超高層核心筒鋼板墻防變形技術措施研究

肖林林 康少杰 吳顯偉 丁旋子

超高層核心筒鋼板墻防變形技術措施研究

肖林林 康少杰 吳顯偉 丁旋子

隨著國內超高層鋼結構建筑空前飛躍發展，要想在超高層建筑群中“鶴立雞群”，越來越多的建筑在結構體系設計中增加了剪力墻鋼板并采用剛接的節點形式，為了保證結構體系的安全穩定，剪力墻鋼板焊接后平整度尤為重要。本文對超高層建筑結構中剪力墻鋼板焊接變形控制作了詳細介紹，希望能對后續同類工程提供技術參考。

超薄剪力墻鋼板； 防變形夾具； 斜撐

1.前言

超高層鋼混結構體系中，鋼板剪力墻是一種重要的抗側力構件。在地震作用下，核心筒剪力墻不僅承擔了部分地震剪力，而且還起到了消耗地震能量的重要作用，是超高層鋼混結構體系抗震設計的關鍵構件。針對該結構施工中遇到的鋼板墻焊接變形大和控制難度大的難題，通過從焊前預熱、焊接順序、后熱及保溫、機械防變形約束等方面對其控制，確保其達到抗震設計要求并對施工質量具有良好的指導意義。

2.工程背景

2.1 工程概況

天津周大福金融中心塔樓是濱海新區最高的建筑，地下4層，地上100層，塔冠頂高度為530m，涵蓋甲級辦公、豪華公寓、超五星級酒店等眾多業態。

2.2 結構體系

主體結構為型鋼混凝土組合結構，結構形式為框架-核心筒形式。鋼結構總用鋼量約58000t，由塔樓外框鋼柱鋼梁、環帶轉換桁架、環帶桁架、帽桁架、塔冠、核心筒內插鋼骨柱與剪力墻鋼板組成。

2.3 剪力墻鋼板簡介

剪力墻鋼板主要由暗柱、暗梁、組合鋼板及加勁板等組成，本工程剪力墻鋼板主要分布于兩區段樓層加強區域，即B4-F23（標高從-21.9m～+107.0m）、F45-F54層（標高從+214.365～+266.275m）。除B4～B1層部分剪力墻鋼板分布于核心筒與組合柱連接翼墻處（標高從-21.9m至-0.100m），其余樓層剪力墻鋼板分布在核心筒外墻，材質均為Q390C，其中B4～F23層鋼板墻板厚30mm，F45～F54層鋼板墻板厚25mm。根據核心筒變化形式及鋼板墻的分布特點本工程剪力墻鋼板可歸納為以下四部分，如圖1所示。

圖1 剪力墻鋼板分布圖

3.施工重點難點分析

剪力墻鋼板受公路運輸、現場安裝、塔吊性能及自身變形條件限制，需對鋼板墻進行分段分節?，F場鋼板墻安裝焊接量巨大，薄板立焊縫焊接變形相當大，為保證結構安全穩定性，控制焊接變形尤為重要。眾所周知：焊接變形是由焊接應力所引起的，所以要控制焊接變形必須從控制焊接應力和消除焊接應力兩個方面著手?？刂坪附討χ饕ㄟ^焊前預熱、焊接順序及焊縫位置尺寸設置等方式，消除焊接應力主要通過焊后熱處理和設置機械防變形措施的方式。

4.防焊接變形措施

4.1 焊前預熱

鋼板墻組對校正后，焊前對焊口附近采用電加熱片進行預熱，預熱溫度控制在80～100℃，剪力墻鋼板焊前預熱如圖2所示。

4.2 焊接順序

本工程鋼板墻焊接順序采用先焊立焊縫在焊橫焊縫，鋼板墻安裝組對校正完成后按照先兩邊后中間的順序焊接豎向焊縫，盡量保證焊接時可自由收縮。豎向焊縫焊接完成后再進行橫向焊縫的焊接。所有焊縫焊接均采用多人分段退焊的方法進行，在分段點位置先焊接150mm長焊縫然后至下而上倒退焊，可使結構整體受熱趨于均勻，局部的變形得以減小，或相互抵消，以減小整體變形。根據以上焊接原則：剪力墻鋼板立焊縫及橫焊縫每1.5m布置一名焊工進行分段施焊。另外為減少焊接變形，原則上單塊剪力墻相鄰兩個接頭不同時施焊，待一端完成焊接后，再進行另一端的焊接。剪力墻鋼板橫焊、立焊示意圖及焊接順序如圖3～6。

圖2 剪力墻鋼板焊前預熱

圖3 立焊焊接示意圖

圖4 橫焊焊接示意圖

4.3 后熱及保溫

鋼板墻焊接完成后采取后熱措施，后熱溫度為200～250℃，在該溫度下以木材板厚每30mm保溫0.5h計，隨后緩慢冷卻，加溫、測溫方法與預熱相同。后熱采用電加熱板進行加熱，當溫度加熱到指定溫度后不要將電加熱板移開，直接采用電加熱板進行保溫，直至溫度冷卻到環境溫度為止。

圖5 立焊縫整體焊接順序

圖6 橫焊縫整體焊接順序

4.4 機械防變形約束

焊接前在焊縫背面加設槽鋼定型防變形夾具，焊前反變形并增加焊接過程中的剛性約束，以減小焊接變形。夾具為雙拼10#槽鋼，長度為3m，通過M18對拉螺桿緊固，對于單節鋼板墻為兩層一節的布置4道支撐,第一道距離頂部0.624m，第二道、第三道間距分別為2.300m、3.000m，對于單節鋼板墻為一層一節的布置3道支撐,第一道距離頂部0.624m，第二道間距為2.300m。因鋼板墻穿筋孔并未對稱焊縫布置,一段對拉錨桿穿入傳進孔，另一端可穿入對稱位置附近孔位。角部鋼板墻焊接另外在其直角位置設置兩道斜撐，約束其焊接變形，支撐加設主要綜合考慮剪力墻鋼板受力特點、結構形式及與頂模掛架位置關系等因素靈活布置。夾具示意、斜撐布置及現場剪力墻鋼板焊前加設如下圖7～9所示。

圖7 夾具布置示意圖

圖8 剪力墻鋼板臨時支撐布置圖

圖9 現場施工剪力墻鋼板夾具及支撐加設

5.采取防變形措施后的焊接效果

通過對鋼板墻焊接采取焊前預熱、增加臨時支撐及夾具、分段退焊機合理的焊接順序和焊后保溫等措施，有效的控制了鋼板墻的焊接變形達到了質量驗收標準，得到了業主、總包及社會各界的一致好評，為類似超高層地腳螺栓群施工提供了寶貴的經驗。

[1]葛冬云,王會超,劉強,王維迎,諸振華. 深圳平安金融中心鋼結構巨柱及鋼板墻安裝焊接技術. 建筑技術,2014,06:486-489.

[2]胡曉. 巨型鋼框撐—組合鋼板剪力墻筒體結構基于性能的抗震分析.廣州大學,2011.

[3]范重,劉學林,黃彥軍. 超高層建筑剪力墻設計與研究的最新進展. 建筑結構,2011,04:33-43.

（作者單位：中建八局鋼結構工程公司）

TU227

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1671-3362（2015）10-0067-03