某工程鋼板剪力墻焊接技術(shù)管理研究

王 凱 中鐵建設(shè)集團(tuán)有限公司，北京 100040

1 工程概況

某超高層住宅項(xiàng)目，總建筑面積約199636.01m2，主體結(jié)構(gòu)形式為型鋼混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)包括組合鋼板剪力墻+ 勁性鋼柱鋼結(jié)構(gòu)主要采用Q235B 和Q345B，項(xiàng)目總用鋼量約為2912t。

圖1 鋼板剪力墻結(jié)構(gòu)BIM 三維圖

2 焊接技術(shù)質(zhì)量管理問(wèn)題分析

現(xiàn)場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)焊縫施焊有水平焊縫和豎向焊縫，仰焊、俯焊等不易操作工序，使焊接難度高，焊接緩慢。其次，構(gòu)件高度以及焊縫長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，溫度應(yīng)力大，焊接完成后鋼板墻偏差嚴(yán)重[1]。如何保證并提高鋼板剪力墻焊接合格率，以確保后期鋼板安裝順利及結(jié)構(gòu)安全，是工程現(xiàn)場(chǎng)必須解決的重點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題。本文將采用“頭腦風(fēng)暴法”，根據(jù)5W1H 原則，運(yùn)用關(guān)聯(lián)圖對(duì)鋼板剪力墻焊接技術(shù)影響因素進(jìn)行分析[2]。

2.1 現(xiàn)場(chǎng)鋼構(gòu)施工情況說(shuō)明

根據(jù)前期地下室及地上1～4 層的墻鋼板施工情況，發(fā)現(xiàn)部分鋼板剪力墻存在焊接質(zhì)量的 “單層垂直度偏差大” 和 “平面彎曲超標(biāo)”。部分鋼板剪力墻出現(xiàn)翹曲，鋼柱、鋼板剪力墻未能在同一個(gè)平面內(nèi)等問(wèn)題[3]，焊接后需要返工重新矯正鋼板墻導(dǎo)致工期每層延誤2～6 天，后期鋼板剪力墻豎向鋼筋安裝完成后與模板沖突導(dǎo)致部分墻體變形嚴(yán)重等質(zhì)量問(wèn)題。

2.2 施工影響因素

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)、調(diào)查和統(tǒng)計(jì)，共檢查了250 處，根據(jù)規(guī)范及設(shè)計(jì)要求，確定合格203 處，不合格47 處，安裝質(zhì)量合格率為：（203/250）×100%=81.2%。

運(yùn)用關(guān)聯(lián)圖進(jìn)行分析，分別從人、機(jī)、料、法、環(huán)、測(cè)6 個(gè)方面分析了可能影響質(zhì)量問(wèn)題的原因，并歸納整理繪制關(guān)聯(lián)圖[4]（圖2）。

圖2 關(guān)聯(lián)圖

通過(guò)關(guān)聯(lián)圖分析，共有末端因素10 個(gè)，見(jiàn)表1。

表1 末端因素

經(jīng)過(guò)整理分析，歸納總結(jié)出鋼板剪力墻焊接的質(zhì)量問(wèn)題，見(jiàn)鋼板剪力墻焊接質(zhì)量問(wèn)題分析統(tǒng)計(jì)表2。

表2 鋼板剪力墻焊接質(zhì)量問(wèn)題統(tǒng)計(jì)

根據(jù)上述施工質(zhì)量問(wèn)題表，作出了如下排列圖3。

圖3 鋼板墻焊接質(zhì)量問(wèn)題排列圖

根據(jù)鋼板剪力墻焊接質(zhì)量問(wèn)題統(tǒng)計(jì)表及排列圖可知，“鋼板剪力墻單層垂直度偏差大” 問(wèn)題點(diǎn)數(shù)為17 個(gè)，“平面彎曲超標(biāo)” 問(wèn)題占總問(wèn)題數(shù)的27.66%，是影響鋼板剪力墻焊接質(zhì)量的主要原因，“鋼板剪力墻單層垂直度偏差大” 和 “鋼板剪力墻平面彎曲超標(biāo)” 是影響鋼板剪力墻焊接質(zhì)量的主要問(wèn)題。

3 質(zhì)量管理措施

3.1 制定對(duì)策

找到問(wèn)題關(guān)鍵所在后，針對(duì)鋼板剪力墻焊接方案不合理這個(gè)要因，根據(jù)5W1H 原則，最后制定了以下對(duì)策分析評(píng)價(jià)表3。

表3 對(duì)策分析評(píng)價(jià)

3.2 實(shí)施對(duì)策

3.2.1 加設(shè)定位板及連接板

已運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)的鋼板，利用工廠焊接的鋼柱定位板，在鋼板剪力墻焊接前，先將鋼板剪力墻安裝到位后，與鋼柱上定位板點(diǎn)焊固定，保證鋼板剪力墻在焊接過(guò)程中不出現(xiàn)與鋼柱的相對(duì)錯(cuò)位。在鋼板剪力墻焊接前，先將鋼板剪力墻安裝到位后，與鋼柱上定位板點(diǎn)焊固定，如下圖4。

