不對稱十字形勁性柱在某超高層建筑中的應用研究

陳思敏，蔣永揚，張祖峰，王景

（浙江中南建設集團鋼結構有限公司，浙江 杭州 310000）

0 前言

目前，隨著我國經濟的飛速發展與人口的不斷增加，城市土地資源越來越緊張。為滿足人們與社會的需求，高層建筑迅猛發展，其建筑高度不斷增加，對結構承載能力與剛度的要求也不斷提高。近年來，以勁性結構為主的組合結構成為超高層結構的熱點[1]。其中，不對稱十字形勁性柱憑借其承載能力強、剛度大，經濟性能好等優點[2]，逐漸得到高層建筑工程的親睞。本文以某超高層建筑項目為例對不對稱十字形勁性柱在超高層建筑中的應用展開介紹。

1 背景工程

某超高層項目建筑由2幢超高層A、B塔樓組成，建筑高度均為239.5m，建筑面積為169926m2，效果圖見圖1。地下室至地面以上核心筒區域均采用不對稱十字形勁性柱，以A塔樓為例，不對稱十字形勁性柱設置范圍為8～19軸線與G～K軸線交叉區域，詳見圖2。

圖1 某超高層建筑效果圖

圖2 A塔樓不對稱十字形勁性柱平面布置圖

2 重難點分析

不對稱十字形勁性鋼骨柱通常由T型鋼與H型鋼組立而成，故在加工、安裝過程中主要面臨以下幾個問題：①如何加工以確保組立精度及加工質量；②由于不對稱十字形勁性鋼骨柱的自身特點，部分尺寸較小或不對稱型較大的構件，其焊縫處在狹小空間內，缺乏檢測所要求的操作空間，很難準確檢測或者難以檢測到焊縫質量；③如何安裝以確保垂直度和就位精度等達到規范要求。

3 不對稱十字形勁性柱的加工

不對稱十字形勁性柱的主要加工工藝流程為：①在組立機上分別組立T型、H型鋼；②在門焊機上進行船型位置埋弧自動焊，隨后進行火焰矯正；③啟動生產流水線對組立后的型鋼、T型鋼進行下料、鉆孔、鎖口，而后進行十字形焊接；④采用專用胎具將兩個T型柱組成H型后進行焊接；⑤使用埋弧自動焊在水平兩側同時焊接；⑥采用埋弧自動焊船型焊接位置；⑦對十字形柱進行機械矯正和火焰矯正。關鍵工藝流程介紹如下。

3.1 T型鋼加工工藝流程

為減少T型鋼焊接變形，采取2根T型鋼組對焊接的方法。組立順序如下：

①將兩塊腹板用工藝板連接（工藝板兩面對稱安裝）；

②組立（同H型鋼的組立）。

T型鋼、H型鋼的加工制作流程如圖3所示。

圖3 型鋼加工工藝流程圖

3.2 十字形鋼柱的組立

十字形鋼柱的組立采用專用的胎具來保證其尺寸要求。組立后的H型鋼及T型鋼（已組立成H型鋼）的下料、鉆孔、鎖口（兩端頭開坡口）均由鋸床、三維鉆、鎖口機組成的流水線上自動完成；然后，將T型鋼中的工藝板去掉，并磨平焊點。

H型鋼和T型鋼采用機械矯正和火焰矯正相結合。十字型矯正使用火焰矯正，矯正時應特別注意對扭曲變形的控制和防止。

4 不對稱十字形勁性柱的焊縫檢測

不對稱十字形勁性柱的焊縫檢測是評判其加工質量的關鍵流程，在鋼骨柱制備成型過程中應對焊縫質量進行實時檢測與控制。目前較為常見的鋼結構工程焊縫無損檢測技術[3]為超聲波探傷技術。以背景工程中A塔樓K軸交19軸處的柱為例，如圖4所示。

圖4 不對稱十字形勁性鋼骨柱

該不對稱十字形勁性柱鋼骨柱開口尺寸為150mm，進深約320mm，檢測人員難以手持超聲波探傷儀探頭伸入其中進行超聲波探測。因此研制了一種狹小空間內焊縫檢測用超聲波探傷儀輔助裝置，以靈活地對十字形鋼骨柱焊縫進行超聲波無損探傷。在焊縫超聲波探傷時，將超聲波探傷儀探頭固定于裝置上，為超聲波探傷儀提供手柄支架，以適應狹小空間內的焊縫檢測。

