勁性混凝土結(jié)構(gòu)中鋼板墻與型鋼柱安裝焊接技術(shù)應(yīng)用

宋 超 謝文強(qiáng) 侯海林

1.河北工程大學(xué) 河北 邯鄲 056000

2.中建八局軌道交通建設(shè)有限公司 江蘇 南京 210046

3.河北建筑工程學(xué)院 河北 張家口 075000

4.清華大學(xué) 北京 100080

近年來，隨著城市發(fā)展，地下空間工程建設(shè)快速發(fā)展，地鐵越來越多，每條地鐵線路都包含一座車輛檢修基地。而車輛檢修基地為滿足上蓋物業(yè)樓房的開發(fā)，通常采用將型鋼加進(jìn)混凝土結(jié)構(gòu)形成勁性混凝土結(jié)構(gòu)增加承重能力，相較于普通的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在增加承重能力的同時也帶來了鋼結(jié)構(gòu)安裝、焊接難度大、焊縫質(zhì)量不能保證等困難。因鋼結(jié)構(gòu)加工一次成型的要求高，加工后不可在現(xiàn)場進(jìn)行切割，且鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件單體重量大，安裝焊接難度高。故需要在鋼結(jié)構(gòu)加工前進(jìn)行安裝優(yōu)化設(shè)計的同時，還需要在安裝及焊接過程中優(yōu)化安裝和焊接施工技術(shù)，在保證結(jié)構(gòu)質(zhì)量的同時降低施工難度。本文旨在從優(yōu)化鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計、降低現(xiàn)場吊裝安裝難度、鋼板墻和型鋼柱的現(xiàn)場焊接施工技術(shù)優(yōu)化等方面保證施工質(zhì)量，降低施工難度。

1 工程概況

圖1 雄安新區(qū)至北京大興國際機(jī)場快線項目運用庫

雄安新區(qū)至北京大興國際機(jī)場快線項目運用庫為運用庫位于場地東側(cè)，長462m，寬209m，總建筑面積61498.57m2。運用庫主體結(jié)構(gòu)墻柱為型鋼混凝土結(jié)構(gòu)，分為框架柱、型鋼柱、直型剪力墻、回型剪力墻四種，鋼柱截面主要為十字柱、H型柱及“H+T”異形柱，鋼材材質(zhì)均為Q355B。其中框架柱424個，型鋼柱113個，直型剪力墻128個，回型剪力墻111個，墻柱鋼筋總量1.5萬t，總鋼材用量15000t。鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場安裝焊接難度大，本文對鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計加工優(yōu)化、現(xiàn)場安裝技術(shù)優(yōu)化、焊縫焊接施工方法優(yōu)化等方面進(jìn)行了研究[1]。

2 鋼結(jié)構(gòu)施工難度分析

2.1 鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件組成形狀不當(dāng)造成焊接困難

本項目鋼結(jié)構(gòu)中存在大量由型鋼柱及鋼板墻組成的直行墻、回字墻、日字墻，在安裝過程中，操作空間有限，焊接難度高、安裝難度大、校核偏差大。

2.2 鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件安裝過程中臨時固定措施不當(dāng)造成安裝困難

鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件單體重量大，安裝過程中需要使用汽車吊進(jìn)行吊裝安裝，臨時固定措施不當(dāng)造成安裝偏差大，調(diào)整次數(shù)多，浪費人力物力，增加勞動成本。

2.3 橫豎向焊縫焊接施工過程中操作平臺搭設(shè)不當(dāng)造成焊接困難

鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件安裝校核完畢后，鋼板墻及型鋼柱連接處的橫豎向焊縫屬于高空作業(yè)，須同時考慮施工安全及焊縫質(zhì)量。操作平臺搭設(shè)須考慮搭設(shè)成本和后續(xù)工序施工操作空間，結(jié)合現(xiàn)場情況進(jìn)行操作平臺搭設(shè)。

3 鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計在勁性鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工過程中的應(yīng)用

3.1 鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件組成深化技術(shù)

3.1.1 存在問題

本項目鋼結(jié)構(gòu)中存在大量由型鋼柱及鋼板墻組成的直行墻、回字墻、日字墻，在安裝過程中，由于型鋼柱翼緣位置布置有間距300mm的栓釘，當(dāng)鋼板墻與型鋼柱翼緣焊接時，型鋼柱的栓釘阻礙焊接施工；當(dāng)鋼板墻與型鋼腹板焊接時，焊縫內(nèi)陷，造成焊接難度增加。對于異形柱與鋼板墻焊接的情況，焊接難度較于普通型鋼柱更是增加[3]。

3.1.2 解決方法

運用Tekla及Revit建模軟件，在前期鋼結(jié)構(gòu)深化及施工模擬期間提前介入，根據(jù)施工經(jīng)驗和現(xiàn)場實際施工情況進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，在型鋼柱上加焊一段鋼板墻，將現(xiàn)場焊接的焊縫從型鋼柱處調(diào)整至鋼板墻處，增加焊接空間，方便操作。

