1、核心筒钢板剪力墙防变形工艺研究 韩佩 唐振 孙青亮 刘志勤 王景浩 中国建筑第八工程局有限公司钢结构工程公司 摘 要： 主要是针对超高层核心筒钢板剪力墙施工防变形工艺的研究, 从实际应用及理论出发, 通过对超长超宽钢板剪力墙出厂成品保护、焊接过程中支撑、约束板等防变形措施的加设、焊接顺序和焊接方法的研究来达到减小变形的目的, 从而提高施工质量, 减少校正频率, 实现质量和进度双赢的目标。关键词： 高层建筑; 钢板剪力墙; 变形; 临时支撑; 约束板; 焊接工艺; 作者简介：韩佩, 工程师, E-mail:收稿日期：2017-07-06基金：中建八局科技资助 (2014-01) Anti Def
2、ormation Technology of Steel Plate Wall in Core TubeHAN Pei TANG Zhen SUN Qingliang LIU Zhiqin WANG Jinghao Steel Structure Engineering Company of China Construction Eighth Engineering Division Co., Ltd.; Abstract： This paper is mainly focused on the anti deformation technology of steel plate shear
3、wall in core tube. It is mainly from the perspective of the practical application and theory, and based on the super long and wide steel plate wall finished product protection, welding process, support plate constraint measures to prevent deformation and design, welding sequence and method of the re
4、search so as to reduce deformation and improve the construction quality, reduce the frequency of calibration, quality and schedule to achieve win-win the target.Keyword： tall buildings; steel plate shear wall; deformation; temporary supports; constraint plate; welding; Received： 2017-07-061 问题提出与分析核
5、心筒钢板剪力墙 (简称钢板墙) 施工工期较紧, 要求 3d/层, 现场作业环境狭小, 而钢板墙面积较大, 若钢板墙变形较大, 将会给后续土建钢筋绑扎、合模、混凝土浇筑造成一系列困难, 严重影响工程施工质量和进度。由于存储、施工过程中产生的钢板墙变形难以控制, 当出现安装偏差严重超出验收规范的情况时, 需重新进行校正, 费时费力, 效果不佳, 影响工期。1) 钢板墙超长超宽, 挠度难以控制, 而外形尺寸要求较高, 故构件倒运、装卸、堆放过程中, 若不采取相应的措施极容易产生永久下挠, 校正相对困难, 因此对成品钢板墙保护是确保钢板墙安装精度控制的第 1 步。2) 核心筒钢板墙超长超宽, 且加劲肋
6、布置较少, 稳定性极差, 现场焊缝主要为不对称布置的横缝和立缝, 焊接过程中, 在不平衡的焊接内应力作用下, 稳定性较差的钢板墙极容易产生较大的弯曲变形, 因此通过增加钢板墙自身的稳定性能够有效减小焊接应力对变形造成的影响。3) 由于钢板墙现场焊缝较为集中, 部分焊缝超长、焊接量较大, 若沿用从一端到另一端的焊接顺序或焊接顺序及焊接方法选择不当, 焊缝局部受热会过于不均, 焊接内应力过大, 难以达到平衡互相抵消, 将会导致焊缝长度方向出现不可逆的波浪变形。因此, 选择合适的焊接顺序及焊接方法将能够有效减小或抵消焊接内应力, 从而能够有效降低焊接过程中应力对变形的影响。2 变形控制2.1 成品保
