楊炳 （長(zhǎng)江大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院，湖北 荊州434023）

彭威 （海航實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司，海南 海口570100）

龔玉云，查昕峰，盧夢(mèng)瀟 （長(zhǎng)江大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院，湖北 荊州434023）

型鋼混凝土結(jié)構(gòu)具有承載能力高、抗震性能好等優(yōu)點(diǎn)，在歷次地震中均變現(xiàn)出良好的抗震性能，已被廣泛應(yīng)用于超高層結(jié)構(gòu)和大跨度結(jié)構(gòu)中［1～4］。十字形截面鋼骨柱是型鋼混凝土結(jié)構(gòu)中的一種重要形式，研究十字形截面鋼骨柱的施工技術(shù)，以此來(lái)提高該類(lèi)結(jié)構(gòu)施工進(jìn)度和質(zhì)量，以便推廣在工程中的應(yīng)用，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)于十字形配鋼的型鋼混凝土結(jié)構(gòu)，國(guó)內(nèi)外已進(jìn)行了大量的理論研究和實(shí)際應(yīng)用。理論研究主要表現(xiàn)在對(duì)對(duì)稱(chēng)配鋼型鋼混凝土柱在軸壓下力學(xué)性能［5］、軸壓和彎矩共同作用下的性能［6～8］、低周反復(fù)荷載作用下的抗震性能［9～11］進(jìn)行了較為廣泛的研究，并基于試驗(yàn)結(jié)果和理論計(jì)算提出了相應(yīng)的承載力計(jì)算方法及抗震構(gòu)造措施［12，13］。實(shí)際工程應(yīng)用方面，武廷超等［14］、魏愛(ài)生等［15］、姜濤等［16］、陳劍波等［17］均對(duì)實(shí)際工程中應(yīng)用鋼骨柱遇到的難點(diǎn)和問(wèn)題進(jìn)行了總結(jié)和歸納。但上述研究均未涉及十字形鋼骨柱的施工技術(shù)，也未檢索到相關(guān)文獻(xiàn)及報(bào)道。

鋼骨柱的施工難點(diǎn)及問(wèn)題主要表現(xiàn)在鋼骨柱結(jié)構(gòu)制作質(zhì)量控制、構(gòu)件堆放及吊裝、鋼骨柱結(jié)構(gòu)安裝的精度控制和焊接變形及質(zhì)量控制等方面。為此，筆者選取?？趪?guó)際金融中心項(xiàng)目為例（該項(xiàng)目主體工程屬于外框架－內(nèi)核心筒結(jié)構(gòu)，裙樓部分為鋼混組合框架結(jié)構(gòu)，框架柱均屬于十字形截面鋼骨柱），總結(jié)了十字形截面鋼骨柱工廠制作方法、現(xiàn)場(chǎng)吊運(yùn)及安裝、焊接及檢測(cè)等關(guān)鍵施工技術(shù)，以便為以后在海南地區(qū)新建該類(lèi)截面形式結(jié)構(gòu)提供范例。

1 工程概況

?？趪?guó)際金融中心項(xiàng)目位于海南省?？谑忻捞m區(qū)，該項(xiàng)目場(chǎng)地用地面積35343m2，擬建建筑物為3棟超高層建筑，主體為鋼筋混凝土框架－核心筒結(jié)構(gòu)，裙樓部分為鋼混組合框架結(jié)構(gòu)，如圖1所示。其中，A樓和B樓均為37層，高約155.6m，C樓為24層高約102.9m，總建筑面積約28.1×104m2。C樓南側(cè)設(shè)有4層裙房，整個(gè)建筑場(chǎng)地設(shè)有3層地下室。該工程鋼骨柱材質(zhì)主要為Q345B，共分為2個(gè)部分：一部分是A、B樓的核心筒區(qū)域H型鋼骨柱，另一部分是核心筒周邊框架柱內(nèi)的大截面十字形鋼骨柱。

A、B樓核心筒周邊對(duì)稱(chēng)設(shè)置48個(gè)框架柱，其內(nèi)布置大截面十字形鋼骨柱?？蚣苤鶅?nèi)鋼骨柱的重量約為1700t，栓釘數(shù)量約為124000套?？蚣苤鶅?nèi)的鋼骨柱沿高度方向分為3個(gè)不同的截面，具體形式如圖2所示。鋼骨柱與砼梁連接處設(shè)置20mm厚的加勁板，并在鋼骨柱的腹板上設(shè)置過(guò)筋孔，在翼緣板上焊接鋼筋套筒。

