鋼板混凝土剪力墻內的勁性鋼結構施工技術

上海市機械施工集團有限公司 上海 200072

1 工程概述

近年來，國內一些高層、超高層建筑中采用了鋼板混凝土剪力墻，有些設置在核心筒底部加強區，有些可自下而上連續布置，有效地增強了建筑結構整體抗側剛度，改善了抗震性能[1]。

鋼板混凝土剪力墻體系內，鋼骨結構一般由內嵌單層或雙層鋼板、豎向邊緣構件（鋼骨柱和豎向肋板）、水平邊緣構件（鋼梁和水平肋板）組成（圖1），具有較大的初始剛度、變形能力和良好的塑性性能[2-4]。

這類結構的施工要充分考慮鋼結構和混凝土之間的關系、鋼板安裝時精度和變形的控制，以及一些其他特殊要求等。

2 施工重點

（a）由底部而起的豎向邊緣構件和內嵌鋼板，在與基礎底板連接時通常采用預埋地腳螺栓的方式，地腳螺栓直徑越大、數量越多，則施工難度越大[5]。關鍵是如何確保地腳螺栓預埋的精度和基礎澆注混凝土時螺栓的穩定。

（b）鋼板和勁性柱在吊裝時需要慎重考慮的問題有構件的長度、寬度除了影響制作運輸外，更重要的是分段組合要有利于提高構件的剛度。此外需要考慮到沿豎向布置的剪力墻鋼板對接的臨時穩定，以使其不在自身平面內發生安裝時的錯位，同時確保臨時連接牢固；鋼板安裝與鋼筋混凝土剪力墻施工之間的工序協調。

（c）鋼板與鋼柱的對接通常采用螺栓或焊接的方式、鋼板分段上下的對接則采用焊接，問題是鋼板與鋼柱豎向連接采用高強螺栓連接方式，如何能夠確保兩側螺栓群完全順利穿孔，長度方向鋼板對接的焊縫采取怎么樣的工藝才能保證變形較小是施工重點。

3 關鍵技術

3.1 地腳螺栓

結構用地腳螺栓由螺桿、墊片、緊固螺母和止退螺母組成，如果在構件下有灌漿要求，則還配置調整墊片和調節螺母[6]。在材質上一般采用Q235和Q345兩種鋼材，Q345鋼材的強度大，但在制作螺母的絲扣時卻相對不易。螺栓直徑、構造、埋深選擇與其承受的剪力、拉力等受力狀態有關，埋深通常為其直徑的25 倍。結構上常用的埋置式地腳螺栓為保證地腳螺栓不被拔出破壞，一般在端部會構做出鉤式（彎鉤和直鉤）、爪式和錨板式等構造。當螺桿直徑較大、埋深較深，基礎內鋼筋密集，采用錨板式更有利于現場埋設（圖2）。

圖2 剪力墻鋼板地腳螺栓配置

地腳螺栓的埋設分為預埋和預留孔法2 種方法，通常結構用埋置式地腳螺栓采用預埋方式較多。上部勁性鋼柱和剪力墻鋼板的安裝精度與地腳螺栓精度有著密切的聯系，特別是預埋后的穩定，在受到混凝土澆灌的沖擊時也能夠保證其垂直度和位移在偏差標準之內，實際控制要求見表1。

表1 某工程地腳螺栓安裝偏差實際控制要求

在放置前，有必要在信息模型中復核地腳螺栓定位與鋼筋排布的關系，特別應注意錨板大小與鋼筋間距的關系。為保證地腳螺栓的穩定，在結構基礎內設置剛性支架是必要的。支架有多種形式，但其構成主要有豎向支撐框架和螺栓定位框架2 部分。當地腳螺栓預埋在大底板基礎內時，可以將支撐框架由墊層上立起，特點是穩固但措施用鋼量大。當地腳螺栓預埋在混凝土梁等結構內，可以直接將定位框架與梁主筋固定（圖3）。

圖3 剪力墻鋼板地腳螺栓固定示意

地腳螺栓安裝完畢后，在澆灌混凝土前進行隱蔽工程驗收和辦理交接手續。

3.2 勁性結構和鋼板的吊裝

埋設在鋼板剪力墻內的勁性鋼結構由邊緣構件和鋼板組成，邊緣構件包括與鋼板連接的鋼骨柱、鋼梁或肋板等。鋼板厚度15～100 mm不等，鋼板表面焊有栓釘增加與混凝土的連接，增強整體受力性能。

鋼板和邊緣構件分段吊裝應考慮充分發揮起重機械的性能，減少吊裝次數和連接接點。原則是當鋼骨柱本體剛度較大，并且水平邊緣構件為鋼梁時，可考慮將柱、梁、板形成整體安裝，高度取用一般單層高4～5 m，雙層高在8～10 m，這樣避免運輸和吊裝造成的鋼板變形，分段高度的選擇需要協調土建澆注板墻混凝土的施工工藝，避免混凝土灌入深度過大[7]。當豎向邊緣鋼骨柱剛度較差，單幅墻內鋼板較長，則宜分開安裝。針對單幅鋼板易變形的情況，在設計時應積極溝通增加鋼板的縱橫加勁肋板，并根據結構情況明確縱橫肋板的互相貫通方式，即縱向貫通或水平貫通。

