田玉江

(中鐵城建集團(tuán)有限公司 湖南長(zhǎng)沙 410208)

1 引言

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

2 工程概況

銀川綠地中心項(xiàng)目位于銀川市大連中路北側(cè)，團(tuán)結(jié)路南側(cè)，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(wàn)m2。地上由南北兩座塔樓和南北兩個(gè)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(jié)構(gòu)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(biāo)高為-19.000 m，核心筒柱底標(biāo)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(kāi)始布設(shè)，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(jié)構(gòu)施工技術(shù)

3.1 連接方式

原設(shè)計(jì)鋼板墻焊縫的焊接形式全部為焊接連接，經(jīng)與設(shè)計(jì)單位進(jìn)行溝通協(xié)商，對(duì)原設(shè)計(jì)進(jìn)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(jì)算優(yōu)化

對(duì)鋼板墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算優(yōu)化，設(shè)置合理的鋼板墻單體鋼構(gòu)件，確定制造鋼結(jié)構(gòu)單體，減少現(xiàn)場(chǎng)吊裝次數(shù)、加快現(xiàn)場(chǎng)吊裝頻率。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安裝進(jìn)行施工模擬，設(shè)置合理的安裝順序，保證現(xiàn)場(chǎng)吊裝安全。

3.3 三點(diǎn)吊裝技術(shù)

采用鋼板墻鋼結(jié)構(gòu)三點(diǎn)吊裝技術(shù)，鋼構(gòu)件的安裝定位調(diào)整準(zhǔn)確，且調(diào)整速度快，節(jié)約了現(xiàn)場(chǎng)鋼構(gòu)件的吊裝時(shí)間。在焊接施工前進(jìn)行焊接工藝評(píng)定并進(jìn)行試驗(yàn)分析，根據(jù)試驗(yàn)分析結(jié)果制定合理的焊接順序，減小焊縫的焊接應(yīng)力及變形，以保證焊縫的焊接質(zhì)量。

4 工藝原理

對(duì)鋼板墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模，并分析鋼板墻單體構(gòu)件的重心位置，確定主吊點(diǎn)的位置，使吊鉤的起吊位置在構(gòu)件重心上，次吊點(diǎn)采用對(duì)接耳板，減少吊耳設(shè)置，節(jié)約材料。吊裝前仔細(xì)檢查每個(gè)鋼構(gòu)件的焊接質(zhì)量，必要時(shí)對(duì)鋼構(gòu)件焊縫進(jìn)行超聲波探傷檢測(cè)。三點(diǎn)吊裝方式是利用倒鏈的可調(diào)節(jié)性，在吊裝過(guò)程中通過(guò)調(diào)整倒鏈的長(zhǎng)度與角度，能夠快速準(zhǔn)確地調(diào)整鋼構(gòu)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(diǎn)

5.1 施工工藝流程

設(shè)計(jì)優(yōu)化、深化→確定組合結(jié)構(gòu)制作單元→BIM技術(shù)施工模擬→合理設(shè)置吊點(diǎn)→應(yīng)用兩點(diǎn)吊裝技術(shù)→組合結(jié)構(gòu)吊裝→焊接施工→焊縫無(wú)損檢測(cè)、驗(yàn)收。

5.2 施工操作要點(diǎn)

5.2.1 優(yōu)化原設(shè)計(jì)連接形式

原設(shè)計(jì)型鋼柱、型鋼梁、鋼板墻的節(jié)點(diǎn)連接形式為全焊接連接，現(xiàn)場(chǎng)焊接量大，操作難度大，如圖2所示，并且現(xiàn)場(chǎng)施工工期緊張。經(jīng)設(shè)計(jì)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(diǎn)：鋼構(gòu)件定位準(zhǔn)確，安裝速度快，焊接工作量少，大大節(jié)約了現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)間。

圖2 鋼板剪力墻原設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)

圖3 優(yōu)化后鋼板剪力墻連接節(jié)點(diǎn)

5.2.2 型鋼鋼板剪力墻深化設(shè)計(jì)

深化設(shè)計(jì)中對(duì)構(gòu)件進(jìn)行分段綜合分析：

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

圖4 異型型鋼鋼板組合結(jié)構(gòu)截面尺寸示意

(2)第二，分析實(shí)際的交通運(yùn)輸條件。加工的鋼構(gòu)件不能超寬、超高，所運(yùn)輸?shù)匿摌?gòu)件是否滿足滿足交通運(yùn)輸要求[3]，如圖5所示。

