超高層建筑項目中的核心筒組合鋼板剪力墻施工技術

董傳藝 郭 強 王 帥 李鳳堂

中建八局第二建設有限公司 山東 濟南 250022

1 工程概況

綠地山東國際金融中心項目位于濟南市歷下區中央商務區，新濼大街與茂嶺三號路交叉口，總建筑面積430 600 m2，地下4層，地上88層，總建筑高度428 m。主塔樓基礎形式為樁基，主體結構為核心筒＋外框柱＋伸臂桁架＋環帶桁架結構。外框結構由勁性十字鋼骨柱、非勁性框架鋼梁、壓型組合樓板組成，核心筒主要為混凝土剪力墻，F11層以下及桁架層為混凝土組合鋼板剪力墻結構體系（圖1）。

綠地山東國際金融中心超高層主塔樓，核心筒為含有58根鋼骨柱的鋼板混凝土剪力墻結構（圖2），鋼板剪力墻的施工難度較大，在施工過程中需要從深化設計、加工制作、運輸堆放以及安裝焊接等方面進行嚴格控制，以確保最終的施工質量。

2 鋼板墻施工

2.1 鋼板剪力墻深化設計

圖1 外框鋼結構分布

1）根據核心筒結構設計特點，核心筒鋼結構主要分為勁性鋼骨柱、鋼骨連梁與鋼板墻，鋼骨柱、鋼骨梁及鋼板墻采取有效的剛性連接，與混凝土結構形成核心筒組合鋼板剪力墻結構體系。組合鋼板剪力墻結構體系需要從便于現場鋼構件吊裝、減少現場焊接作業量、方便控制焊接變形量、便于鋼筋與鋼構件形成有效連接等方面，進行鋼骨柱、鋼骨梁、鋼板剪力墻節點的深化設計和拼裝單元的劃分。

圖2 核心筒鋼結構分布

2）鋼骨柱以及鋼板墻的吊裝單元劃分需要考慮現場施工工況，結合塔式起重機的性能與鋼構件質量、結構樓層層高、鋼構件運輸和塔吊吊裝效率等因素。鋼柱按照2～3層進行分節，高度控制在10～13 m；鋼板剪力墻由于吊裝易變性，平面外剛度較小，按照每層高度設置分段，高度以4～6 m為宜。受交通運輸制約，鋼構件分段寬度控制在2.5 m以內。

3）節點設計時需要保證鋼板剪力墻吊裝精度，其中組合鋼板剪力墻結構施工順序為先安裝鋼骨柱、再安裝鋼板及鋼骨連梁。為了便于控制吊裝精度，將鋼板剪力墻及鋼骨連梁在加工廠焊接為整體，整體運輸至施工現場后與已經安裝焊接完畢的鋼骨柱進行剛性連接，從而減少現場焊接作業量，避免焊接應力集中導致鋼板變形。將鋼骨連梁與剪力墻鋼板組合構件，與鋼柱現場對接焊縫在同一水平標高直線上，以利于構件的垂直吊裝以及校正焊接。在鋼板剪力墻的非節點部位增加縱橫方向的加勁肋，有助于減小鋼板墻因加工、運輸以及現場焊接等工序造成的變形。

4）鋼構件分段劃分原則主要為方便現場施工，便于質量控制。為此，將組合鋼板剪力墻結構體系劃分為鋼骨柱與鋼板組合構件、鋼骨梁與鋼板組合構件、鋼骨柱、鋼板墻4種形式。當2根相鄰鋼骨柱最外側翼緣板間距小于2.5 m時，將鋼板剪力墻與兩側鋼柱加工成為一個整體，進行整體運輸及吊裝；當1根鋼骨柱與鋼板墻組合寬度小于2.5 m時，將其加工成一個整體，進行整體運輸及吊裝；當鋼板墻寬度超過2.5 m時，需要將鋼板分成2.5 m以內的寬度，并結合前2種組合方式進行加工制作。

5）組合鋼板剪力墻的施工不僅需要考慮到鋼構件自身的連接，還應注意鋼構件與鋼筋的連接、混凝土澆筑、模板加固等方面。為滿足箍筋的設計要求及組合鋼板墻的力學性能要求，在鋼板剪力墻上開設箍筋孔，并在鋼骨柱及鋼連梁上焊接套筒與主筋進行有效連接。為減少混凝土澆筑流動過程中受到的阻礙，在剪力墻上梅花形布置直徑150 mm的過灰孔。為滿足組合鋼板墻模板施工的需要，在鋼板剪力墻上間隔布置對拉螺桿套筒及開設對拉螺桿孔[1-2]。

2.2 組合鋼板剪力墻的加工制作

組合鋼板墻包含鋼骨柱與鋼板組合構件、鋼骨梁與鋼板組合構件、鋼骨柱、鋼板墻4種形式鋼構件的制作。在深化設計出具零件圖后進行下料，根據構件圖進行組裝、焊接、校正、拋丸除銹等工序。在下料加工過程中，對鋼構件的尺寸偏差進行合理控制，確保鋼構件的加工誤差在規范要求范圍以內。

2.3 組合鋼板墻運輸及堆放

組合鋼板墻由于面積較大，缺少阻擋變形的邊緣部件，所以容易在運輸和堆放的過程中發生彎曲變形。構件運輸時需要在鋼板墻下方鋪設工字鋼或者枕木，以確保鋼構件不被壓彎。同時，由于鋼板墻的特性，在多層放置時，層數應該不得超過3層，并且每層之間均需墊平（圖3）。