7、护构件倒运时, 吊耳应对称布置, 吊装时轻起轻放, 胎架应平整, 构件中部应垫设支撑, 构件加工完成后, 及时组织相关方严格按照规范要求 (见表 1) 进行外形尺寸验收, 并形成验收记录, 合格方允许出厂。装车时, 构件下方应对称布置枕木, 枕木设置注意避开栓钉, 避免钢板墙翘曲, 钢板墙码放宜3 层, 每层之间均需加设枕木, 运输过程中, 钢丝绳应固定牢靠, 路面应避免颠簸, 行车应平稳。构件卸车后, 堆放场地应平整紧实, 构件按编号、吊装顺序依次分类堆放, 底部应对称布置枕木或垫块, 避免搁空而引起翘曲, 并应及时进行苫盖。表 1 钢板墙外形尺寸验收标准 Table 1 The accep
8、tance standard of outline dimension of steel plate wall 下载原表 实践发现, 加强钢板墙倒运、运输、堆放过程中成品保护, 能够有效确保钢板墙焊前的安装精度, 间接地减小钢板墙变形量。2.2 加设防变形措施钢板墙超长超宽, 稳定性极差, 由于焊缝不对称布置, 焊接过程中局部受热不均, 使焊件内部产生不平衡的焊接内应力, 若不采取措施增加钢板墙的稳定性, 焊接应力对钢板墙的作用将会异常明显, 导致变形量过大。结合现场施工条件和实际情况, 本项目主要采用刚性固定法和增加约束度预防变形 2 种方法来增加钢板墙整体的稳定性, 从而减少焊接内应力对变
9、形量的影响。钢板墙跨度较大, 为提高钢板墙在安装及焊接过程中的稳定性, 减小焊接应力对变形的影响, 采取加设临时支撑的措施增加钢板墙的刚性, 临时支撑主要有对撑 (见图 1) 和角撑 (见图 2) , 采用 I20a, 上、下布置 2 道 (数量可根据实际情况适当增加) , 端部与钢板墙以焊接的形式进行连接, 钢板墙焊接完成后支撑可拆除重复利用。图 1 对撑 Fig.1 Symmetric support 下载原图当钢板墙长度较大, 无法完成对撑或者角撑的设置时, 为减小焊接应力对钢板墙变形的影响, 焊前在焊缝一侧加设 30mm200mm 钢板 (约束板) , 板长依据焊缝长度而定, 以增加钢
10、板墙的约束度和稳定性。约束板根据现场焊接形式和临时连接位置可灵活布置, 要求与钢板墙通长紧密贴合, 通过现场废弃的连接板或耳板与钢板墙以定位焊的形式进行有效连接, 定位焊要求长度60mm, 间距控制在 500mm 左右, 待焊接完成、焊缝完全冷却后将约束板割除, 重复利用。约束板与钢板墙连接形式如图 3 所示。图 2 角撑 Fig.2 Corner brace 下载原图图 3 约束板定位焊布置示意 Fig.3 Layout of position welding of constraint plate 下载原图根据单节钢板墙的高度, 约束板具体加设数量及位置如图 4 所示。图 4 钢板墙约束板
11、加设 Fig.4 Setting for constraint plate of steel plate wall 下载原图1) 对于单节单层钢板墙, 一层一节地布置 3 道约束板, 第 1 道距离顶部焊缝0.3m, 第 2, 3 道分别为 0.8, 1.6m, 具体情况根据现场实际避开孔位、栓钉和连接板。2) 对于单节两层钢板墙, 二层一节地布置 5 道约束板, 第 1 道距离顶部焊缝0.3m, 第 2, 3 道分别间隔 1.0m, 第 4 道间隔 1.2mm, 第 5 道间隔 1.5m, 具体情况根据现场实际避开孔位、栓钉和连接板等。2.3 焊接过程变形管控核心筒钢板墙板厚主要为 25mm
12、 和 30mm, 现场主要采用 45V 形坡口背面加衬垫的方式进行单面焊接, 焊缝形式主要为横缝和立缝。由于焊缝较长且不对称布置, 若焊接时采用连续的直通焊 (从焊缝的始端一直焊到焊缝的终端) , 焊缝局部会受热不均, 应力难以平衡互相抵消, 势必会造成较大变形量。若合理地改变焊接方向, 采取分段焊接、对称焊接的方法, 可使结构整体受热趋于均匀, 应力得以减小, 相互抵消, 从而能够达到减小变形的目的。1) 整体焊接顺序为减小焊接过程中的内应力, 本项目根据现场焊缝位置和焊缝长度, 依据“先焊收缩量较大的接头、后焊收缩量较小的接头, 接头应在约束较小的状态下焊接”的原则制定了“先柱后墙、先立后
