高層雙層鋼板混凝土剪力墻施工技術

李 劍 山西八建集團有限公司

1 前言

近年來，隨著鋼板剪力墻理論的發展和工程經驗的積累，高層結構中的核心筒主體剪力墻開始采用鋼板剪力墻，以發揮鋼材高強、質輕的特點。全鋼骨組合鋼板墻，也就是整個核心筒均采用鋼板剪力墻，因此形成整體結構，最大限度地發揮鋼板剪力墻結構的整體效用。組合鋼板墻超長、焊縫多焊接量大和平面外剛度弱等特點，給鋼結構施工帶來了巨大的挑戰。傳統的“梁柱”施工方法，已經不能滿足以“面單元”整體式鋼板墻的施工，必須有進行有針對性的創新，才能有效地保障其施工質量。

2 工程概況

山西杏花村汾酒廠股份有限公司銷售中心項目，位于山西省汾陽市杏花村鎮，地下一層，地上主樓二十層，裙樓三層，總高度為89.3m，總建筑面積為45679.81m2，鋼框架中心支撐結構體系，主樓核心筒采用箱型柱+雙層鋼板混凝土剪力墻組合結構，箱型柱之間采用鋼板剪力墻連接，鋼板混凝土剪力墻結構形式為，兩側30mm、16mm、14mm鋼板，鋼板墻內側為Φ 19@200栓釘L=100mm，縱筋、水平筋鋼筋為Φ14@150，拉筋為Φ10@450mm×450mm，內灌C50混凝土，厚度為400mm、350mm，單塊鋼板寬為2050mm，高為8m，焊縫長，鋼板厚，焊接應力較大。通過研究與應用提高鋼板剪力墻焊接質量、減少施工中的應力變形、最大限度地發揮鋼板剪力墻結構的整體效用縮短了工期，節約了成本。雙層鋼板作為混凝土模板，省去了支模的程序并且加快了施工工期。

3 鋼板墻施工工藝流程

準備工作→現場定位放線→墻豎向、水平鋼筋綁扎→鋼筋與鋼筋連接板雙面焊接→鋼板墻安裝→鋼板墻豎向、水平焊縫焊接（全熔透一級焊縫）→焊縫試驗→對拉螺栓加固→混凝土澆筑。

3.1 準備工作

①構件、焊劑、連接螺栓等進場前收集資料齊全（合格證、檢驗報告、復試報告等）；構件進場后需經驗收并合格才可進行下一步工序。

②構件規格、尺寸、焊接坡口形式符合設計要求。

③防止焊接過程中應力變化引起應力變形，鋼板墻出廠前設置直徑為10cm應力孔洞（鋼板剪力墻應力釋放孔設置避開鋼板剪力墻對角線500mm寬度范圍受力較大的區域）。

④焊接設備、輔助設備、焊接人員、焊接工藝評定等工作已完成。

⑤雙層鋼板+鋼筋混凝土剪力墻施工前，前道工序隱蔽驗收合格，并要求對施工過程中的管理人員進行技術交底工作，施工管理人員并對現場安裝操作人員完成技術交底。

3.2 現場定位放線

在測控點架設全站儀放出各鋼板剪力墻的控制線，保證軸線偏差不大于規范允許值。

用水準儀和鋼尺配合標出控制50cm線，用來測定高程，必須在樓層板面標高處固定牢固，保證鋼板在澆筑混凝土前的穩定性。

3.3 墻豎向、水平鋼筋綁扎

①綁接墻立筋14@150，畫好橫筋分檔標志，在最上部、齊胸部、最下部三處分別綁扎一根水平筋，然后畫豎向筋分檔標志，在綁扎立筋時，搭接長度范圍內綁扎3扣（兩端50mm和中間處），按豎向筋分檔標志固定豎向，且必須豎直；最后綁扎水平筋14@150，水平最下部第一根鋼筋，距下層混凝土表面50mm，然后依次按水平筋間距綁扎其他水平鋼筋。因剪力墻為雙向受力筋，墻體鋼筋必須全部綁扎，嚴禁漏綁。鋼筋混凝土剪力墻必須與四周梁、板澆成整體。墻體鋼筋是雙層雙向時，水平鋼筋在外。

