超高层核心筒内异形超厚钢板剪力墙施工技术
浮生一梦梦不醒
2022年04月19日 09:40:52
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昆明春之眼项目位于昆明市东风广场工人文化宫以南,拓东路以北,盘龙江以东,北京路以西。建筑面积60.06万m2,钢结构总重量约11万t。主塔塔楼高407?m,地下5层,地上77层。副塔塔楼高299?m,分为地下5层,地上71层。 1??钢板墙参数 主塔塔楼主体采用巨柱钢框架–核心筒体系。钢板剪力墙主要分布在主塔地下室5层和主塔塔楼地上30层,每节钢板墙由H型钢柱和钢板组成 ,转角处H型钢柱为异形钢柱,翼缘板与腹板呈75°角,钢板剪力墙最大截面为700mm×500mm×80mm×80mm+40mm×2207mm,最厚的钢板厚达80mm,单节最高钢板剪力墙高度为11.8m,重34t。

昆明春之眼项目位于昆明市东风广场工人文化宫以南,拓东路以北,盘龙江以东,北京路以西。建筑面积60.06万m2,钢结构总重量约11万t。主塔塔楼高407?m,地下5层,地上77层。副塔塔楼高299?m,分为地下5层,地上71层。

1??钢板墙参数

主塔塔楼主体采用巨柱钢框架–核心筒体系。钢板剪力墙主要分布在主塔地下室5层和主塔塔楼地上30层,每节钢板墙由H型钢柱和钢板组成 ,转角处H型钢柱为异形钢柱,翼缘板与腹板呈75°角,钢板剪力墙最大截面为700mm×500mm×80mm×80mm+40mm×2207mm,最厚的钢板厚达80mm,单节最高钢板剪力墙高度为11.8m,重34t。

2??施工难点

2.1??钢板剪力墙安装定位控制

由于钢板剪力墙截面尺寸大且不规则,支撑节点复杂,钢板墙剪力墙安装定位异常困难,需在筏形基础混凝土浇筑完成后,实测柱脚锚栓三维坐标,将实测数据反馈至加工厂。制作首节钢板墙柱脚板时,根据实测数据进行精确开孔,以保证钢板墙的精准定位。

2.2??焊接质量控制

(1)本工程钢板剪力墙全部为厚板焊接,通过在深化阶段建模时优化钢板墙分节减少竖向焊缝,达到减少焊接应力变形的目的;通过对钢板墙焊接顺序的模拟,针对利于焊接应力释放与减少焊接变形,确定焊接方法和顺序(图1),以减小应力集中的影响;制订焊接工艺技能评定计划;按焊接评定工艺流程进行前期焊接工艺评定准备。

图1??整体焊接顺序

(2)挑选经验丰富的焊工进行技能考试,合格后方能施焊;焊接前,设置约束板加固,并结合实时变形监测技术,根据实测结果对下节构件偏差进行补偿。根据经验数据值提前预留焊接变形量,以确保焊后精度;焊接时严格进行过程检查,每处焊缝和焊工均一一对应记录。

(3)钢板剪力墙所用到钢材主要为Q345C、Q345GJC,采用ER50-6型的 1.2的焊丝焊接墙柱。焊接评定工艺流程为:制作焊接工艺卡→填写焊接工艺记录表→出具无损探伤报告→发放焊接技术通知单。

(4)钢板剪力墙整体焊接顺序为先焊对接横 焊,再焊立焊,焊接完成后安装下一片钢板剪力墙。

(5)焊接横缝及立焊缝时,将焊缝自上而下分成若干个600?mm长的分段;每3个600?mm分段为一个焊工的施焊范围。一段范围内一层焊缝施焊完毕后,由第二施工段的焊工开始焊接。

3??钢板墙吊装方案

3.1??吊装顺序优化

为控制钢板剪力墙的垂直度偏差并提高安装效率,采用先安角部后安中间,依次进行固定的安装顺序(图2)。

图2 ??钢板剪力墙整体安装顺序

(a)整体安装顺序;(b)单位安装顺序

3.2??测量校核

钢板剪力墙吊装就位后,用全站仪对钢板剪力墙的定位、垂直度、上端水平度及平面弯曲项目进行校核,校核标准见表1。

表1??测量校核标准

3.3??钢板墙焊接方案

焊接前用电加热或火焰加热进行预热,经专家论证,本工程横焊缝为主要焊缝,按焊接工艺评定记录,整体遵循由多层多道、分段跳焊、从中心向边缘、先焊接主焊缝后焊接次焊缝的焊接原则。