該裝置包括探頭手柄1、軸向旋轉連接件2、可旋轉連接裝置3和可調探頭固定裝置4，其特征在于：探頭手柄1為空心圓管，可使超聲波探傷儀的線路從其中穿過，便于將探頭伸入狹小空間內的焊縫處進行檢測。圓管之間采用對拉螺桿連接，以使圓管之間得以進行軸向旋轉，便于伸入特殊形狀的空間內。調節螺桿用于探頭的限位固定。裝置具體組成圖見圖5所示。

圖5 裝置組成

5 不對稱十字形勁性柱的安裝

不對稱十字形勁性柱大致安裝工藝流程[6]為：安裝前準備→首層鋼柱的吊裝→鋼柱的測量校正→固定首層鋼柱→綁扎鋼筋支模板澆筑→重復以上步驟完成余下的鋼柱安裝工作→驗收及成品保護。

5.1 安裝前準備

安裝前準備工作如下：根據背景工程的結構特點與現場情況建立測量控制網，再進行鋼柱的進場及構件質量驗收；選擇塔吊吊裝鋼柱，通過統計分析，選用CM335-18T（CM 型 315T.M）型塔機。塔吊布置圖見圖6；③將待安裝的柱子按位置、方向放到吊裝位置。

圖6 1#塔機布置圖

5.2 鋼柱吊裝

將吊索具、攬風繩、爬梯、溜繩以及防墜器等固定在鋼柱上。吊裝準備工作就緒后，先進行試吊。鋼柱初始起吊時其下端用木頭支墊，防止扳起過程中滑動和翻轉，避免損傷構件自身和對周圍造成安全隱患。吊起一端高度為100～200mm時停吊，檢查索具牢固和吊車的穩定性，確定安全后將鋼柱慢慢吊起、轉向就位。位于安裝基礎時，可指揮吊車緩慢下降，當柱底距離基礎位置40～100mm時，調整柱底與基礎兩基準線達到準確位置，指揮吊車下降就位，臨時將柱子加固，達到安全方可摘除吊鉤。利用四根單繩連接鋼骨柱耳板，先緩慢起吊鋼柱至與地面垂直，而后平穩吊裝，以確保吊裝的安全合理。

5.3 鋼柱的測量校正

鋼柱的測量校正是鋼結構安裝的重要環節[7]。鋼柱就位后，使柱中線與基礎面上的中線對齊，少量的偏差可利用千斤頂和撬棍校正。

鋼柱就位和柱頂標高校正完成后，用經緯儀檢查垂直度，在柱身相互垂直的兩個方向用經緯儀照準鋼柱柱頂處的中心線，然后比較該中心線的投影點與柱底處該點所對應柱中心線的差值，即為鋼柱此方向垂直度的偏差值。其值應不大于H/1000且偏差＜10mm。當視線不通時，可將儀器架設在偏離其所在的軸線位置，但偏離的角度應不大于15。。鋼柱垂直度校正完成后，當一個片區的鋼柱安裝完畢后，對這一片區鋼柱進行整體測量校正，局部偏差通過導鏈、纜風繩進行鋼柱垂直度校正。對于整體偏差則用多臺儀器多根鋼柱同時進行垂直度校正。

5.4 鋼柱的固定

根據背景工程情況計算的構件單根重量，在鋼柱的4個面大約距柱頭500～1000mm處捆綁4根φ8軟鋼絲攬風繩，且每根鋼絲繩與地面形成約60°夾角，靠近地面端用2T手拉葫蘆勁性緊固。須保證4根鋼絲繩長度相等，并且連接牢固，以穩定安裝完成后的鋼骨柱。從4個方向進行固定，防止安裝完成后鋼骨柱因風力等因素發生偏移的情況發生，使其保持安裝完成時的定位精度和垂直度。

5.5 綁扎鋼筋支模板澆筑

綁扎鋼筋，搭設模板，采用分層澆筑的方法澆筑混凝土，采用細直徑的振搗棒進行混凝土振搗，不留死角。澆筑混凝土過程中檢測鋼柱垂直度，若發現偏差及時采取攬風繩等措施進行調正。

6 結語

本文研究的內容解決了不對稱十字形勁性柱在背景工程中應用所面臨的問題，可以為不對稱十字勁性柱在超高層建筑的應用提供參考。其中，勁性柱加工工藝能夠嚴格控制不對稱十字形勁性鋼骨柱加工精度，避免因加工質量缺陷降低結構承載能力；采用狹小空間內焊縫檢測用超聲波探傷儀輔助裝置能夠解決鋼骨柱操作空間狹小難以進行焊縫質量檢測的問題，從而更好地控制不對稱十字勁性柱鋼骨柱的加工質量；勁性柱安裝方法可以確保不對稱十字勁性柱安全、較精確地完成安裝。