董傳藝 郭 強(qiáng) 王 帥 李鳳堂

中建八局第二建設(shè)有限公司 山東 濟(jì)南 250022

1 工程概況

綠地山東國際金融中心項(xiàng)目位于濟(jì)南市歷下區(qū)中央商務(wù)區(qū)，新濼大街與茂嶺三號路交叉口，總建筑面積430 600 m2，地下4層，地上88層，總建筑高度428 m。主塔樓基礎(chǔ)形式為樁基，主體結(jié)構(gòu)為核心筒＋外框柱＋伸臂桁架＋環(huán)帶桁架結(jié)構(gòu)。外框結(jié)構(gòu)由勁性十字鋼骨柱、非勁性框架鋼梁、壓型組合樓板組成，核心筒主要為混凝土剪力墻，F(xiàn)11層以下及桁架層為混凝土組合鋼板剪力墻結(jié)構(gòu)體系（圖1）。

綠地山東國際金融中心超高層主塔樓，核心筒為含有58根鋼骨柱的鋼板混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)（圖2），鋼板剪力墻的施工難度較大，在施工過程中需要從深化設(shè)計(jì)、加工制作、運(yùn)輸堆放以及安裝焊接等方面進(jìn)行嚴(yán)格控制，以確保最終的施工質(zhì)量。

2 鋼板墻施工

2.1 鋼板剪力墻深化設(shè)計(jì)

圖1 外框鋼結(jié)構(gòu)分布

1）根據(jù)核心筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)，核心筒鋼結(jié)構(gòu)主要分為勁性鋼骨柱、鋼骨連梁與鋼板墻，鋼骨柱、鋼骨梁及鋼板墻采取有效的剛性連接，與混凝土結(jié)構(gòu)形成核心筒組合鋼板剪力墻結(jié)構(gòu)體系。組合鋼板剪力墻結(jié)構(gòu)體系需要從便于現(xiàn)場鋼構(gòu)件吊裝、減少現(xiàn)場焊接作業(yè)量、方便控制焊接變形量、便于鋼筋與鋼構(gòu)件形成有效連接等方面，進(jìn)行鋼骨柱、鋼骨梁、鋼板剪力墻節(jié)點(diǎn)的深化設(shè)計(jì)和拼裝單元的劃分。

圖2 核心筒鋼結(jié)構(gòu)分布

2）鋼骨柱以及鋼板墻的吊裝單元?jiǎng)澐中枰紤]現(xiàn)場施工工況，結(jié)合塔式起重機(jī)的性能與鋼構(gòu)件質(zhì)量、結(jié)構(gòu)樓層層高、鋼構(gòu)件運(yùn)輸和塔吊吊裝效率等因素。鋼柱按照2～3層進(jìn)行分節(jié)，高度控制在10～13 m；鋼板剪力墻由于吊裝易變性，平面外剛度較小，按照每層高度設(shè)置分段，高度以4～6 m為宜。受交通運(yùn)輸制約，鋼構(gòu)件分段寬度控制在2.5 m以內(nèi)。

3）節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)需要保證鋼板剪力墻吊裝精度，其中組合鋼板剪力墻結(jié)構(gòu)施工順序?yàn)橄劝惭b鋼骨柱、再安裝鋼板及鋼骨連梁。為了便于控制吊裝精度，將鋼板剪力墻及鋼骨連梁在加工廠焊接為整體，整體運(yùn)輸至施工現(xiàn)場后與已經(jīng)安裝焊接完畢的鋼骨柱進(jìn)行剛性連接，從而減少現(xiàn)場焊接作業(yè)量，避免焊接應(yīng)力集中導(dǎo)致鋼板變形。將鋼骨連梁與剪力墻鋼板組合構(gòu)件，與鋼柱現(xiàn)場對接焊縫在同一水平標(biāo)高直線上，以利于構(gòu)件的垂直吊裝以及校正焊接。在鋼板剪力墻的非節(jié)點(diǎn)部位增加縱橫方向的加勁肋，有助于減小鋼板墻因加工、運(yùn)輸以及現(xiàn)場焊接等工序造成的變形。

4）鋼構(gòu)件分段劃分原則主要為方便現(xiàn)場施工，便于質(zhì)量控制。為此，將組合鋼板剪力墻結(jié)構(gòu)體系劃分為鋼骨柱與鋼板組合構(gòu)件、鋼骨梁與鋼板組合構(gòu)件、鋼骨柱、鋼板墻4種形式。當(dāng)2根相鄰鋼骨柱最外側(cè)翼緣板間距小于2.5 m時(shí)，將鋼板剪力墻與兩側(cè)鋼柱加工成為一個(gè)整體，進(jìn)行整體運(yùn)輸及吊裝；當(dāng)1根鋼骨柱與鋼板墻組合寬度小于2.5 m時(shí)，將其加工成一個(gè)整體，進(jìn)行整體運(yùn)輸及吊裝；當(dāng)鋼板墻寬度超過2.5 m時(shí)，需要將鋼板分成2.5 m以內(nèi)的寬度，并結(jié)合前2種組合方式進(jìn)行加工制作。

