在鋼板墻上預留相關孔洞，例如：鋼筋孔、混凝土過漿孔、模板穿墻對拉螺栓孔、爬錐孔等。深化設計中提前規(guī)劃設計鋼板剪力墻上預留了相關孔洞，有效地協(xié)調(diào)各專業(yè)碰撞問題。工廠加工時仔細核對開孔位置及校驗尺寸精度，并在開孔處周圍按照規(guī)范要求進行孔洞補強處理（見圖3），滿足鋼板墻的設計強度要求。

圖3 預留洞口補強示意圖Fig.3 Schematic diagram of the reserved hole reinforcement

4 鋼板墻安裝與連接

鋼板墻安裝前，需對構件進行檢查驗收。對鋼板墻截面尺寸、平整度、垂直度及預留孔洞尺寸和位置進行詳細核對，確認合格后方可吊裝。鋼板墻吊裝作業(yè)前，需在掛鉤處安裝豎向連接懸掛式操作平臺，并設置防墜器；鋼板墻底部懸掛牽引繩。利用吊裝設備采用單機回轉(zhuǎn)的方法從外向內(nèi)將鋼板墻有序安裝，鋼板墻吊裝就位后，用撬棍和三角楔鐵調(diào)整正橫、豎拼接焊縫的安裝間隙[2]，經(jīng)全站儀監(jiān)測無誤后，利用自身的連接板、連接耳板配合普通螺栓進行臨時固定。相連的鋼板墻橫、豎向拼接焊縫端部進行焊接。這樣既提高了連接強度，又保證了鋼板墻定位尺寸精度及自身結構安全，同時起到了控制由自重產(chǎn)生的變形的目的。

5 鋼板剪力墻施工關鍵技術

5.1 防變形施工技術

1）單片薄板鋼板墻吊裝防變形施工技術

鋼板墻吊裝時應采取防止平面外的變形措施[3]，本工程第4段及以上鋼板墻厚度為20 mm，單片起吊時極易產(chǎn)生吊裝變形，項目采用如下措施控制起吊的變形：采用三點吊裝，端頭2塊吊耳處各設置1個吊點，板中采用鋼絲繩穿過2個過漿孔形成1個吊點。利用過漿孔設置吊點時，注意鋼絲繩的保護，并在此設置1個5 t的遙控電動葫蘆（見圖4）。信號工指揮，吊鉤緩慢升起，控制電動葫蘆按鈕，電動葫蘆配合收緊，有效控制跨中的撓度，減小了變形。當鋼板墻直立后，工人通過爬籠上到鋼板墻頂端，摘除裝有電動葫蘆的鋼絲繩。

圖4 單片薄板鋼板墻吊裝防變形措施Fig.4 Anti-deformation measuresfor lifting single sheet steel plate wall

2）剛性支撐防變形施工技術

地下室施工階段，在組裝完成的鋼板墻上安裝剛性斜向支撐來控制焊接變形，支撐采用H形鋼，截面H300伊300伊10伊15，每段鋼板墻共布置3道支撐，地下室階段剛性支撐平面布置圖見圖5。

圖5 地下室階段剛性支撐平面布置圖Fig.5 Floor plan of basement stage rigid support

地上施工階段，軸線兩端鋼板墻（T形板）安裝完成后除拉設纜風繩外，同時將規(guī)格H300伊300伊10伊15的型鋼直接搭接在T形板上，焊接固定作為臨時鋼梁（見圖6）。當軸線上鋼板墻吊裝就位時，通過臨時鋼板與鋼梁焊接固定，既穩(wěn)定了中間墻板的自身結構安全，又減小了自重產(chǎn)生的變形。

圖6 地上階段剛性支撐平面布置圖Fig.6 Floor plan of rigid support in the ground stage

5.2 優(yōu)化焊接工藝

1）溫度控制

焊接開始前，采用電加熱板方式進行預熱，預熱溫度不小于80益，焊接層間溫度控制在120~180益[4]，這樣既起到了焊縫預熱，又起到了焊縫保溫的效果，確保了焊接質(zhì)量。