②距地面50mm處綁扎第一道水平筋，距柱50mm處綁扎第一道豎向鋼筋。墻水平筋端頭與鋼筋連接板的搭接長度為150mm。

③水平、豎向綁扎鋼筋搭接長度按要求施工，鋼筋接頭錯開，同一截面接頭率不大于總截面積的50%。甩出的鋼筋用橫向鋼筋臨時固定。

④墻內拉筋交錯布置，墻體鋼筋網之間設10@450拉筋。墻體拉筋按梅花形布置，拉結在鋼筋交叉點。墻拉筋一端制成135°彎鉤，一端為90°，先將拉筋套在墻上，待施工完一定部位再統一用扳手將90°彎鉤彎到135°。

3.4 鋼筋與鋼筋連接板雙面焊接

①水平、豎向鋼筋與鋼筋連接板雙面焊接長度L=150mm（HPB300鋼筋與鋼板搭接長度不應小于4倍鋼筋直徑，其他牌號鋼筋搭接長度不應小于5倍鋼筋直徑）。

②焊條：E43系列用于焊接HPB300鋼筋、Q235-B鋼板型鋼，E50系列用于焊接HRB335鋼筋、Q235-B鋼板型鋼，E55系列用于焊接HRB400熱軋鋼筋。不同材質時，焊條應與低強度等級材質匹配。

③鋼筋側連接板為16mm×150mm×120mm，鋼筋連接板加勁肋t=16mm居中布置，焊縫寬度不應小于鋼筋直徑的60%，焊縫有效厚度不應小于鋼筋直徑的35%。

3.5 鋼板剪力墻安裝

①鋼板墻吊裝到指定位置后，用焊接約束板臨時固定鋼板墻。

圖1 焊接約束板設置示意圖

圖2 焊接約束板現場圖

②防止應力變形鋼板墻外面設置橫向通長加勁肋（槽鋼背楞）約束變形扭曲。背楞從鋼板0.5m處開始設置第一道，垂直于鋼板豎向焊縫設置背楞間距為1m。背楞選用12號槽鋼。鋼板墻上口及變形較大區域需用特制千斤頂進行頂撐。

圖3 背楞現場布置

圖4 鋼板剪力墻應力孔設置

圖5 鋼板墻絲桿加固

圖6 易變形且應力較大區域現場頂撐

3.6 鋼板墻豎向、水平焊縫焊接

3.6.1 焊前清理及溫度控制

（1）焊前清理

在施焊前，先將坡口的內部以及墊于坡口的背部襯板的水泥灰渣、表面油污、氧化皮、銹蝕等雜物清理干凈。鋼板剪力墻的間隙大小應采用鋼塞尺或者平板尺檢查，鋼板剪力墻的間隙應該允許偏差：無墊板的間隙時為0.3mm，0.0mm；有墊板間隙時為+3.0mm，-2.0mm。

（2）焊前溫度控制

焊前預熱采用火焰加熱法，應該采用專用的測溫儀器測量，預熱的加熱區域在焊縫坡口兩側，寬度應大于焊件施焊處板厚的1.5倍，且不能小于100mm，火加熱器預熱時正面測溫應該在火焰離開后進行。

①焊前預熱

焊接前使用火加熱器將焊接坡口兩側的150mm范圍內進行加熱。

②層間溫度控制

多層焊接時應該采用連續施焊，每一個焊道焊接完成后及時清理焊渣和表面的殘留物。連續施焊過程中應該控制好焊接區母材溫度，使層間溫度應該控制在120℃～190℃。遇到中途斷焊的情況，采取后熱、保溫措施，再次焊接時重新預熱溫度須高于初始預熱溫度。

③后熱處理

為防止焊后殘余應力產生塑性變形等不利影響，焊接后焊縫兩側200mm范圍應使用電加熱設備將加熱至200℃～250℃，保持70min～120min。

3.6.2 鋼板剪力墻焊接順序

鋼板剪力墻焊接嚴格遵守先立后橫、由內到外的原則，焊縫應采用薄層、多道、窄道的焊接方法。長焊縫焊接法是分段跳焊法，分成很多段600mm分段焊接，臨近層焊縫搭接50mm左右，必須保證焊縫的質量。一端焊接完成后，待達到常溫后再進行另一端焊接。對橫焊縫采用從中心向兩邊對稱同時焊接的方法，焊接順序與立焊縫相同。

