不對(duì)稱十字形勁性柱在某超高層建筑中的應(yīng)用研究

陳思敏，蔣永揚(yáng)，張祖峰，王景

（浙江中南建設(shè)集團(tuán)鋼結(jié)構(gòu)有限公司，浙江 杭州 310000）

0 前言

目前，隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展與人口的不斷增加，城市土地資源越來越緊張。為滿足人們與社會(huì)的需求，高層建筑迅猛發(fā)展，其建筑高度不斷增加，對(duì)結(jié)構(gòu)承載能力與剛度的要求也不斷提高。近年來，以勁性結(jié)構(gòu)為主的組合結(jié)構(gòu)成為超高層結(jié)構(gòu)的熱點(diǎn)[1]。其中，不對(duì)稱十字形勁性柱憑借其承載能力強(qiáng)、剛度大，經(jīng)濟(jì)性能好等優(yōu)點(diǎn)[2]，逐漸得到高層建筑工程的親睞。本文以某超高層建筑項(xiàng)目為例對(duì)不對(duì)稱十字形勁性柱在超高層建筑中的應(yīng)用展開介紹。

1 背景工程

某超高層項(xiàng)目建筑由2幢超高層A、B塔樓組成，建筑高度均為239.5m，建筑面積為169926m2，效果圖見圖1。地下室至地面以上核心筒區(qū)域均采用不對(duì)稱十字形勁性柱，以A塔樓為例，不對(duì)稱十字形勁性柱設(shè)置范圍為8～19軸線與G～K軸線交叉區(qū)域，詳見圖2。

圖1 某超高層建筑效果圖

圖2 A塔樓不對(duì)稱十字形勁性柱平面布置圖

2 重難點(diǎn)分析

不對(duì)稱十字形勁性鋼骨柱通常由T型鋼與H型鋼組立而成，故在加工、安裝過程中主要面臨以下幾個(gè)問題：①如何加工以確保組立精度及加工質(zhì)量；②由于不對(duì)稱十字形勁性鋼骨柱的自身特點(diǎn)，部分尺寸較小或不對(duì)稱型較大的構(gòu)件，其焊縫處在狹小空間內(nèi)，缺乏檢測所要求的操作空間，很難準(zhǔn)確檢測或者難以檢測到焊縫質(zhì)量；③如何安裝以確保垂直度和就位精度等達(dá)到規(guī)范要求。

3 不對(duì)稱十字形勁性柱的加工

不對(duì)稱十字形勁性柱的主要加工工藝流程為：①在組立機(jī)上分別組立T型、H型鋼；②在門焊機(jī)上進(jìn)行船型位置埋弧自動(dòng)焊，隨后進(jìn)行火焰矯正；③啟動(dòng)生產(chǎn)流水線對(duì)組立后的型鋼、T型鋼進(jìn)行下料、鉆孔、鎖口，而后進(jìn)行十字形焊接；④采用專用胎具將兩個(gè)T型柱組成H型后進(jìn)行焊接；⑤使用埋弧自動(dòng)焊在水平兩側(cè)同時(shí)焊接；⑥采用埋弧自動(dòng)焊船型焊接位置；⑦對(duì)十字形柱進(jìn)行機(jī)械矯正和火焰矯正。關(guān)鍵工藝流程介紹如下。

3.1 T型鋼加工工藝流程

為減少T型鋼焊接變形，采取2根T型鋼組對(duì)焊接的方法。組立順序如下：

①將兩塊腹板用工藝板連接（工藝板兩面對(duì)稱安裝）；

②組立（同H型鋼的組立）。

T型鋼、H型鋼的加工制作流程如圖3所示。

圖3 型鋼加工工藝流程圖

3.2 十字形鋼柱的組立

十字形鋼柱的組立采用專用的胎具來保證其尺寸要求。組立后的H型鋼及T型鋼（已組立成H型鋼）的下料、鉆孔、鎖口（兩端頭開坡口）均由鋸床、三維鉆、鎖口機(jī)組成的流水線上自動(dòng)完成；然后，將T型鋼中的工藝板去掉，并磨平焊點(diǎn)。

