李 劍 山西八建集團(tuán)有限公司
近年來,隨著鋼板剪力墻理論的發(fā)展和工程經(jīng)驗(yàn)的積累,高層結(jié)構(gòu)中的核心筒主體剪力墻開始采用鋼板剪力墻,以發(fā)揮鋼材高強(qiáng)、質(zhì)輕的特點(diǎn)。全鋼骨組合鋼板墻,也就是整個(gè)核心筒均采用鋼板剪力墻,因此形成整體結(jié)構(gòu),最大限度地發(fā)揮鋼板剪力墻結(jié)構(gòu)的整體效用。組合鋼板墻超長、焊縫多焊接量大和平面外剛度弱等特點(diǎn),給鋼結(jié)構(gòu)施工帶來了巨大的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的“梁柱”施工方法,已經(jīng)不能滿足以“面單元”整體式鋼板墻的施工,必須有進(jìn)行有針對(duì)性的創(chuàng)新,才能有效地保障其施工質(zhì)量。
山西杏花村汾酒廠股份有限公司銷售中心項(xiàng)目,位于山西省汾陽市杏花村鎮(zhèn),地下一層,地上主樓二十層,裙樓三層,總高度為89.3m,總建筑面積為45679.81m2,鋼框架中心支撐結(jié)構(gòu)體系,主樓核心筒采用箱型柱+雙層鋼板混凝土剪力墻組合結(jié)構(gòu),箱型柱之間采用鋼板剪力墻連接,鋼板混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)形式為,兩側(cè)30mm、16mm、14mm鋼板,鋼板墻內(nèi)側(cè)為Φ 19@200栓釘L=100mm,縱筋、水平筋鋼筋為Φ14@150,拉筋為Φ10@450mm×450mm,內(nèi)灌C50混凝土,厚度為400mm、350mm,單塊鋼板寬為2050mm,高為8m,焊縫長,鋼板厚,焊接應(yīng)力較大。通過研究與應(yīng)用提高鋼板剪力墻焊接質(zhì)量、減少施工中的應(yīng)力變形、最大限度地發(fā)揮鋼板剪力墻結(jié)構(gòu)的整體效用縮短了工期,節(jié)約了成本。雙層鋼板作為混凝土模板,省去了支模的程序并且加快了施工工期。
準(zhǔn)備工作→現(xiàn)場(chǎng)定位放線→墻豎向、水平鋼筋綁扎→鋼筋與鋼筋連接板雙面焊接→鋼板墻安裝→鋼板墻豎向、水平焊縫焊接(全熔透一級(jí)焊縫)→焊縫試驗(yàn)→對(duì)拉螺栓加固→混凝土澆筑。
①構(gòu)件、焊劑、連接螺栓等進(jìn)場(chǎng)前收集資料齊全(合格證、檢驗(yàn)報(bào)告、復(fù)試報(bào)告等);構(gòu)件進(jìn)場(chǎng)后需經(jīng)驗(yàn)收并合格才可進(jìn)行下一步工序。
②構(gòu)件規(guī)格、尺寸、焊接坡口形式符合設(shè)計(jì)要求。
③防止焊接過程中應(yīng)力變化引起應(yīng)力變形,鋼板墻出廠前設(shè)置直徑為10cm應(yīng)力孔洞(鋼板剪力墻應(yīng)力釋放孔設(shè)置避開鋼板剪力墻對(duì)角線500mm寬度范圍受力較大的區(qū)域)。
④焊接設(shè)備、輔助設(shè)備、焊接人員、焊接工藝評(píng)定等工作已完成。
⑤雙層鋼板+鋼筋混凝土剪力墻施工前,前道工序隱蔽驗(yàn)收合格,并要求對(duì)施工過程中的管理人員進(jìn)行技術(shù)交底工作,施工管理人員并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安裝操作人員完成技術(shù)交底。
在測(cè)控點(diǎn)架設(shè)全站儀放出各鋼板剪力墻的控制線,保證軸線偏差不大于規(guī)范允許值。
用水準(zhǔn)儀和鋼尺配合標(biāo)出控制50cm線,用來測(cè)定高程,必須在樓層板面標(biāo)高處固定牢固,保證鋼板在澆筑混凝土前的穩(wěn)定性。
①綁接墻立筋14@150,畫好橫筋分檔標(biāo)志,在最上部、齊胸部、最下部三處分別綁扎一根水平筋,然后畫豎向筋分檔標(biāo)志,在綁扎立筋時(shí),搭接長度范圍內(nèi)綁扎3扣(兩端50mm和中間處),按豎向筋分檔標(biāo)志固定豎向,且必須豎直;最后綁扎水平筋14@150,水平最下部第一根鋼筋,距下層混凝土表面50mm,然后依次按水平筋間距綁扎其他水平鋼筋。因剪力墻為雙向受力筋,墻體鋼筋必須全部綁扎,嚴(yán)禁漏綁。鋼筋混凝土剪力墻必須與四周梁、板澆成整體。墻體鋼筋是雙層雙向時(shí),水平鋼筋在外。