5）組合鋼板剪力墻的施工不僅需要考慮到鋼構(gòu)件自身的連接，還應(yīng)注意鋼構(gòu)件與鋼筋的連接、混凝土澆筑、模板加固等方面。為滿足箍筋的設(shè)計(jì)要求及組合鋼板墻的力學(xué)性能要求，在鋼板剪力墻上開設(shè)箍筋孔，并在鋼骨柱及鋼連梁上焊接套筒與主筋進(jìn)行有效連接。為減少混凝土澆筑流動(dòng)過程中受到的阻礙，在剪力墻上梅花形布置直徑150 mm的過灰孔。為滿足組合鋼板墻模板施工的需要，在鋼板剪力墻上間隔布置對拉螺桿套筒及開設(shè)對拉螺桿孔[1-2]。

2.2 組合鋼板剪力墻的加工制作

組合鋼板墻包含鋼骨柱與鋼板組合構(gòu)件、鋼骨梁與鋼板組合構(gòu)件、鋼骨柱、鋼板墻4種形式鋼構(gòu)件的制作。在深化設(shè)計(jì)出具零件圖后進(jìn)行下料，根據(jù)構(gòu)件圖進(jìn)行組裝、焊接、校正、拋丸除銹等工序。在下料加工過程中，對鋼構(gòu)件的尺寸偏差進(jìn)行合理控制，確保鋼構(gòu)件的加工誤差在規(guī)范要求范圍以內(nèi)。

2.3 組合鋼板墻運(yùn)輸及堆放

組合鋼板墻由于面積較大，缺少阻擋變形的邊緣部件，所以容易在運(yùn)輸和堆放的過程中發(fā)生彎曲變形。構(gòu)件運(yùn)輸時(shí)需要在鋼板墻下方鋪設(shè)工字鋼或者枕木，以確保鋼構(gòu)件不被壓彎。同時(shí)，由于鋼板墻的特性，在多層放置時(shí)，層數(shù)應(yīng)該不得超過3層，并且每層之間均需墊平（圖3）。

圖3 鋼板剪力墻堆放

2.4 組合鋼板墻安裝

1）組合鋼板墻單片面積大，側(cè)向變形剛度小，在安裝過程中容易產(chǎn)生變形，所以組合鋼板墻在深化安裝之前，需要對鋼板墻進(jìn)行吊裝變形驗(yàn)算，以避免因分段而導(dǎo)致的變形。同時(shí)，組合鋼板墻安裝時(shí)需要在鋼構(gòu)件上設(shè)置合適的吊耳，依據(jù)鋼構(gòu)件重心確定鋼構(gòu)件的吊耳布置位置，保證鋼構(gòu)件吊裝過程均衡穩(wěn)定。吊索的水平夾角應(yīng)控制在45°～60°之間，避免吊索具因?yàn)閵A角過小造成水平分力過大，給鋼板墻造成變形或帶來吊裝風(fēng)險(xiǎn)。

2）組合鋼板安裝時(shí)，需要先安裝鋼板墻兩側(cè)鋼柱，待鋼柱校正就位焊接完畢后，再進(jìn)行鋼連梁以及鋼板墻的安裝就位。由于鋼板墻迎風(fēng)面積大，故在鋼板墻吊裝就位時(shí)，可以在鋼板墻底部預(yù)設(shè)馬板，以方便安裝，保證施工安全。

3）采用全站儀和拉線等方法，對鋼構(gòu)件的平面坐標(biāo)、標(biāo)高、垂直度、扭轉(zhuǎn)和彎曲變形情況等進(jìn)行測量校正。對于變形過大處，采用機(jī)械或者火焰矯正的方式對組合鋼板墻進(jìn)行變形糾偏。在鋼板墻的焊接過程中應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)控，一旦發(fā)現(xiàn)有鋼板墻變形的情況，立即分析原因并采取相應(yīng)的解決措施，適當(dāng)調(diào)整焊接位置、焊接順序、焊接方向，以達(dá)到控制鋼板墻變形的目的。