鋼板剪力墻之間的對(duì)接焊縫，每隔一段距離加設(shè)一道臨時(shí)連接板，正反兩面對(duì)稱布置，在鋼板剪力墻拼裝到位校正后點(diǎn)焊固定，保證相鄰兩塊剪力墻之間無(wú)相對(duì)位移。

圖4 鋼柱與鋼板剪力墻間的定位板布置圖

3.2.2 剪力墻設(shè)置水平工藝梁相互連接

本工程為單片式鋼板剪力墻，由于沒(méi)有約束，導(dǎo)致焊接過(guò)程中變形嚴(yán)重，因此必須制定相應(yīng)的施工工藝去約束單片式鋼板剪力墻的自由位移。采用相鄰剪力墻之間設(shè)置水平工藝梁相互連接的形式保證整體剛度，確保焊接減少變形位移。部分鋼板剪力墻由于缺少有效的平面外支撐，因此為確保鋼板剪力墻在焊接過(guò)程中無(wú)自由變形，在鋼板剪力墻、鋼柱吊裝到位并校正完成后，相鄰剪力墻之間設(shè)置水平工藝梁相互連接，控制鋼板剪力墻在焊接過(guò)程中的自由變形。工藝梁現(xiàn)場(chǎng)效果圖如圖5。

工藝梁在鋼板剪力墻焊接冷卻后，先測(cè)量鋼板剪力墻的實(shí)際偏差，當(dāng)安裝偏差滿足施工精度要求時(shí)，進(jìn)行后續(xù)階段的施工；當(dāng)安裝偏差不能滿足施工精度要求時(shí)，可臨時(shí)拆除校正當(dāng)前鋼板剪力墻偏差后，再進(jìn)行后續(xù)階段的施工。

圖5 現(xiàn)場(chǎng)工藝梁效果圖

3.2.3 鋼板現(xiàn)場(chǎng)焊接工藝調(diào)整

由于立縫和水平縫過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致鋼板現(xiàn)場(chǎng)焊接容易變形，如果采取常規(guī)焊接工藝，則溫度應(yīng)力過(guò)大產(chǎn)生變形嚴(yán)重。鋼板剪力墻在工廠開(kāi)好坡口。鋼板剪力墻焊接時(shí)，先焊接水平鋼梁與鋼柱的焊縫，再焊鋼柱對(duì)接焊縫，接著焊接豎向焊縫，最后焊接橫向焊縫的順序進(jìn)行焊接，整體按1、2、3、4、5 的順序焊接，每條焊縫采取對(duì)稱間斷焊再滿焊的方式施工，即每條焊縫按下圖6 標(biāo)號(hào)順序。采用小熱輸入量，小焊道，多道多層焊接方法以減少收縮量。

圖6 鋼板剪力墻焊接順序示意圖

3.2.4 增加水平加強(qiáng)角鋼

為了增強(qiáng)鋼板整體剛度，安裝前在兩塊鋼板對(duì)接位置上下300mm 位置對(duì)稱布置加強(qiáng)角鋼，角鋼規(guī)格為L(zhǎng)80×5mm，使用間斷角焊縫與鋼板剪力墻固定。水平焊縫過(guò)長(zhǎng)，同樣導(dǎo)致鋼板現(xiàn)場(chǎng)焊接容易變形，焊縫周圍均為20mm 厚的鋼板，在溫度應(yīng)力下容易產(chǎn)生扭曲變形，因此需要將水平焊縫部位鋼板剪力墻的剛度增加。見(jiàn)圖7。

圖7 鋼板剪力墻水平加強(qiáng)角鋼示意圖

4 效果檢查

4.1 質(zhì)量效益

采取了針對(duì)性的焊接方案后，對(duì)場(chǎng)內(nèi)鋼板剪力墻進(jìn)行一次系統(tǒng)的檢查，共檢查120 處，鋼板剪力墻焊接合格率達(dá)到92.67%，得到了顯著提升。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益

通過(guò)鋼板剪力墻焊接技術(shù)質(zhì)量管理問(wèn)題分析，極大提高了施工效率，節(jié)約了大量機(jī)械臺(tái)班及人工費(fèi)，避免了浪費(fèi)，同時(shí)避免了鋼板剪力墻焊接不合格導(dǎo)致返工的隱患，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益，每層鋼板剪力墻減少工期約4 天。

通過(guò)對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行深入分析、細(xì)致策劃，對(duì)同類型工程的施工具有一定指導(dǎo)意義。同時(shí)明確了獨(dú)立鋼板剪力墻焊接的控制要點(diǎn)，有效保證鋼板剪力墻的焊接合格率，具有很好的推廣實(shí)施意義。