圖3 鋼板剪力墻堆放

2.4 組合鋼板墻安裝

1）組合鋼板墻單片面積大，側向變形剛度小，在安裝過程中容易產生變形，所以組合鋼板墻在深化安裝之前，需要對鋼板墻進行吊裝變形驗算，以避免因分段而導致的變形。同時，組合鋼板墻安裝時需要在鋼構件上設置合適的吊耳，依據鋼構件重心確定鋼構件的吊耳布置位置，保證鋼構件吊裝過程均衡穩定。吊索的水平夾角應控制在45°～60°之間，避免吊索具因為夾角過小造成水平分力過大，給鋼板墻造成變形或帶來吊裝風險。

2）組合鋼板安裝時，需要先安裝鋼板墻兩側鋼柱，待鋼柱校正就位焊接完畢后，再進行鋼連梁以及鋼板墻的安裝就位。由于鋼板墻迎風面積大，故在鋼板墻吊裝就位時，可以在鋼板墻底部預設馬板，以方便安裝，保證施工安全。

3）采用全站儀和拉線等方法，對鋼構件的平面坐標、標高、垂直度、扭轉和彎曲變形情況等進行測量校正。對于變形過大處，采用機械或者火焰矯正的方式對組合鋼板墻進行變形糾偏。在鋼板墻的焊接過程中應加強監控，一旦發現有鋼板墻變形的情況，立即分析原因并采取相應的解決措施，適當調整焊接位置、焊接順序、焊接方向，以達到控制鋼板墻變形的目的。

2.5 組合鋼板墻焊接

由于鋼板墻板厚較厚，焊縫長度較長，故在大量集中焊接的情況下容易產生焊接應力集中，使得鋼板發生變形。通過有限元軟件對焊接區域進行模擬分析，借鑒類似工程的施工經驗，可采取調整鋼板墻的焊接順序以及制定反變形措施等來控制鋼板墻的變形，從而保證鋼板墻的施工質量。

2.5.1 鋼板剪力墻施工操作平臺

鋼板墻結構體系焊縫錯綜復雜，分布廣，作業量大。為滿足現場施工進度要求，需要多組人員同時施焊。為保證施工作業安全，確保焊縫焊接質量，控制鋼板墻變形，特別設計了針對此類鋼板墻焊接施工的操作平臺（圖4）。此焊接操作平臺既可以滿足安全操作防護的需要，又可以重復利用，達到節約工期和成本的目的。

圖4 焊接操作平臺

2.5.2 組合鋼板墻焊接工藝

核心筒組合鋼板墻結構體系施工時，首先進行鋼骨柱的安裝焊接，形成立面框架，再進行鋼骨連梁與鋼板墻的安裝及焊接。對于2根鋼柱之間有鋼板墻并且鋼板墻需分段的區域，鋼柱及鋼板墻采用先中間后四周的焊接順序進行施工。

對于鋼板墻與鋼板墻、鋼板墻與鋼骨柱之間的通長焊縫，為避免焊接過程中的應力集中，可采用間斷跳焊后再補充焊接完整的工藝，立面焊縫由柱頂向柱底進行焊接，每間隔400 mm距離焊接長400 mm的焊縫。跳焊的每段焊縫焊接完畢后，再返回未焊接區域循環進行二次補充焊接。鋼板剪力墻兩側的焊縫分別設置1名焊工進行焊接，同時同向施焊。

2.6 其他防變形控制措施

1）在鋼板墻之間增設工藝梁和加勁肋（圖5），在樓板樓層較厚區域增加約束工藝腰梁，將相鄰的鋼板墻進行有效連接，提高鋼板剪力墻的剛度，增加鋼板剪力墻的約束力，達到控制焊接變形的目的。在鋼板墻上焊接加勁肋，通過加勁肋的焊接增加鋼板的抗彎曲性能，從而控制焊接變形。

2）通過減少鋼板剪力墻的焊接作業量來控制鋼板的變形。在寬度方向需要進行現場連接的2塊鋼板剪力墻，采用雙夾板高強螺栓連接的方式進行鉸接連接。為保證剛度要求，將雙夾板四周與鋼板墻進行現場角焊縫圍焊，將全熔透焊縫的焊接應力轉化為栓焊連接中的角焊縫焊接應力，從而減小焊接變形。

圖5 鋼板墻工藝梁及加勁肋

3）對于組合鋼板墻的焊接，在深化設計時需要對鋼板墻進行焊接變形量的計算。安裝鋼構件時，依據焊接變形量將鋼板剪力墻構件朝變形的反方向偏移一定的尺寸，從而達到控制變形量、滿足質量要求的目的。

3 結語

綠地山東國際金融中心超高層項目的核心筒鋼板剪力墻結構體系內含鋼骨柱、鋼骨梁以及鋼板墻等多種形式的組合焊接形式，核心筒鋼結構施工體量大，剪力墻結構體系焊接質量要求高。

通過關鍵工藝技術的總結，形成如下結論：合理的吊裝方案不僅可以節省成本，還可加快施工進度，是鋼結構施工全過程的關鍵；深化設計時應充分模擬施工過程，避免與其他專業發生矛盾，這是實現工程安全、節能、優質、高效的重要手段；合理的安裝焊接工藝對于工程的安全、高速、優質完成意義重大。