②距地面50mm處綁扎第一道水平筋,距柱50mm處綁扎第一道豎向鋼筋。墻水平筋端頭與鋼筋連接板的搭接長度為150mm。
③水平、豎向綁扎鋼筋搭接長度按要求施工,鋼筋接頭錯(cuò)開,同一截面接頭率不大于總截面積的50%。甩出的鋼筋用橫向鋼筋臨時(shí)固定。
④墻內(nèi)拉筋交錯(cuò)布置,墻體鋼筋網(wǎng)之間設(shè)10@450拉筋。墻體拉筋按梅花形布置,拉結(jié)在鋼筋交叉點(diǎn)。墻拉筋一端制成135°彎鉤,一端為90°,先將拉筋套在墻上,待施工完一定部位再統(tǒng)一用扳手將90°彎鉤彎到135°。
①水平、豎向鋼筋與鋼筋連接板雙面焊接長度L=150mm(HPB300鋼筋與鋼板搭接長度不應(yīng)小于4倍鋼筋直徑,其他牌號(hào)鋼筋搭接長度不應(yīng)小于5倍鋼筋直徑)。
②焊條:E43系列用于焊接HPB300鋼筋、Q235-B鋼板型鋼,E50系列用于焊接HRB335鋼筋、Q235-B鋼板型鋼,E55系列用于焊接HRB400熱軋鋼筋。不同材質(zhì)時(shí),焊條應(yīng)與低強(qiáng)度等級(jí)材質(zhì)匹配。
③鋼筋側(cè)連接板為16mm×150mm×120mm,鋼筋連接板加勁肋t=16mm居中布置,焊縫寬度不應(yīng)小于鋼筋直徑的60%,焊縫有效厚度不應(yīng)小于鋼筋直徑的35%。
①鋼板墻吊裝到指定位置后,用焊接約束板臨時(shí)固定鋼板墻。
圖1 焊接約束板設(shè)置示意圖
圖2 焊接約束板現(xiàn)場(chǎng)圖
②防止應(yīng)力變形鋼板墻外面設(shè)置橫向通長加勁肋(槽鋼背楞)約束變形扭曲。背楞從鋼板0.5m處開始設(shè)置第一道,垂直于鋼板豎向焊縫設(shè)置背楞間距為1m。背楞選用12號(hào)槽鋼。鋼板墻上口及變形較大區(qū)域需用特制千斤頂進(jìn)行頂撐。
圖3 背楞現(xiàn)場(chǎng)布置
圖4 鋼板剪力墻應(yīng)力孔設(shè)置
圖5 鋼板墻絲桿加固
圖6 易變形且應(yīng)力較大區(qū)域現(xiàn)場(chǎng)頂撐
3.6.1 焊前清理及溫度控制
(1)焊前清理
在施焊前,先將坡口的內(nèi)部以及墊于坡口的背部襯板的水泥灰渣、表面油污、氧化皮、銹蝕等雜物清理干凈。鋼板剪力墻的間隙大小應(yīng)采用鋼塞尺或者平板尺檢查,鋼板剪力墻的間隙應(yīng)該允許偏差:無墊板的間隙時(shí)為0.3mm,0.0mm;有墊板間隙時(shí)為+3.0mm,-2.0mm。
(2)焊前溫度控制
焊前預(yù)熱采用火焰加熱法,應(yīng)該采用專用的測(cè)溫儀器測(cè)量,預(yù)熱的加熱區(qū)域在焊縫坡口兩側(cè),寬度應(yīng)大于焊件施焊處板厚的1.5倍,且不能小于100mm,火加熱器預(yù)熱時(shí)正面測(cè)溫應(yīng)該在火焰離開后進(jìn)行。
①焊前預(yù)熱
焊接前使用火加熱器將焊接坡口兩側(cè)的150mm范圍內(nèi)進(jìn)行加熱。
②層間溫度控制
多層焊接時(shí)應(yīng)該采用連續(xù)施焊,每一個(gè)焊道焊接完成后及時(shí)清理焊渣和表面的殘留物。連續(xù)施焊過程中應(yīng)該控制好焊接區(qū)母材溫度,使層間溫度應(yīng)該控制在120℃~190℃。遇到中途斷焊的情況,采取后熱、保溫措施,再次焊接時(shí)重新預(yù)熱溫度須高于初始預(yù)熱溫度。
③后熱處理
為防止焊后殘余應(yīng)力產(chǎn)生塑性變形等不利影響,焊接后焊縫兩側(cè)200mm范圍應(yīng)使用電加熱設(shè)備將加熱至200℃~250℃,保持70min~120min。
3.6.2 鋼板剪力墻焊接順序
鋼板剪力墻焊接嚴(yán)格遵守先立后橫、由內(nèi)到外的原則,焊縫應(yīng)采用薄層、多道、窄道的焊接方法。長焊縫焊接法是分段跳焊法,分成很多段600mm分段焊接,臨近層焊縫搭接50mm左右,必須保證焊縫的質(zhì)量。一端焊接完成后,待達(dá)到常溫后再進(jìn)行另一端焊接。對(duì)橫焊縫采用從中心向兩邊對(duì)稱同時(shí)焊接的方法,焊接順序與立焊縫相同。
為保證焊接的質(zhì)量,焊接一律采用CO2氣體保護(hù)焊,要求焊縫長度>25mm,襯墊板厚度≥4mm。焊接完成后,使用火焰切割除去引弧板及引出板并修磨平整,不得使用錘擊落。