2.5 組合鋼板墻焊接

由于鋼板墻板厚較厚，焊縫長度較長，故在大量集中焊接的情況下容易產(chǎn)生焊接應(yīng)力集中，使得鋼板發(fā)生變形。通過有限元軟件對焊接區(qū)域進(jìn)行模擬分析，借鑒類似工程的施工經(jīng)驗(yàn)，可采取調(diào)整鋼板墻的焊接順序以及制定反變形措施等來控制鋼板墻的變形，從而保證鋼板墻的施工質(zhì)量。

2.5.1 鋼板剪力墻施工操作平臺

鋼板墻結(jié)構(gòu)體系焊縫錯(cuò)綜復(fù)雜，分布廣，作業(yè)量大。為滿足現(xiàn)場施工進(jìn)度要求，需要多組人員同時(shí)施焊。為保證施工作業(yè)安全，確保焊縫焊接質(zhì)量，控制鋼板墻變形，特別設(shè)計(jì)了針對此類鋼板墻焊接施工的操作平臺（圖4）。此焊接操作平臺既可以滿足安全操作防護(hù)的需要，又可以重復(fù)利用，達(dá)到節(jié)約工期和成本的目的。

圖4 焊接操作平臺

2.5.2 組合鋼板墻焊接工藝

核心筒組合鋼板墻結(jié)構(gòu)體系施工時(shí)，首先進(jìn)行鋼骨柱的安裝焊接，形成立面框架，再進(jìn)行鋼骨連梁與鋼板墻的安裝及焊接。對于2根鋼柱之間有鋼板墻并且鋼板墻需分段的區(qū)域，鋼柱及鋼板墻采用先中間后四周的焊接順序進(jìn)行施工。

對于鋼板墻與鋼板墻、鋼板墻與鋼骨柱之間的通長焊縫，為避免焊接過程中的應(yīng)力集中，可采用間斷跳焊后再補(bǔ)充焊接完整的工藝，立面焊縫由柱頂向柱底進(jìn)行焊接，每間隔400 mm距離焊接長400 mm的焊縫。跳焊的每段焊縫焊接完畢后，再返回未焊接區(qū)域循環(huán)進(jìn)行二次補(bǔ)充焊接。鋼板剪力墻兩側(cè)的焊縫分別設(shè)置1名焊工進(jìn)行焊接，同時(shí)同向施焊。

2.6 其他防變形控制措施

1）在鋼板墻之間增設(shè)工藝梁和加勁肋（圖5），在樓板樓層較厚區(qū)域增加約束工藝腰梁，將相鄰的鋼板墻進(jìn)行有效連接，提高鋼板剪力墻的剛度，增加鋼板剪力墻的約束力，達(dá)到控制焊接變形的目的。在鋼板墻上焊接加勁肋，通過加勁肋的焊接增加鋼板的抗彎曲性能，從而控制焊接變形。

2）通過減少鋼板剪力墻的焊接作業(yè)量來控制鋼板的變形。在寬度方向需要進(jìn)行現(xiàn)場連接的2塊鋼板剪力墻，采用雙夾板高強(qiáng)螺栓連接的方式進(jìn)行鉸接連接。為保證剛度要求，將雙夾板四周與鋼板墻進(jìn)行現(xiàn)場角焊縫圍焊，將全熔透焊縫的焊接應(yīng)力轉(zhuǎn)化為栓焊連接中的角焊縫焊接應(yīng)力，從而減小焊接變形。

圖5 鋼板墻工藝梁及加勁肋

3）對于組合鋼板墻的焊接，在深化設(shè)計(jì)時(shí)需要對鋼板墻進(jìn)行焊接變形量的計(jì)算。安裝鋼構(gòu)件時(shí)，依據(jù)焊接變形量將鋼板剪力墻構(gòu)件朝變形的反方向偏移一定的尺寸，從而達(dá)到控制變形量、滿足質(zhì)量要求的目的。

3 結(jié)語

綠地山東國際金融中心超高層項(xiàng)目的核心筒鋼板剪力墻結(jié)構(gòu)體系內(nèi)含鋼骨柱、鋼骨梁以及鋼板墻等多種形式的組合焊接形式，核心筒鋼結(jié)構(gòu)施工體量大，剪力墻結(jié)構(gòu)體系焊接質(zhì)量要求高。

通過關(guān)鍵工藝技術(shù)的總結(jié)，形成如下結(jié)論：合理的吊裝方案不僅可以節(jié)省成本，還可加快施工進(jìn)度，是鋼結(jié)構(gòu)施工全過程的關(guān)鍵；深化設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分模擬施工過程，避免與其他專業(yè)發(fā)生矛盾，這是實(shí)現(xiàn)工程安全、節(jié)能、優(yōu)質(zhì)、高效的重要手段；合理的安裝焊接工藝對于工程的安全、高速、優(yōu)質(zhì)完成意義重大。