田玉江
(中鐵城建集團有限公司 湖南長沙 410208)
超高層結構常用形式多為框架-核心筒剪力墻結構。當超高層建筑的結構抗剪能力達不到設計的要求時,常常在核心筒墻體內(nèi)增設型鋼及鋼板剪力墻結構提高結構抗剪能力。型鋼鋼板剪力墻結構剛度高、承載力好、延性好、抗震性能好。原設計鋼板墻的連接形式為全焊接,現(xiàn)場焊接工程量大,焊接質(zhì)量不宜保證,焊接施工進度較慢。合理優(yōu)化鋼板墻鋼構件的單體,減少現(xiàn)場吊裝次數(shù)及焊接量,保證焊縫的焊接質(zhì)量,加快鋼構件的安裝進度是本工程的一個重難點。
銀川綠地中心項目位于銀川市大連中路北側,團結路南側,西距覽山公園約1.5 km,南鄰閱海灣水上公園約1.0 km。建筑總面積約35萬m2。地上由南北兩座塔樓和南北兩個裙房組成,兩座塔樓建筑總高度均為301.15 m,北塔樓、南塔樓地上均為66層(包含夾層);南北裙房地上4層,建筑高度23.9 m。外圍鋼結構為四周18根T框架柱,核心筒為4根十字型鋼柱和30根H型柱組成,外圍柱底標高為-19.000 m,核心筒柱底標高為-17.800 m,型鋼柱主要的板厚為60 mm、50 mm、40 mm、35 mm,核心筒鋼板墻從地下二層開始布設,鋼板墻板厚為16 mm、20 mm、30 mm,如圖1所示。主要的鋼材材質(zhì)選用為Q345GJ-C、Q420GJ-C。地下鋼柱分節(jié)為一柱一層,外圍柱最重量約8.58 t,核心筒柱最重量約4.4 t。
圖1 鋼板墻建模效果圖
原設計鋼板墻焊縫的焊接形式全部為焊接連接,經(jīng)與設計單位進行溝通協(xié)商,對原設計進行優(yōu)化,改為栓焊連接。該連接形式,大大減少了施工焊縫的焊接量,操作便捷,焊接速度快。
對鋼板墻結構進行計算優(yōu)化,設置合理的鋼板墻單體鋼構件,確定制造鋼結構單體,減少現(xiàn)場吊裝次數(shù)、加快現(xiàn)場吊裝頻率。對現(xiàn)場安裝進行施工模擬,設置合理的安裝順序,保證現(xiàn)場吊裝安全。
采用鋼板墻鋼結構三點吊裝技術,鋼構件的安裝定位調(diào)整準確,且調(diào)整速度快,節(jié)約了現(xiàn)場鋼構件的吊裝時間。在焊接施工前進行焊接工藝評定并進行試驗分析,根據(jù)試驗分析結果制定合理的焊接順序,減小焊縫的焊接應力及變形,以保證焊縫的焊接質(zhì)量。
對鋼板墻結構進行建模,并分析鋼板墻單體構件的重心位置,確定主吊點的位置,使吊鉤的起吊位置在構件重心上,次吊點采用對接耳板,減少吊耳設置,節(jié)約材料。吊裝前仔細檢查每個鋼構件的焊接質(zhì)量,必要時對鋼構件焊縫進行超聲波探傷檢測。三點吊裝方式是利用倒鏈的可調(diào)節(jié)性,在吊裝過程中通過調(diào)整倒鏈的長度與角度,能夠快速準確地調(diào)整鋼構件的水平和垂直方向的定位[1]。
設計優(yōu)化、深化→確定組合結構制作單元→BIM技術施工模擬→合理設置吊點→應用兩點吊裝技術→組合結構吊裝→焊接施工→焊縫無損檢測、驗收。
5.2.1 優(yōu)化原設計連接形式
原設計型鋼柱、型鋼梁、鋼板墻的節(jié)點連接形式為全焊接連接,現(xiàn)場焊接量大,操作難度大,如圖2所示,并且現(xiàn)場施工工期緊張。經(jīng)設計單位同意變更為安裝螺栓+焊縫連接,如圖3所示,此連接形式的優(yōu)點:鋼構件定位準確,安裝速度快,焊接工作量少,大大節(jié)約了現(xiàn)場安裝時間。
圖2 鋼板剪力墻原設計節(jié)點
圖3 優(yōu)化后鋼板剪力墻連接節(jié)點
5.2.2 型鋼鋼板剪力墻深化設計
深化設計中對構件進行分段綜合分析:
