钢板剪力墙施工技术在超高层建筑中的应用

刘 海 宾

(大同泰瑞集团建设有限公司,山西 大同 037000)

1 概述

随着高度超过400 m的城市综合体建筑的发展，为保证结构的安全与稳定，超高层建筑大部分采用劲性结构来提高其承载能力以及抗侧能力，钢板剪力墙结构由此而生[1]。但这种结构形式也给超高层建筑施工带来技术难关，对于钢板剪力墙劲性结构的安装精度控制、整体变形控制等成为施工过程质量的关注点[2-4]。通过对某地块的T4塔楼工程实例介绍钢板剪力墙的施工技术。主要包括安装、焊接等。

2 工程概况

本工程为某地商业、商务兼容住宅项目一标段，为2019年2月27日中标的项目，位于浙江省杭州市萧山区某板块。本工程共含3栋超高层，T3楼为高199.800 m的办公楼、T4及T5楼为高191.400 m的住宅楼。其中T3楼基础～42层(标高-12.600～148.370)部分框架柱内含型钢柱，B1层～14层(标高-5.800～49.570)部分剪力墙内含型钢柱及钢板；T4，T5楼基础～26层(标高-12.600～95.670)部分框架柱及剪力墙约束边缘暗柱内含型钢柱，B1层～26层(标高-5.800～95.670)部分钢板混凝土剪力墙内含型钢柱及钢板。

3 钢板剪力墙施工关键技术

在钢板墙具体施工过程中会产生前期考虑不全的各类问题，包括剪力墙钢板的水平底座与竖向构件钢筋定位冲突、钢板剪力墙钢结构暗梁与墙体分布钢筋定位绑扎冲突、钢板剪力墙暗梁处钢筋过密导致混凝土下料困难并难以振捣、钢板定位偏位及焊接变形导致的偏位与墙体钢筋冲突及模板定位加固冲突等问题[5-8]。因此钢板剪力墙的施工实现技术必须确保，以保证现场钢板剪力墙的正常施工。

T4楼钢板剪力墙外框有8根框架劲钢柱，钢柱截面尺寸最大为400×35，最大板厚为35 mm，材质为Q345B。组合钢板剪力墙由型钢柱、钢梁、钢板组成，型钢柱截面尺寸为H250×170×20×20 mm,250×170×25×25 mm,250×170×30×30 mm，钢梁截面尺寸最大为300×30，钢板厚度规格：20 mm,25 mm,30 mm，材质为Q345B。劲性钢骨柱从基础-12.6 m～95.67 m，钢板剪力墙从-5.8 m～95.67 m(见图1，图2)。

4 钢板剪力墙安装

4.1 钢板剪力墙吊装

1)钢板剪力墙吊耳及临时连接板设置。

临时连接板设置在核心筒钢板剪力墙的横向与竖向焊缝之间，并且横向焊缝使用的临时连接板部分兼做吊耳。吊耳的位置依据单元中心位置而定，一般为距离中心的位置。钢暗桩的翼缘两侧适宜安装临时连接板，材质使用Q345，并且两个连接板之间的距离不大于1 m。

2)钢板剪力墙就位。

施工时需要用到四台塔式起重机，但由于施工场地较小，起重机均在核心筒内进行工作。钢板剪力墙的吊装方法为两点起吊，但核心筒的上部被顶升钢平台遮挡，因此为了成功安装核心筒内部的钢板剪力墙，必须使用双机换钩法吊装。其中，塔式起重机背后的钢板剪力墙以及连线2台塔式起重机不能使用双机换钩法，因此选用了手动葫芦拉结钢板剪力墙。塔式起重机松钩，越过桁架与原吊耳处连接，顶升钢平台的桁架下弦部位与吊耳成功焊接。

4.2 钢板剪力墙拼装

在已安装完成的钢板剪力墙上的断口部分每间隔3 m焊接2列对称的钢板并将钢板焊接超出断口300 mm～400 mm，以预防在钢板剪力墙的换钩过程中发生意外的前后倾倒。使用普通螺栓固定住连接板，并在成功将钢板剪力墙吊至作业面时设置好支撑。钢板剪力墙使用钢筋作为连接板与型钢支撑固定。钢筋连接形式示意图如图3所示。

5 钢板剪力墙焊前校正

在钢板剪力墙吊装操作结束后，如果没有借助普通的螺栓将其进行初步固定的话，那么塔式起重机就不得松钩[9-12]。本工程先要采用全站仪加吊线和千斤顶对整个钢板剪力墙拼装进行勘测和微调处理，工程中的第一根暗柱先要进行测量校正，然后再安装钢板剪力墙，在安装的同时也要进行调整处理，以确保安装的精确度，当安装校正完成后就对普通螺栓进行拧紧固定。

1)立面垂直度校正。

把全站仪架设在轴线位置，使其处于平衡状态，再竖丝观察和校正钢板剪力墙的端部(对接立边或劲性钢柱)垂直度情况，校正利用的是横焊缝旁的千斤顶进行调整处理。此外，在水平对接边与劲性柱间、劲性柱间、水平对接边与水平对接边间的单板过渡区垂直度主要受顶端吊线的主导。