為保證焊接的質量，焊接一律采用CO2氣體保護焊，要求焊縫長度＞25mm，襯墊板厚度≥4mm。焊接完成后，使用火焰切割除去引弧板及引出板并修磨平整，不得使用錘擊落。

3.6.3 焊后的校正檢查

鋼板剪力墻焊接完成之后應使電加熱器留置一段時間去進行環冷，待焊縫處冷卻后使電加熱板拆除，再將臨時的連接板割除。切割時，臨時連接板需留出5mm的富余量，避免傷害母材。之后應采用上述測量方法進行測量，針對部分變形較大構件采用火焰校正進行糾偏，與設計數值進行對比，加熱矯正的同時與外力矯正結合，達到理想的矯正效果，利用不均勻的加熱使結構獲得反向的變形來補償或抵消原來的焊接變形。火焰矯正的時候，加熱點冷卻可以采用自然冷卻和水冷卻。采用水火矯正法能夠使結構矯正收效快，并可以讓矯正量大于自然冷卻的矯正量。

3.7 焊縫質量檢測

①焊后清理與檢查：焊接完成后應及時清除飛濺物與焊渣，清洗干凈后，用放大鏡和焊縫量規對焊縫外觀進行檢查，焊縫外觀質量應滿足一級焊縫外觀質量的要求，不得有未熔合、凹陷、氣孔、咬邊、裂紋等缺陷，并做好焊后的自檢記錄，自檢合格后鑒上操作焊工的編號鋼印，鋼印應該鑒在接頭中部距焊縫縱向的50mm處，為防止出現裂源應嚴禁在邊沿處鑒印。

②焊縫的無損檢測：冷至常溫≥24h后的焊件，應進行無損檢驗，檢驗方式應為UT檢測，檢驗標準應該符合GB11345《鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結果分級》和JG/T203《鋼結構超聲波探傷及質量分級法》規定的檢驗等級并出具探傷報告。

③自檢合格后，通知監理和業主，組織第三方監督檢測和抽檢。

圖7

3.8 對拉螺栓加固

為確保混凝土澆筑過程中，混凝土外力引起鋼板墻的變形，在提前留設好的應力釋放孔處用對拉螺栓進行加固。用DN32鍍鋅管作為套管與鋼板剪力墻同厚，制作邊長15cm正方形鋼板墊片，用27號絲桿進行雙向螺栓連接并加固擰緊。

圖8

3.9 混凝土澆筑

①墻、柱澆筑前底部要先填5cm～10cm厚與混凝土配比相同的減石子砂漿，混凝土分層澆筑振搗，使用插入式振搗器每層厚度不大于50cm，振搗棒不應觸動鋼筋及預埋件。

②剪力墻、柱混凝土強度等級比梁、板混凝土強度等級高，混凝土澆筑時要先澆筑剪力墻、柱，后澆筑梁、板。

③柱、墻高在2m之內，在頂部直接用灰澆筑，超過2m，應安裝斜溜槽分段澆筑，每段高度不得超過2m。

④柱混凝土、墻應一次澆筑施工完畢，如需要留施工縫時應留在主梁的下面，在與梁板整體澆筑時，應在柱澆筑和墻完畢后停歇1h～1.5h，使其初步沉實在，再繼續澆筑。

4 結束語

雙層鋼板+鋼筋混凝土剪力墻施工技術與傳統純鋼板剪力墻相比，此種組合剪力墻的抗剪承載力顯著提高，通過合理設計可以避免鋼板和混凝土板在小、中地震后的維修，還可以避免鋼板屈曲帶來的巨大噪聲。雙層鋼板＋鋼筋混凝土剪力墻中雙層鋼板作為混凝土模板，省去了支模程序，加快施工工期，具有承載力高、延性好、施工快捷、剛度大、抗火性好等優點。此種綜合性能優越的結構形式，具經濟性、安全、環保、結構簡單，耐用等優點，若本項目的研究成果于應用同類型工程，將會產生很好的經濟效益與社會效益。