13、横、自下往上、由中间向两边”的整体焊接顺序, 依据“长焊缝宜采用分段退步焊、跳焊法、多人对称焊”的原则选用分段退步焊和对称焊的焊接方法。核心筒钢板墙主要的连接节点有 H 形柱连墙和十字柱连墙, 其焊接顺序如图 5 所示。图 5 H 形柱与十字柱连墙焊接顺序 Fig.5 The welding sequence of slurry wall of H-shaped column and cross column 下载原图2) 立缝焊接墙相连柱焊缝焊接完成后, 开始钢板墙立缝焊接: (1) 焊前严格按照工艺要求清除坡口及两侧 50mm 以内氧化皮、铁锈、油污等杂物, 接头加设引熄弧板, 背面加设衬
14、垫, 调好焊接电流、电压开始进行焊接; (2) 13m 以内立缝, 安排 1 名焊工进行焊接, 采用自下往上、分段退步的焊接方式, 每小段500600mm 打底填充, 当熔敷金属填充到距离母材表面 2mm 时开始盖面, 盖面要求由下往上, 一次成型; (3) 焊缝 3m 以上时, 安排 2 名焊工进行焊接, 分别自下往上、分段退步焊, 每小段 500600mm, 打底、填充、盖面分别自下往上分段退步焊, 如图 6 所示; (4) 立缝焊接时, 顶部预留 300mm 不焊, 释放应力; (5) 对于加工或安装精度偏差造成的立缝过宽 (25mm 以上) , 应适当减小电流, 按照上述方法进行多层多
15、道焊; (6) 焊接完成焊缝完全冷却后, 使用火焰切割或机械方法去除引熄弧板, 并应修磨平整, 严禁用锤击落。3) 横缝焊接立缝焊接完成后, 开始钢板墙横缝焊接: (1) 焊前严格按照工艺要求清除坡口及两侧 50mm 以内氧化皮、铁锈、油污等杂物, 接头加设引熄弧板, 背面加设衬垫, 调好焊接电流、电压开始进行焊接; (2) 1m 以内横缝安排 1 名焊工进行焊接, 打底, 填充, 盖面分别单向焊接; (3) 横缝长度 24m 时, 安排2 名焊工进行对称焊接, 从中间向两边, 分别打底、填充分段退步, 每小段500600mm, 当熔敷金属填充到距离母材表面 2mm 时开始盖面, 盖面单向焊接
16、, 如图 7 所示; (4) 焊缝长度4m 时, 安排 3 名焊工进行对称焊接, 由中间向两边, 打底、填充、盖面均分段退步, 每小段 500600mm; (5) 焊接完成焊缝完全冷却后, 使用火焰切割或机械方法去除引熄弧板, 并应修磨平整, 严禁用锤击落。图 6 对 3m 以上立缝焊接示意 Fig.6 Welding over 3m vertical joints 下载原图图 7 24m 横缝焊接示意 Fig.7 Welding for 24m transverse joints 下载原图3 结语在剪力墙施工过程中, 通过对钢板构件采取以上的众多方便性措施, 施工完成后, 钢板的变形得到良好
17、的控制, 施工进度得到了保证。参考文献1孙冰, 郭立辉, 余孝万, 等.超高层核心筒钢板剪力墙施工技术J.施工技术, 2017, 46 (8) :88-93. 2范重, 刘学林, 黄彦军.超高层建筑剪力墙设计与研究的最新进展J.建筑结构, 2011, 41 (4) :33-43. 3李宁宁, 王朝阳, 吕黄兵, 等.基于凸点顶模的钢板剪力墙施工技术J.施工技术, 2017, 46 (2) :117-119. 4王东, 杨明, 亓立刚, 等.钢结构体系中钢板剪力墙变形监测控制技术研究J.施工技术, 2014, 43 (20) :26-28, 38. 5王川, 唐齐超, 陆建新, 等.深圳平安金融中心核心筒钢板剪力墙焊接技术J.施工技术, 2013, 42 (14) :8-10. 6范重, 孔相立, 刘学林, 等.超高层建筑结构施工模拟技术最新进展与实践J.施工技术, 2012, 41 (14) :1-12, 76.