H型鋼和T型鋼采用機(jī)械矯正和火焰矯正相結(jié)合。十字型矯正使用火焰矯正，矯正時(shí)應(yīng)特別注意對(duì)扭曲變形的控制和防止。

4 不對(duì)稱十字形勁性柱的焊縫檢測

不對(duì)稱十字形勁性柱的焊縫檢測是評(píng)判其加工質(zhì)量的關(guān)鍵流程，在鋼骨柱制備成型過程中應(yīng)對(duì)焊縫質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測與控制。目前較為常見的鋼結(jié)構(gòu)工程焊縫無損檢測技術(shù)[3]為超聲波探傷技術(shù)。以背景工程中A塔樓K軸交19軸處的柱為例，如圖4所示。

圖4 不對(duì)稱十字形勁性鋼骨柱

該不對(duì)稱十字形勁性柱鋼骨柱開口尺寸為150mm，進(jìn)深約320mm，檢測人員難以手持超聲波探傷儀探頭伸入其中進(jìn)行超聲波探測。因此研制了一種狹小空間內(nèi)焊縫檢測用超聲波探傷儀輔助裝置，以靈活地對(duì)十字形鋼骨柱焊縫進(jìn)行超聲波無損探傷。在焊縫超聲波探傷時(shí)，將超聲波探傷儀探頭固定于裝置上，為超聲波探傷儀提供手柄支架，以適應(yīng)狹小空間內(nèi)的焊縫檢測。

該裝置包括探頭手柄1、軸向旋轉(zhuǎn)連接件2、可旋轉(zhuǎn)連接裝置3和可調(diào)探頭固定裝置4，其特征在于：探頭手柄1為空心圓管，可使超聲波探傷儀的線路從其中穿過，便于將探頭伸入狹小空間內(nèi)的焊縫處進(jìn)行檢測。圓管之間采用對(duì)拉螺桿連接，以使圓管之間得以進(jìn)行軸向旋轉(zhuǎn)，便于伸入特殊形狀的空間內(nèi)。調(diào)節(jié)螺桿用于探頭的限位固定。裝置具體組成圖見圖5所示。

圖5 裝置組成

5 不對(duì)稱十字形勁性柱的安裝

不對(duì)稱十字形勁性柱大致安裝工藝流程[6]為：安裝前準(zhǔn)備→首層鋼柱的吊裝→鋼柱的測量校正→固定首層鋼柱→綁扎鋼筋支模板澆筑→重復(fù)以上步驟完成余下的鋼柱安裝工作→驗(yàn)收及成品保護(hù)。

5.1 安裝前準(zhǔn)備

安裝前準(zhǔn)備工作如下：根據(jù)背景工程的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與現(xiàn)場情況建立測量控制網(wǎng)，再進(jìn)行鋼柱的進(jìn)場及構(gòu)件質(zhì)量驗(yàn)收；選擇塔吊吊裝鋼柱，通過統(tǒng)計(jì)分析，選用CM335-18T（CM 型 315T.M）型塔機(jī)。塔吊布置圖見圖6；③將待安裝的柱子按位置、方向放到吊裝位置。

圖6 1#塔機(jī)布置圖

5.2 鋼柱吊裝

將吊索具、攬風(fēng)繩、爬梯、溜繩以及防墜器等固定在鋼柱上。吊裝準(zhǔn)備工作就緒后，先進(jìn)行試吊。鋼柱初始起吊時(shí)其下端用木頭支墊，防止扳起過程中滑動(dòng)和翻轉(zhuǎn)，避免損傷構(gòu)件自身和對(duì)周圍造成安全隱患。吊起一端高度為100～200mm時(shí)停吊，檢查索具牢固和吊車的穩(wěn)定性，確定安全后將鋼柱慢慢吊起、轉(zhuǎn)向就位。位于安裝基礎(chǔ)時(shí)，可指揮吊車緩慢下降，當(dāng)柱底距離基礎(chǔ)位置40～100mm時(shí)，調(diào)整柱底與基礎(chǔ)兩基準(zhǔn)線達(dá)到準(zhǔn)確位置，指揮吊車下降就位，臨時(shí)將柱子加固，達(dá)到安全方可摘除吊鉤。利用四根單繩連接鋼骨柱耳板，先緩慢起吊鋼柱至與地面垂直，而后平穩(wěn)吊裝，以確保吊裝的安全合理。