2）焊接方式

采用多層焊接方式，焊接時連續(xù)施焊，每一焊道焊接完成后及時清理焊渣及飛濺物[4]，相鄰層搭接50 mm左右，保證焊縫質(zhì)量。

3）焊接順序

焊接過程形成的不均勻溫度場和熱塑性變形，使焊縫在冷卻過程中不均勻收縮到約束而產(chǎn)生的內(nèi)應力稱為焊接應力[5]。在焊接應力的作用下，焊件將產(chǎn)生變形，該變形簡稱焊接變形。本工程鋼板墻總體焊接遵循“分區(qū)進行、每步歸零、中心向四周、對稱施工”的原則，先焊接連梁與鋼板墻焊縫，再分區(qū)分段焊接鋼板墻豎向焊縫，最后焊接鋼板墻水平焊縫。

核心筒地下室部分第一、二段鋼板墻及地上第三段鋼板墻內(nèi)外板厚分別為40 mm、60 mm，焊縫坡口為X形坡口，單條豎向焊縫按1.5~1.7 m分區(qū)施焊。配置2名焊工分別在鋼板墻兩面按焊接分區(qū)交錯施焊，焊工1施焊順序：F1—E1—D1—C1—B1—A1；焊工 2施焊順序：E2—D2—C2—B2—A2—F2，每焊接分區(qū)再按600 mm左右劃分若干焊接分段，采取由下向上立焊、分段退焊的方式進行施焊。每區(qū)的焊縫焊至1/3焊縫高度之后在下一焊接分區(qū)進行焊接；每段的焊縫焊完一層后，在下一位置焊接，依此順序直到焊接完成（見圖7）。

圖7 鋼板墻（40 mm，60 mm）豎向焊縫施焊順序示意圖Fig.7 Schematic diagram of welding sequences of vertical weld seam of steel plate wall(40 mm,60 mm)

每一鋼板墻吊裝單元與下層鋼板墻的對接焊縫為單條水平焊縫，水平焊縫總的施焊順序由中間向兩邊對稱施焊。每條單條水平焊縫的施焊順序，由中間向兩邊對稱施焊。

單條水平焊縫，焊縫長度超過2 m的采取2名焊工施焊，長度小于2 m的采用1名焊工施焊。每條水平焊縫按500~600 mm左右劃分為若干焊接分段，每名焊工焊接3段焊縫，每焊完一層后輪換至下一段。焊接時采取分段退焊，由中間向兩邊的順序施焊。每條焊縫，采取正面焊接1/3焊縫高度，再反面焊接1/3焊縫高度，依次完成正反面的剩余板厚焊縫。

5.3 變形監(jiān)測技術

鋼板墻的測量方法與頻率直接影響到鋼板墻施工質(zhì)量。鋼板墻變形監(jiān)測主要采用全站儀配合貼片進行跟蹤監(jiān)測，監(jiān)測點位按層高均布（見圖8），焊接過程實時監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)變形收縮量超過規(guī)范后立即停止焊接，通過控制焊接熱輸入量、調(diào)整焊接順序來減小焊接變形[5]，直到焊接變形收縮量滿足設計規(guī)范要求。

圖8 監(jiān)測點分布示意圖Fig.8 Schematic diagram of monitoring point distribution

通過對鋼板墻上監(jiān)測點的觀測，可以控制鋼板墻身左右安裝間隙變形量，同時還可以監(jiān)測了解到墻面整體彎曲垂直度情況，發(fā)現(xiàn)問題及時調(diào)整校正[2]。鋼板墻焊接時，全程跟蹤控制，落實到每一片墻板，若局部變形值超過規(guī)范要求須馬上停止焊接，調(diào)整焊接工藝參數(shù)與焊接順序，以保證鋼板墻變形值控制在規(guī)范規(guī)定范圍內(nèi)。

6 結語

本工程通過對鋼板墻進行了科學合理的深化設計，有效地解決了各專業(yè)碰撞問題；焊縫坡口的優(yōu)化，提高了焊縫質(zhì)量同時縮短了焊接時間；明確了合理的安裝順序，應用單片鋼板墻吊裝防變形施工技術、剛性支撐防變形施工技術，縮短了工期，保證了鋼板墻安裝質(zhì)量；經(jīng)對鋼板墻焊接工藝的優(yōu)化，對鋼板墻焊接方式、焊接順序的控制，焊接過程采用實時監(jiān)測施工技術，有效減小了焊接變形，提升了整體施工質(zhì)量。