横焊缝有H型钢柱的先焊H型钢柱,再从中间向两侧施焊,无H型钢柱,可直接从中间向两侧施焊。先进行定位焊(每500?mm焊接100?mm),完成打底2层,填充2层,盖面1层焊接后,从中间向两侧分段跳焊,方向为从左向右,以600?mm为1段,焊接1道打底,1道填充,最后盖面,H型钢柱的焊接顺序为先焊接翼缘板,后焊接腹板。

立焊缝从中间开始焊接,分段跳焊(分段距离为600?mm),由下向上进行焊接,打底2层填充2层后,开始另一侧反面清根,由中间向两侧,完成清根后,按之前的焊接顺序,打底2层,填充2层,最后完成两侧焊缝的盖面焊接。

焊接引弧及收弧处需避开对接口,若横向及立向焊缝同时存在,应遵循“先横后立”的焊接顺序。

4??防止焊接变形的加固措施

4.1??中部平直段立焊缝加固措施。

在钢板墙平直段连接位置每500?mm设一道16?mm×250?mm的卡板与钢板墙连接,以控制钢板墙垂直方向的扭曲变形,顶部立焊缝的第一道约束板应加厚至30?mm,加长到450?mm,且前三道码板间距缩短至400?mm(图3)。

图3??平直段立焊缝加固措施

4.2??钢板墙拐角处立焊缝加固措施 

在钢板墙拐角连接位置,使用对顶槽钢+500?mm一道约束板的形式进行加固(图4)。

图4??拐角处立焊缝加固措施

4.3??横焊缝加固措施

横焊缝码板间距缩短至500?mm,布置于焊缝坡口背侧,坡口正面无H型钢柱端部均需增加约束板。

5??钢板剪力墙焊接工艺及操作要点

钢板剪力墙所用钢板最厚达80?mm,焊接位置及焊接接头形式复杂,通过有限元分析,异形柱位置接头焊接表现为不均匀变形,现场焊接难度大;且厚钢板变形矫正较困难,因此针对厚板焊接制订如下工艺。

5.1??焊前处理

焊接前应检测构件尺寸,利用肋板对接板预留反变形,角度控制在5°~10°,每600?mm设一道约束板,每3×600mm为焊接施工段。  

5.2??焊前预热

施焊前进行预热,以减小焊缝区与焊件其他部分的温差。具体做法为在焊缝两侧母材通电加热或乙炔焰加热,构件焊接区域加热至80~120℃。

5.3??层间温度控制

焊缝层间温度控制在120~250℃。每道焊缝完成后须进行层间清理打磨,每处均匀锤击,以减少残余应力。用红外线测温仪测量温度,严格控制层间温度。红外线测温点为以焊缝为中心的100?mm范围。

5.4??预留焊接反变形量

根据应力分析软件对应力变形进行模拟分析,预留适当的反变形量,以补偿焊后变形。

5.5??焊接工艺要求

(1)焊接过程中应注意层间清理打磨,焊缝层间和背缝清根后均用砂轮机将坡口打磨干净。

(2)先焊接主缝,待焊缝厚度达到40?mm时进行清根和打磨,每道焊缝的起弧和收弧点应避免出现在相同位置。 

(3)所有焊缝均采用多层多道焊,层间起弧点应错开30?mm以上。最后一道焊缝应避免靠近母材两侧,焊接工作须连续进行不得间断。

(4)焊后立即开始局部消氢处理,用保温材料覆盖3?h,降低焊缝区的冷却速度,使焊件较均匀冷却至室温,降温期间用温度仪进行间断测量,以控制焊接应力。

每层钢板剪力墙焊接完成自然冷却后,应复核钢板剪力墙标高,若标高低于或高于设计标高,需在下节钢板剪力墙安装前在工厂调整钢板剪力墙尺寸,或通过调整焊缝间隙。

6??安装前防变形措施

(1)钢板剪力墙在装运时,应单个装运,在钢板剪力墙与货箱及钢丝绳之间放置枕木,防止颠簸碰撞变形。

(2)钢板剪力墙卸车前堆放应准备枕木,根据钢板剪力墙的尺寸将最下层枕木平稳整齐地放置到场地上。

(3)由于钢板剪力墙在翻身时起重机动作应尽量缓慢,起吊前应横放在木方上,钢板墙底部应放置一块不小于500?mm 的木板;起吊时离地20?cm悬停至不晃动,且不得在地面上拖拉。

7??质量控制

7.1??质量控制标准

参照现行标准及专家意见,本项目钢结构执行标准见表2。

表2??钢结构执行标准

7.2??外观质量标准

钢板剪力墙外观尺寸偏差应满足表3规定。应检查成品装运、卸货等造成的构件变形,并及时校正。

表3  外观尺寸允许偏差

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