單幅鋼板吊裝，鋼板由平躺的狀態轉向豎直吊裝時是變形發生的階段，施工前根據建模分析鋼板起扳時的變形情況，決定是否需要增加臨時豎向和水平加強措施，加強鋼板平面外剛度。臨時的加強措施為多用槽鋼設置在鋼板兩側，槽鋼的規格視計算結構選用。有的鋼板其本身加勁肋的作用明顯，鋼板起扳時變形情況很小。吊裝時根據鋼板長度用2 點或4 點吊裝，在吊點位置應設置加強肋，并最好對準豎向加勁肋或加強措施（圖4）。

圖4 剪力墻鋼板吊裝示意

3.3 邊緣構件與單幅鋼板的連接

分段后，單幅鋼板與鋼板、鋼骨柱與鋼板安裝后需要進行現場連接施工[8]?，F場安裝有臨時螺栓固定連接，而正式連接方式有焊接和高強螺栓2 種。

分段安裝時，每層鋼板宜向上預留500～1 000 mm作為水平連接段，此處通常采取焊接對接的方式。連接段的預留高度在保證焊接空間的前提下，要充分協調剪力墻板的豎向鋼筋間距和搭接長度。處理方式一是預留高度高于鋼筋搭接長度；二是采取鋼筋長短間隔布置，至少保證留有分段分層退焊的操作空間。

上下2 層鋼板的對接可設置裝配孔進行上下邊的臨時固定和標高調節，裝配孔間距不宜太大，以免起不到固定和限位作用，造成鋼板安裝后的變形，可每隔1.5～2 m設置1 道，該措施能夠較好地起到臨時固定和控制標高的效果。鋼板兩側豎向分段連接，當采用螺栓時可均勻分布地穿入1/3數量的臨時螺栓固定，如果采用焊接則可間隔1.5 m左右設置側向限位板，即可較好起到穩定和防止安裝錯位的作用（圖5）。

圖5 剪力墻鋼板對接臨時固定示意

臨時裝配完成后，進入永久連接施工階段。對水平和豎向全部采用焊縫連接方式的情況下，為減少焊接變形和應力，焊接順序和焊接工藝尤其重要，工程實際中遵循如下原則取得了較好的效果：逐條焊接、先焊接長焊縫、再焊接短焊縫，不宜2 條對稱的焊縫同時施焊；可焊接1 條豎向焊縫，然后焊接1 條水平焊縫，再焊接1 條豎向焊縫這樣的方式，在位置上錯開施焊；焊接剪力墻鋼板一般都是長達3～4 m的焊縫，甚至更長，單條焊縫宜分多段同時開焊，每段多層多道焊。CO2氣體保護焊的使用能大大減少焊接線能量的輸入、焊接熱影響區和焊接變形，特別是對減少波浪變形很有效。波浪變形對鋼板安裝和對接、鋼筋和模板施工影響最大，當產生波浪變形時，需要采取釋放一定的邊緣接口，并以點狀、線狀或三角形加熱進行火工矯正。

當鋼板兩側采用高強螺栓連接方式時，在施工中須特別關注高強螺栓的穿孔率，保證高強螺栓在鋼板安裝后能夠100%穿入，同時盡量減少焊接應力對螺栓的影響。工程實際中，常用“臨時固定、先焊后栓”的方式，此方法可以保證螺栓的穿孔率，但焊接也會對螺栓造成一定的附加應力。如果完全釋放，則焊后一旦產生變形導致對接孔錯位超過螺栓孔徑余量（一般1.5～2 mm），則嚴格意義上螺栓無法穿入。我們借鑒國外規范和標準，采用擴大孔和長圓孔裝配方式，配置了相應規格的墊圈等配件，并進行了相關試驗，證明在原有摩擦系數條件下此方式能夠滿足設計承載要求，并得到了設計的認可，運用到了實際工程中（圖6）。

圖6 剪力墻鋼板對接臨時固定示意（局部）

4 結語

鋼板剪力墻結構越來越多地出現在超高層建筑中，因此成熟而有效的施工工藝對提升工程的質量和施工效率是非常有實際意義的。通過對以往工程實際的分析總結，剪力墻鋼板的安裝質量高低，不僅直接影響結構的安全，在施工上也會對鋼筋混凝土和模板工程造成影響。預埋在基礎中的地腳螺栓是施工中保證鋼板精度的第一道工序，鋼板的吊裝穩定和變形控制是第二道工序，最終焊接和高強螺栓連接施工則是關鍵的最后道工序。每道工序必須有相應的分析和技術措施來保證工程質量的達標。