5.3 鋼柱的測量校正

鋼柱的測量校正是鋼結(jié)構(gòu)安裝的重要環(huán)節(jié)[7]。鋼柱就位后，使柱中線與基礎(chǔ)面上的中線對(duì)齊，少量的偏差可利用千斤頂和撬棍校正。

鋼柱就位和柱頂標(biāo)高校正完成后，用經(jīng)緯儀檢查垂直度，在柱身相互垂直的兩個(gè)方向用經(jīng)緯儀照準(zhǔn)鋼柱柱頂處的中心線，然后比較該中心線的投影點(diǎn)與柱底處該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)柱中心線的差值，即為鋼柱此方向垂直度的偏差值。其值應(yīng)不大于H/1000且偏差＜10mm。當(dāng)視線不通時(shí)，可將儀器架設(shè)在偏離其所在的軸線位置，但偏離的角度應(yīng)不大于15。。鋼柱垂直度校正完成后，當(dāng)一個(gè)片區(qū)的鋼柱安裝完畢后，對(duì)這一片區(qū)鋼柱進(jìn)行整體測量校正，局部偏差通過導(dǎo)鏈、纜風(fēng)繩進(jìn)行鋼柱垂直度校正。對(duì)于整體偏差則用多臺(tái)儀器多根鋼柱同時(shí)進(jìn)行垂直度校正。

5.4 鋼柱的固定

根據(jù)背景工程情況計(jì)算的構(gòu)件單根重量，在鋼柱的4個(gè)面大約距柱頭500～1000mm處捆綁4根φ8軟鋼絲攬風(fēng)繩，且每根鋼絲繩與地面形成約60°夾角，靠近地面端用2T手拉葫蘆勁性緊固。須保證4根鋼絲繩長度相等，并且連接牢固，以穩(wěn)定安裝完成后的鋼骨柱。從4個(gè)方向進(jìn)行固定，防止安裝完成后鋼骨柱因風(fēng)力等因素發(fā)生偏移的情況發(fā)生，使其保持安裝完成時(shí)的定位精度和垂直度。

5.5 綁扎鋼筋支模板澆筑

綁扎鋼筋，搭設(shè)模板，采用分層澆筑的方法澆筑混凝土，采用細(xì)直徑的振搗棒進(jìn)行混凝土振搗，不留死角。澆筑混凝土過程中檢測鋼柱垂直度，若發(fā)現(xiàn)偏差及時(shí)采取攬風(fēng)繩等措施進(jìn)行調(diào)正。

6 結(jié)語

本文研究的內(nèi)容解決了不對(duì)稱十字形勁性柱在背景工程中應(yīng)用所面臨的問題，可以為不對(duì)稱十字勁性柱在超高層建筑的應(yīng)用提供參考。其中，勁性柱加工工藝能夠嚴(yán)格控制不對(duì)稱十字形勁性鋼骨柱加工精度，避免因加工質(zhì)量缺陷降低結(jié)構(gòu)承載能力；采用狹小空間內(nèi)焊縫檢測用超聲波探傷儀輔助裝置能夠解決鋼骨柱操作空間狹小難以進(jìn)行焊縫質(zhì)量檢測的問題，從而更好地控制不對(duì)稱十字勁性柱鋼骨柱的加工質(zhì)量；勁性柱安裝方法可以確保不對(duì)稱十字勁性柱安全、較精確地完成安裝。