2)钢板剪力墙顶面坐标测控与墙体垂直度控制。

安装好钢板剪力墙后，将控制点竖向投递到钢平台桁架上的四个端点上并使用全站仪校正桁架轴线。每次将钢平台顶升后都需要再次将控制点竖向投递并依据闭合平差校正位置，将获得的数据整理成控制点坐标。在钢板剪力墙施工时使用内控法进行施工，全站仪设置在钢平台的顶部，能够形成一条回路，并使用后视法测量钢板剪力墙是否安放在正确位置，为掌控钢板剪力墙的垂直程度，需在钢平台的下部分拉线锤。在使用全站仪进行测量时，需要确保全站仪棱镜处于较低位置并且俯角小于30°，并使用外框架的控制点分散布置确定好控制点的测控区域如何划分，以此控制测量的准确度以及防止布置好全站仪后其后近端俯角过大。

6 钢板剪力墙焊接

6.1 焊前清理及温度控制

1)焊前清理。

在进行焊接工作前，需要先清理干净坡口中以及坡口背后衬板的水泥灰、泥沙杂质、氧化层、风化腐蚀及铁锈、油污等杂物。用平板尺或者钢塞尺测量钢板剪力墙中间隙的宽度，其中允许出现以下偏差：有垫板的间隙是+3.0 mm，-2.0 mm；无垫板的间隙是+0.3 mm，-0.00 mm。

若出现间隙宽度与要求不符的情况时，需要使用以下方式进行处理：若坡口的组装间隙大于2倍较薄板的厚度或大于21 mm，使用减少组装间隙以及增大构建长度的方法，而不能使用堆焊的方法；若坡口组装间隙超过偏差规定而没有超过21 mm时，需要使用堆焊法，将坡口的两侧或一侧进行堆焊并将其打磨平整，最终与间隙偏差相符合。在某超高层建筑的建设过程中，钢板剪力墙的间隙不超过18 mm，因此能够使用堆焊法，对间隙进行堆焊与磨平。处理完间隙后，间隙大小符合规定，可以进行施工。

2)焊前温度控制。

使用火焰加热器与电加热器进行维持层间温度以及焊前预热的工作。本工程中有交叉作业的存在并且操作面也不够大，因此根据本工程的特点，选择了电加热器完成加热工作，同时也能够加快工程进度。预热中，加热区域为坡口的两侧，并且测量温度需要使用专业测温仪器。加热区域应比焊件的施焊厚度大1.5倍或以上并且不小于100 mm，测量温度时应选择焊件反面，并且测量点与焊接点之间的距离必须不小于75 mm。

a.焊前预热：操控电加热器在焊接构件之前加热坡口两侧的150 mm范围，并根据钢板的厚度选择加热温度。

b.控制层间温度：因钢板层数较多，选择连续施焊的方法焊接钢板，必须在完成每一道焊道的焊接之后第一时间清理钢板表面的飞溅物以及焊渣，并且把握好焊接区域的层间温度以及母材温度，需要控制层间温度在110 ℃～200 ℃范围内。若出现焊接中途断焊，应使用保温与后热步骤，在继续焊接前需要将焊接温度预热至初始预热温度以上。

c.处理后热：因构件在焊后残余力的影响下可能会发生塑性变形等负面影响，所以应操控电加热器在焊接结束后继续对焊缝两侧的180 mm范围进行加热，温度在200 ℃～250 ℃之间并需要持续75 min～125 min。

6.2 钢板剪力墙焊接顺序

钢板剪力墙的焊接顺序为先竖后横及从内向外，且在焊接时需要采用多道、窄道与薄层的焊接方式。厚板焊缝的优先级高于薄板焊缝，并且应先焊接变形程度较高的焊缝，后焊接变形程度较低的焊缝。在对钢梁进行焊接活动时，必须注意不能同时焊接同一根钢梁的两侧，应在焊接了其中一端之后，等待其冷却至常温，再焊接另外一端。

在进行焊接工作时，需要将钢衬垫板、引出板和引弧板设置好，并且注意这些板的强度不能大于钢材的强度，同时被焊的钢材和引弧板、引出板、钢衬垫板的材质应具有相近的焊接性。

焊接时，需要使用CO2气体保护焊接过程，确保焊接工作的质量和效率。焊缝的长度需大于25 mm，衬垫板的厚度需不小于4 mm。使用火焰切除焊接完成后多余的引出板与引弧板，再使用其他工具打磨断面使其平整，但需注意不能使用工具锤敲落，并且按照区域的序号进行施工。

6.3 焊后检查及校正

在完成了钢板剪力墙的焊接工作之后，需要对电加热器进行冷却，将其放置一段时间，等焊缝处冷却至常温后拆去电加热板并去除临时连接板，在进行临时连接板的切割工作时应预留出6 mm，避免对母材造成伤害。最后，使用上文的测量方法测量工程各数据并对比预先设计数值，使用火焰纠偏变形程度较大的构件。

7 结语

某地块T4塔楼超高层建筑的建设采用了上文所提到的方法并得到了较好的成果，特别是钢板剪力墙的安装工作，与预期效果十分相符，解决了难以焊接和拼装钢板剪力墙的弊端。