圖5 異型型鋼鋼板組合結(jié)構(gòu)進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收

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

通過(guò)以上三個(gè)方面的分析，以及建模技術(shù)分析計(jì)算，確定了加工車間生產(chǎn)鋼構(gòu)件單體的尺寸及形狀，不僅滿足了交通運(yùn)輸要求，而且還滿足了現(xiàn)場(chǎng)吊裝的要求[5]。

5.2.3 合理設(shè)置吊點(diǎn)

利用建模技術(shù)對(duì)鋼板墻結(jié)構(gòu)建模，并找出大截面鋼構(gòu)件單體的重心位置，確定鋼構(gòu)件主吊點(diǎn)的位置，使吊鉤的起吊位置在構(gòu)件重心上，次吊點(diǎn)采用對(duì)接耳板，減少吊耳設(shè)置，節(jié)約材料，如圖6所示。鋼構(gòu)件進(jìn)場(chǎng)卸車時(shí)，應(yīng)仔細(xì)檢查每一個(gè)鋼構(gòu)件的焊接質(zhì)量，必要時(shí)對(duì)鋼構(gòu)件焊縫進(jìn)行補(bǔ)焊[6]。

圖6 異型型鋼鋼板組合結(jié)構(gòu)吊耳設(shè)置

5.2.4 異型結(jié)構(gòu)吊裝技術(shù)

異型構(gòu)件吊裝前，先用模型找出構(gòu)件重心[7]，根據(jù)重心，放樣吊裝示意圖，如圖7所示，設(shè)置吊點(diǎn)及吊裝鋼絲繩長(zhǎng)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(gòu)件吊裝使用吊耳均在工廠加工，一般不會(huì)考慮偏重構(gòu)件中心，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)吊裝時(shí)需采取措施處理，增加構(gòu)件吊裝時(shí)間[9]。

圖7 找出鋼構(gòu)件重心

采用此工藝可以保證吊裝角度，保證構(gòu)件快速安裝就位，有效提高安裝效率，降低高空作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，加快施工進(jìn)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(gòu)件安裝校正后，進(jìn)行螺栓安裝，待結(jié)構(gòu)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(yīng)進(jìn)行分層焊接，在焊接前應(yīng)對(duì)鋼構(gòu)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(shí)左指20°，采用右焊法時(shí)右指20°；次層及中間層焊縫焊接時(shí)，焊絲外觀呈水平狀，與前進(jìn)方向成80°～85°角；坡邊層焊接時(shí)，焊絲向上傾斜50°。每層焊縫應(yīng)該保持基本垂直或上部稍微向外傾斜，焊接至面縫層時(shí)，應(yīng)在上部1.5 mm和下部2 mm處留下深度焊角，便于收面時(shí)能夠看清坡口邊[11]。

5.2.6 焊縫無(wú)損檢測(cè)、驗(yàn)收

(1)鋼板墻在現(xiàn)場(chǎng)焊接過(guò)程前，做好書(shū)面及現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)交底并保留影像資料。在焊接過(guò)程中，做好過(guò)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(chǎng)所有的鋼結(jié)構(gòu)焊縫必須100%檢查，檢查標(biāo)準(zhǔn)按現(xiàn)行國(guó)家有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。焊縫內(nèi)部缺陷、表面缺陷檢測(cè)，應(yīng)嚴(yán)格按照《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》、《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》要求進(jìn)行，并應(yīng)遵守第2.1.5條的要求。所有一級(jí)焊縫，按超聲波B級(jí)進(jìn)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(jìn)行焊接質(zhì)量檢查。

6 結(jié)論

通過(guò)對(duì)大截面鋼板墻鋼結(jié)構(gòu)的安裝技術(shù)研究，針對(duì)本工程鋼板墻結(jié)構(gòu)的大截面鋼構(gòu)件分段建模分析，設(shè)置合理的鋼結(jié)構(gòu)單體，優(yōu)化鋼構(gòu)件的吊裝形式，保證了現(xiàn)場(chǎng)吊裝的安全、質(zhì)量和進(jìn)度。通過(guò)數(shù)據(jù)分析和建模模擬施工的結(jié)論，減少了現(xiàn)場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)的焊接量，縮短了鋼結(jié)構(gòu)的吊裝時(shí)間，給公司其他超高層鋼結(jié)構(gòu)施工提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。