3.6.3 焊后的校正檢查
鋼板剪力墻焊接完成之后應(yīng)使電加熱器留置一段時(shí)間去進(jìn)行環(huán)冷,待焊縫處冷卻后使電加熱板拆除,再將臨時(shí)的連接板割除。切割時(shí),臨時(shí)連接板需留出5mm的富余量,避免傷害母材。之后應(yīng)采用上述測(cè)量方法進(jìn)行測(cè)量,針對(duì)部分變形較大構(gòu)件采用火焰校正進(jìn)行糾偏,與設(shè)計(jì)數(shù)值進(jìn)行對(duì)比,加熱矯正的同時(shí)與外力矯正結(jié)合,達(dá)到理想的矯正效果,利用不均勻的加熱使結(jié)構(gòu)獲得反向的變形來補(bǔ)償或抵消原來的焊接變形?;鹧娉C正的時(shí)候,加熱點(diǎn)冷卻可以采用自然冷卻和水冷卻。采用水火矯正法能夠使結(jié)構(gòu)矯正收效快,并可以讓矯正量大于自然冷卻的矯正量。
①焊后清理與檢查:焊接完成后應(yīng)及時(shí)清除飛濺物與焊渣,清洗干凈后,用放大鏡和焊縫量規(guī)對(duì)焊縫外觀進(jìn)行檢查,焊縫外觀質(zhì)量應(yīng)滿足一級(jí)焊縫外觀質(zhì)量的要求,不得有未熔合、凹陷、氣孔、咬邊、裂紋等缺陷,并做好焊后的自檢記錄,自檢合格后鑒上操作焊工的編號(hào)鋼印,鋼印應(yīng)該鑒在接頭中部距焊縫縱向的50mm處,為防止出現(xiàn)裂源應(yīng)嚴(yán)禁在邊沿處鑒印。
②焊縫的無損檢測(cè):冷至常溫≥24h后的焊件,應(yīng)進(jìn)行無損檢驗(yàn),檢驗(yàn)方式應(yīng)為UT檢測(cè),檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該符合GB11345《鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結(jié)果分級(jí)》和JG/T203《鋼結(jié)構(gòu)超聲波探傷及質(zhì)量分級(jí)法》規(guī)定的檢驗(yàn)等級(jí)并出具探傷報(bào)告。
③自檢合格后,通知監(jiān)理和業(yè)主,組織第三方監(jiān)督檢測(cè)和抽檢。
圖7
為確?;炷翝仓^程中,混凝土外力引起鋼板墻的變形,在提前留設(shè)好的應(yīng)力釋放孔處用對(duì)拉螺栓進(jìn)行加固。用DN32鍍鋅管作為套管與鋼板剪力墻同厚,制作邊長15cm正方形鋼板墊片,用27號(hào)絲桿進(jìn)行雙向螺栓連接并加固擰緊。
圖8
①墻、柱澆筑前底部要先填5cm~10cm厚與混凝土配比相同的減石子砂漿,混凝土分層澆筑振搗,使用插入式振搗器每層厚度不大于50cm,振搗棒不應(yīng)觸動(dòng)鋼筋及預(yù)埋件。
②剪力墻、柱混凝土強(qiáng)度等級(jí)比梁、板混凝土強(qiáng)度等級(jí)高,混凝土澆筑時(shí)要先澆筑剪力墻、柱,后澆筑梁、板。
③柱、墻高在2m之內(nèi),在頂部直接用灰澆筑,超過2m,應(yīng)安裝斜溜槽分段澆筑,每段高度不得超過2m。
④柱混凝土、墻應(yīng)一次澆筑施工完畢,如需要留施工縫時(shí)應(yīng)留在主梁的下面,在與梁板整體澆筑時(shí),應(yīng)在柱澆筑和墻完畢后停歇1h~1.5h,使其初步沉實(shí)在,再繼續(xù)澆筑。
雙層鋼板+鋼筋混凝土剪力墻施工技術(shù)與傳統(tǒng)純鋼板剪力墻相比,此種組合剪力墻的抗剪承載力顯著提高,通過合理設(shè)計(jì)可以避免鋼板和混凝土板在小、中地震后的維修,還可以避免鋼板屈曲帶來的巨大噪聲。雙層鋼板+鋼筋混凝土剪力墻中雙層鋼板作為混凝土模板,省去了支模程序,加快施工工期,具有承載力高、延性好、施工快捷、剛度大、抗火性好等優(yōu)點(diǎn)。此種綜合性能優(yōu)越的結(jié)構(gòu)形式,具經(jīng)濟(jì)性、安全、環(huán)保、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,耐用等優(yōu)點(diǎn),若本項(xiàng)目的研究成果于應(yīng)用同類型工程,將會(huì)產(chǎn)生很好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。