2 鋼骨柱加工制作

圖1 ?？趪?guó)際金融中心建筑效果

該工程核心筒周邊均為大截面十字形鋼骨柱，結(jié)構(gòu)體系復(fù)雜，技術(shù)含量高且施工難度大。施工過(guò)程中焊接量巨大，極易引起變形。鋼骨柱加工制作時(shí)的重要和難點(diǎn)主要體現(xiàn)為：①在保證焊接質(zhì)量、焊縫變形的前提下又要保證鋼骨柱幾何尺寸滿足要求；②確保鋼骨柱上過(guò)筋孔位置準(zhǔn)確；③采取何種措施確保預(yù)留的加工工藝余量與安裝偏差滿足施工規(guī)范要求。

十字形截面系由一個(gè)H型鋼、2個(gè)T型鋼及中間加勁板通過(guò)焊接而形成。根據(jù)鋼骨柱的特點(diǎn)，制定了對(duì)應(yīng)的加工制作工藝。工藝流程如下：零件下料→型鋼組立→精密切割→焊接、矯正→端面加工→鉆床制孔→標(biāo)識(shí)、存放。

圖2 型鋼混凝土柱示意圖

3 鋼骨柱吊裝

3.1 吊裝設(shè)備

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)塔吊的起吊能力及經(jīng)濟(jì)適用性分析，鋼骨柱的吊裝設(shè)備主要是現(xiàn)場(chǎng)安裝的兩部塔吊，分別位于框架鋼骨柱的南北兩側(cè)，部分超過(guò)塔吊起重能力的鋼骨柱采用汽車(chē)吊進(jìn)行吊裝作業(yè)。采取分層、分段吊運(yùn)，逐段焊接的吊裝方案：框架柱內(nèi)鋼骨柱每一樓層作為一個(gè)分段，除了二層以下北側(cè)外框柱十字型鋼骨柱一層分2次吊裝，分段后重量在6t左右，符合塔吊運(yùn)力要求。

3.2 吊裝準(zhǔn)備

起吊前，應(yīng)將枕木墊置于鋼骨柱下方；起吊時(shí)，確保柱的下端不在地面上產(chǎn)生拖動(dòng)，并通過(guò)相關(guān)措施保證鋼骨柱起吊時(shí)垂直于地面，須有足夠的高度保證鋼骨柱在回轉(zhuǎn)過(guò)程中的安全，并保持鋼骨柱平穩(wěn)。

3.3 吊裝臨時(shí)固定

框架柱屬大截面、超重十字形鋼骨柱［3］，考慮到吊裝時(shí)如果使用傳統(tǒng)纜風(fēng)繩、硬性支撐施工技術(shù)，會(huì)產(chǎn)生設(shè)置較多臨時(shí)措施、增大作業(yè)影響面等弊端。經(jīng)研究決定，該工程吊裝選用“無(wú)纜風(fēng)”施工技術(shù)，鋼骨柱安裝就位后運(yùn)用雙夾板連接板進(jìn)行臨時(shí)固定，由螺栓、連接板共同承受構(gòu)件自重、風(fēng)荷載及施工臨時(shí)荷載，如圖3所示。待鋼骨柱對(duì)接焊接完畢、且無(wú)損檢驗(yàn)質(zhì)量合格后，再割除臨時(shí)連接板。

4 鋼骨柱安裝及校正

4.1 安裝工藝流程

鋼骨柱安裝工藝流程：地腳螺栓預(yù)埋（制作、安裝）→底板下層鋼筋綁扎安裝→支模、澆筑柱墩混凝土→螺栓位置復(fù)測(cè)→預(yù)埋段首節(jié)鋼骨柱安裝（校正、焊接）→柱腳二次灌漿→支模、澆筑C60混凝土→底板鋼筋綁扎、澆筑混凝土→逐節(jié)鋼骨柱吊裝焊接。

4.2 安裝操作要點(diǎn)

1）地腳螺栓預(yù)埋。鑒于鋼骨柱柱腳節(jié)點(diǎn)預(yù)埋施工的特殊性，錨栓的預(yù)埋需要設(shè)置鋼支架，地腳錨栓的材質(zhì)為Q345，錨栓直徑均為?28和?32。為了保證地腳螺栓的埋設(shè)精度，需要設(shè)置專(zhuān)用的錨栓定位環(huán)板，以保證澆注混凝土?xí)r地腳錨栓不會(huì)發(fā)生大的側(cè)移和沉降；該預(yù)埋件除了需要具有一定強(qiáng)度外，還需要采取相關(guān)加固措施（如埋件與鋼筋焊接、鋼筋支撐模板等）將其與模板進(jìn)行有效連接，禁止破壞和損傷已安裝就位的地腳螺栓。在鋼梁安裝之前，需要將螺紋進(jìn)行清理，若螺扣存在損傷，則需要進(jìn)行修復(fù)或替換。埋設(shè)前后需經(jīng)常對(duì)螺栓的軸線、標(biāo)高及伸出長(zhǎng)度進(jìn)行檢測(cè)，以確保支座埋件、地腳螺栓埋設(shè)精度滿足要求，有利于提高鋼骨柱的安裝速度和施工質(zhì)量［4］。