(1)第一,分析加工廠購買的鋼板尺寸及規(guī)格,使鋼板使用率達到最大化[2],如圖4所示。
圖4 異型型鋼鋼板組合結構截面尺寸示意
(2)第二,分析實際的交通運輸條件。加工的鋼構件不能超寬、超高,所運輸?shù)匿摌嫾欠駶M足滿足交通運輸要求[3],如圖5所示。
圖5 異型型鋼鋼板組合結構進場驗收
(3)第三,綜合分析如何保證現(xiàn)場塔吊的使用能力達到最大。同時還要分析最大鋼構件的重量是否在塔吊的起重范圍內(nèi)[4]。
通過以上三個方面的分析,以及建模技術分析計算,確定了加工車間生產(chǎn)鋼構件單體的尺寸及形狀,不僅滿足了交通運輸要求,而且還滿足了現(xiàn)場吊裝的要求[5]。
5.2.3 合理設置吊點
利用建模技術對鋼板墻結構建模,并找出大截面鋼構件單體的重心位置,確定鋼構件主吊點的位置,使吊鉤的起吊位置在構件重心上,次吊點采用對接耳板,減少吊耳設置,節(jié)約材料,如圖6所示。鋼構件進場卸車時,應仔細檢查每一個鋼構件的焊接質(zhì)量,必要時對鋼構件焊縫進行補焊[6]。
圖6 異型型鋼鋼板組合結構吊耳設置
5.2.4 異型結構吊裝技術
異型構件吊裝前,先用模型找出構件重心[7],根據(jù)重心,放樣吊裝示意圖,如圖7所示,設置吊點及吊裝鋼絲繩長度,保證斜撐吊裝角度[8]。利用增加倒鏈調(diào)節(jié)重量、焊接定位板等措施。傳統(tǒng)構件吊裝使用吊耳均在工廠加工,一般不會考慮偏重構件中心,導致現(xiàn)場吊裝時需采取措施處理,增加構件吊裝時間[9]。
圖7 找出鋼構件重心
采用此工藝可以保證吊裝角度,保證構件快速安裝就位,有效提高安裝效率,降低高空作業(yè)風險,加快施工進度,并且安裝速度快,精確度高[10]。
5.2.5 焊接施工
相鄰組合構件安裝校正后,進行螺栓安裝,待結構整體滿足規(guī)范要求后,先焊接鋼梁焊縫,完成后焊接鋼板連接板角焊縫。鋼板墻焊縫焊接應進行分層焊接,在焊接前應對鋼構件表面清理干凈,其次填充層焊接為多層多道焊,每一道焊縫由第一層、中間層和坡邊層組成。第一層焊絲指向向下,焊槍與垂直角成50°左右,采用左焊法時左指20°,采用右焊法時右指20°;次層及中間層焊縫焊接時,焊絲外觀呈水平狀,與前進方向成80°~85°角;坡邊層焊接時,焊絲向上傾斜50°。每層焊縫應該保持基本垂直或上部稍微向外傾斜,焊接至面縫層時,應在上部1.5 mm和下部2 mm處留下深度焊角,便于收面時能夠看清坡口邊[11]。
5.2.6 焊縫無損檢測、驗收
(1)鋼板墻在現(xiàn)場焊接過程前,做好書面及現(xiàn)場技術交底并保留影像資料。在焊接過程中,做好過程焊接記錄。焊接完成后,收集整理規(guī)范所有的焊縫焊接質(zhì)量資料[12]。
(2)現(xiàn)場所有的鋼結構焊縫必須100%檢查,檢查標準按現(xiàn)行國家有關規(guī)定進行。焊縫內(nèi)部缺陷、表面缺陷檢測,應嚴格按照《高層民用建筑鋼結構技術規(guī)程》、《鋼結構工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》要求進行,并應遵守第2.1.5條的要求。所有一級焊縫,按超聲波B級進行100%檢查,檢查方法遵照GB/T 11345-2013及GB 50205-2001的規(guī)定和要求進行焊接質(zhì)量檢查。
通過對大截面鋼板墻鋼結構的安裝技術研究,針對本工程鋼板墻結構的大截面鋼構件分段建模分析,設置合理的鋼結構單體,優(yōu)化鋼構件的吊裝形式,保證了現(xiàn)場吊裝的安全、質(zhì)量和進度。通過數(shù)據(jù)分析和建模模擬施工的結論,減少了現(xiàn)場鋼結構的焊接量,縮短了鋼結構的吊裝時間,給公司其他超高層鋼結構施工提供了寶貴的經(jīng)驗。