2）首節(jié)鋼骨柱安裝。首節(jié)鋼骨柱吊裝就位時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格保證柱底板上四邊中心線與定位軸線對(duì)準(zhǔn)。鋼骨柱安裝就位后，從標(biāo)高及垂直度2個(gè)方面來(lái)對(duì)柱進(jìn)行校正。用經(jīng)緯儀來(lái)對(duì)鋼骨柱垂直度進(jìn)行檢驗(yàn)，存在偏差時(shí)再運(yùn)用千斤頂來(lái)校正。方法如下：首先架設(shè)經(jīng)緯儀，選擇地點(diǎn)位于鋼骨柱所在相互垂直的軸線上。經(jīng)緯儀從2個(gè)方向瞄準(zhǔn)柱底軸線后測(cè)得柱頂中線的偏差度，再運(yùn)用千斤頂調(diào)校鋼骨柱，使其垂直度偏差達(dá)到許可要求范圍內(nèi)。

3）柱腳二次灌漿。鋼骨柱安裝完成后，用灌漿料將鋼骨柱底座與基礎(chǔ)表面空間的空隙填滿，以固定柱底板和承受上部的荷載。二次灌漿施工工藝流程：基礎(chǔ)處理→確定灌漿方式→支?！酀{料的攪拌→灌漿→養(yǎng)護(hù)。

過(guò)去很長(zhǎng)一段時(shí)間，職業(yè)院校教學(xué)的主要目標(biāo)大多是培養(yǎng)一線的生產(chǎn)、服務(wù)技術(shù)技能型人才。通過(guò)職業(yè)教育，學(xué)生畢業(yè)后具有很強(qiáng)的崗位競(jìng)爭(zhēng)力，可快速適應(yīng)職業(yè)的變化。然而，隨著時(shí)代的發(fā)展和教育改革的縱深推入，對(duì)職業(yè)院校的教育帶來(lái)了挑戰(zhàn)，也提出了諸多的新要求。但受到多重因素影響，多年來(lái)，產(chǎn)教融合模式還只停留在職業(yè)院校單方面，行業(yè)和企業(yè)等各方的參與程度十分有限，缺乏主動(dòng)性。究其原因，很大程度上是因?yàn)轶w制、機(jī)制方面的原因，國(guó)家在立法層面上無(wú)法保障企業(yè)正常參與職業(yè)教育的權(quán)利，相關(guān)部門(mén)也沒(méi)有出臺(tái)有關(guān)的配套政策，導(dǎo)致院校、企業(yè)、行業(yè)之間很難形成合作切入點(diǎn)和利益共同點(diǎn)。

4）逐節(jié)鋼骨柱安裝。鋼骨柱需要逐節(jié)進(jìn)行安裝，每次安裝之前，需在鋼骨柱上標(biāo)出中心線和相對(duì)標(biāo)高。安裝過(guò)程中，待鋼骨柱上下中心線對(duì)齊重合后再固定，打開(kāi)上方柱下端的活動(dòng)雙夾板，將其與下節(jié)柱頂對(duì)應(yīng)的安裝耳板通過(guò)高強(qiáng)螺栓進(jìn)行臨時(shí)連接固定。再通過(guò)水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀、導(dǎo)鏈、千斤頂?shù)裙ぞ邅?lái)調(diào)節(jié)鋼骨柱垂直度，滿足要求即可。最后待連接螺栓固定后進(jìn)行焊接臨時(shí)連接板，待探傷檢測(cè)合格后拆除臨時(shí)連接板，將臨時(shí)連接板上焊縫殘?jiān)蚰テ秸?，即完成了鋼骨柱的安裝。

4.3 鋼骨柱校正

1）標(biāo)高校正。為保證框架梁安裝精度符合要求，重點(diǎn)控制柱肩梁處中心和標(biāo)高。鋼骨柱每段都有砼梁加勁板及過(guò)筋孔，鋼骨柱安裝時(shí)要注意高差，通過(guò)增大或減小鋼骨柱接頭間焊縫間隙調(diào)整本節(jié)鋼骨柱的標(biāo)高，確保同一根鋼骨柱上的砼梁高差與設(shè)計(jì)相同（誤差在允許范圍內(nèi)）。

2）垂直度校正。鋼骨柱吊裝就位后，及時(shí)檢測(cè)并校正其垂直度。校正合格后需立即緊固螺栓，框架梁安裝前再次檢測(cè)并校正鋼骨柱垂直度。具體操作方法：將下節(jié)柱頂施測(cè)軸線偏差值為依據(jù)，以下節(jié)柱頂中心點(diǎn)為后視方向在柱身相互垂直的2個(gè)方向，將經(jīng)緯儀對(duì)準(zhǔn)上節(jié)鋼柱柱頂中心點(diǎn)，判斷上節(jié)柱中心點(diǎn)的投影點(diǎn)與本節(jié)柱底處該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)中心點(diǎn)偏離度，向相反的方向調(diào)校本節(jié)柱的垂直度。

圖3 吊裝柱構(gòu)件臨時(shí)固定示意圖

5 鋼骨柱焊接

5.1 焊接工藝參數(shù)

焊接時(shí)預(yù)熱溫度與板厚和焊接方式有關(guān)。當(dāng)被焊件厚度小于19mm且溫度低于0℃時(shí)，將母材預(yù)熱至21℃，并在施焊過(guò)程中始終保持不低于該溫度；當(dāng)被焊件厚度大于19mm，應(yīng)按表1規(guī)定進(jìn)行對(duì)應(yīng)溫度預(yù)熱。預(yù)熱過(guò)程中注意均勻加熱，預(yù)熱范圍應(yīng)在焊縫兩側(cè)至少100mm以上。當(dāng)預(yù)熱溫度達(dá)到預(yù)定值后，恒溫30min左右［5］。溫度測(cè)試點(diǎn)須選擇在離坡口邊沿距板厚3倍（最低100mm）處。采用表面溫度計(jì)測(cè)試。

表1 預(yù)熱溫度

層間焊接時(shí)，每個(gè)接頭均應(yīng)一次性焊接完畢，層間溫度應(yīng)控制在85～110℃之間，為了使焊接過(guò)程中產(chǎn)生的擴(kuò)散氫擁有足夠時(shí)間能夠盡量溢出，從而避免焊縫出現(xiàn)裂紋，該工程在焊接完成后進(jìn)行后熱處理，溫度保持在200～250℃。溫度達(dá)到要求后用多層石棉布包裹，待接頭區(qū)域、焊縫表面積背部溫度均與環(huán)境溫度相同時(shí)可以去除石棉布。焊接施工前制定合理的焊接參數(shù)，如表2所示。

表2 焊接參數(shù)

5.2 焊接施工流程

該工程采用手工電弧焊配合CO2氣體保護(hù)焊的焊接工藝，十字型鋼骨柱進(jìn)行焊接時(shí)，必須由2名焊工在對(duì)稱(chēng)位置以相同速度同步進(jìn)行，如圖4所示。首先在無(wú)連接板的一側(cè)焊至1／3板厚，割去柱間連接耳板，并同時(shí)換側(cè)對(duì)稱(chēng)施焊；接著2人分別繼續(xù)在另一側(cè)施焊，再換至腹板進(jìn)行相同順序焊接，如此輪換至焊完整個(gè)接頭；所有對(duì)接點(diǎn)的焊縫經(jīng)外觀檢查合格后方可進(jìn)行100%超聲波無(wú)損檢測(cè)。為了控制施焊過(guò)程中產(chǎn)生的焊接變形及殘余應(yīng)力，基于焊接施工前通過(guò)的焊接工藝評(píng)定，采取預(yù)留收縮余量、局部矯正及補(bǔ)償和錘擊法等措施，保證焊縫質(zhì)量達(dá)到要求［18］。

圖4 鋼骨柱焊接順序

5.3 焊接質(zhì)量控制

焊接是鋼骨柱安裝施工過(guò)程中的關(guān)鍵工序，焊接質(zhì)量的好壞直接影響建筑的整體性能，進(jìn)而決定著建筑的抗震性能，因此需對(duì)焊接過(guò)程進(jìn)行全面監(jiān)控，仔細(xì)做好焊接前后及過(guò)程中的質(zhì)量控制。

2）通過(guò)焊接工藝評(píng)定報(bào)告后，依據(jù)工程評(píng)定結(jié)果編制焊接工藝指導(dǎo)書(shū)，確定出最佳焊接工藝參數(shù)，制定完整、合理和詳細(xì)的工藝措施和工藝流程。

3）該工程焊接量大，焊縫質(zhì)量要求高。所有焊工都必須參加專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)并通過(guò)考試，取得相應(yīng)的等級(jí)證和操作證，必須保證持證上崗。

4）使用的焊材應(yīng)嚴(yán)格按照《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)程》JGJ81－2002的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，合格后才能用于施焊。

5）合理有序地安排焊接次序，采用結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)、節(jié)點(diǎn)對(duì)稱(chēng)和全方位對(duì)稱(chēng)的焊接原則。

6）焊縫焊接完成后，校驗(yàn)焊縫外觀和尺寸后，還應(yīng)符合《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB50205－2001的有關(guān)規(guī)定，方能簽上焊工鋼印號(hào)，全溶透焊縫應(yīng)按設(shè)計(jì)圖紙要求進(jìn)行超聲波無(wú)損檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)焊縫質(zhì)量不合格后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行返修處理，直至驗(yàn)收合格。

6 鋼骨柱檢測(cè)

鋼骨柱焊縫檢測(cè)主要采用外觀檢查、尺寸檢查和無(wú)損檢測(cè)3種方法進(jìn)行，并及時(shí)采取適當(dāng)方法處理檢測(cè)出的不合格構(gòu)件。

6.1 外觀檢查

施焊完成后，應(yīng)及時(shí)清除飛濺物及焊渣，再用焊縫量規(guī)、放大鏡等工具對(duì)焊縫外觀進(jìn)行檢查：一級(jí)焊縫不得存在未焊滿、根部收縮、咬邊和接頭不良等缺陷；一級(jí)焊縫和二級(jí)焊縫不得存在裂紋、夾渣、焊瘤、燒穿、弧坑、針狀氣孔和熔合性飛濺等缺陷。外觀質(zhì)量檢查標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB50205－2001的Ⅰ級(jí)規(guī)定。

6.2 尺寸檢查

焊縫焊腳尺寸、焊縫余高及錯(cuò)邊應(yīng)符合《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程》JGJ81－2002有關(guān)規(guī)定。

6.3 無(wú)損探傷檢測(cè)

焊縫焊接完成后，校驗(yàn)焊縫外觀和尺寸合格后，進(jìn)行磨光、磨平處理；且焊縫冷卻時(shí)間≥24h后，按設(shè)計(jì)要求采用超聲波探傷儀對(duì)全熔透焊縫進(jìn)行檢測(cè)，以確保工程焊接質(zhì)量100%合格，其內(nèi)部缺陷檢驗(yàn)應(yīng)符合下列要求：①一級(jí)焊縫應(yīng)進(jìn)行100%的檢驗(yàn)，其合格等級(jí)應(yīng)為現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《鋼焊縫手工超聲波探傷方法及質(zhì)量分級(jí)法》（GB11345）B級(jí)檢驗(yàn)的Ⅱ級(jí)及Ⅱ級(jí)以上；②二級(jí)焊縫應(yīng)進(jìn)行抽檢，抽檢比例應(yīng)不小于20%。其合格等級(jí)應(yīng)為現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《焊縫無(wú)損檢測(cè)超聲檢測(cè)技術(shù)、檢測(cè)等級(jí)和評(píng)定》（GB／T 11345－2013）B級(jí)檢驗(yàn)的Ⅲ級(jí)及Ⅲ級(jí)以上；③對(duì)不合格的焊縫，根據(jù)超標(biāo)缺陷的大小、位置、性質(zhì)和數(shù)量等信息，采用刨、切除，砂磨等方法去除后，以與正式焊縫相同的工藝方法進(jìn)行補(bǔ)焊，其核驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)相同［19］。

7 結(jié)語(yǔ)

?？趪?guó)際金融中心項(xiàng)目工程鋼骨柱具有施工難度大、質(zhì)量要求高，工期緊等特點(diǎn)。筆者主要從鋼骨柱加工制作、吊裝、安裝及校正、焊接、檢測(cè)這5個(gè)方面詳細(xì)闡述了十字形鋼骨柱施工技術(shù)在工程中運(yùn)用的操作重點(diǎn)、要點(diǎn)及控制點(diǎn)。通過(guò)制定科學(xué)合理的施工技術(shù)方法，嚴(yán)格組織和優(yōu)化施工，確保了鋼骨柱的施工進(jìn)度、質(zhì)量及安全要求，從而保證了該建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和工期滿足要求，也為海南地區(qū)今后該類(lèi)十字形大截面型鋼混凝土柱的施工提供了范例。

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