同時型鋼柱與加裝的部分鋼板墻的焊接在加工場內(nèi)進(jìn)行，較現(xiàn)場施工焊接難度低，焊接質(zhì)量高，能夠承受更大荷載，保證結(jié)構(gòu)的完整性。

圖2 鋼結(jié)構(gòu)安裝構(gòu)件組成示意圖

3.2 鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場安裝臨時固定技術(shù)

3.2.1 存在問題

本工程鋼結(jié)構(gòu)高度大、跨度長，需要分批次進(jìn)行安裝。安裝過程中的臨時固定措施及鋼結(jié)構(gòu)安裝測量定位尤為重要。臨時固定措施、測量定位措施不到位，不能保證焊接質(zhì)量的同時甚至?xí)砗艽蟮陌踩[患[2]。

3.2.2 解決方法

圖3 鋼板墻安裝臨時固定示意圖

圖4 型鋼柱安裝臨時固定示意圖

在鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計過程中，結(jié)合現(xiàn)場安裝經(jīng)驗，在加工過程中就加裝上臨時連接耳板，到達(dá)現(xiàn)場后，上下鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耳板使用高強(qiáng)螺栓進(jìn)行連接，起到臨時固定的目的的同時，將材料浪費降低到最小。同時還達(dá)到了可快速拆卸的目的。在保證焊接質(zhì)量的同時，降低施工難度。

同時，耳板可用作測量定位的標(biāo)靶點，測量耳板坐標(biāo)，即可確定鋼結(jié)構(gòu)軸線坐標(biāo)，降低測量難度，提高測量精度和速度，節(jié)省工期。

3.3 鋼結(jié)構(gòu)橫向焊縫焊接技術(shù)

3.3.1 存在問題

本項目鋼結(jié)構(gòu)豎向焊縫長度長、距離地面高度高、焊接難度大，若焊接過程中不能保證焊縫的連續(xù)，將會導(dǎo)致焊縫質(zhì)量下降，進(jìn)而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)質(zhì)量不達(dá)標(biāo)。如果為焊接豎向焊縫搭設(shè)盤扣架焊接平臺，將會大大增加工程量，造成材料浪費；阻礙鋼結(jié)構(gòu)的安裝，導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)碰撞盤扣架，存在較大安全隱患；還會導(dǎo)致后期鋼筋安裝操作空間小、安裝困難等問題。

3.3.2 解決方法

圖5 型鋼結(jié)構(gòu)豎向焊接平臺示意圖一

圖6 型鋼結(jié)構(gòu)豎向焊接平臺示意圖二

對于鋼結(jié)構(gòu)豎向焊縫的焊接，經(jīng)過測量后，使用角鋼焊接豎向焊接梯籠，當(dāng)進(jìn)行豎向焊縫焊接時，只需要將豎向焊接梯籠固定在鋼結(jié)構(gòu)上，工人就可以在焊接梯籠內(nèi)進(jìn)行豎向焊縫的焊接。在保證施工人員安全的同時，保證了焊接質(zhì)量。

較搭設(shè)盤扣架操作平臺，可大大降低材料浪費；并不會阻礙鋼結(jié)構(gòu)的安裝，隨焊接隨安裝，焊接完成后可隨時拆除；保證鋼筋安裝操作空間，降低安裝難度，保證安裝質(zhì)量。

3.4 鋼結(jié)構(gòu)橫向焊縫焊接技術(shù)

3.4.1 存在問題

本項目鋼結(jié)構(gòu)水平方向焊縫長度長、距離地面高度高、焊接難度大，若焊接過程中不能保證焊縫的連續(xù)，將會導(dǎo)致焊縫質(zhì)量下降，進(jìn)而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)質(zhì)量不達(dá)標(biāo)。如果為焊接水平焊縫搭設(shè)盤扣架焊接平臺，將會大大增加工程量，造成材料浪費；阻礙鋼結(jié)構(gòu)的安裝，導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)碰撞盤扣架，存在較大安全隱患；還會導(dǎo)致后期鋼筋安裝操作空間小、安裝困難等問題。

3.4.2 解決方法

對于鋼結(jié)構(gòu)橫向焊縫的焊接，根據(jù)現(xiàn)場施工情況設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)橫向焊縫焊接操作平臺，經(jīng)過測量計算鋼結(jié)構(gòu)尺寸，并排布置兩塊鋼跳板使平臺寬度不少于500mm，下方間隔2m的角鋼支撐平臺，在鋼板墻設(shè)置角鋼支撐墊片，方便角鋼支撐，平臺上方設(shè)置豎向安全立桿及兩道直徑9mm封閉鋼絲繩。安全立桿、角鋼的數(shù)量及鋼絲繩長度視焊接范圍、鋼板墻尺寸而定。既使焊接有便于操作的平臺，又保證其安全性，同時焊接質(zhì)量更優(yōu)質(zhì)。

較搭設(shè)盤扣架操作平臺，可大大降低材料浪費；并不會阻礙鋼結(jié)構(gòu)的安裝，隨焊接隨安裝，焊接完成后可隨時拆除；保證鋼筋安裝操作空間，降低安裝難度，保證安裝質(zhì)量。

圖7 型鋼結(jié)構(gòu)橫向焊接平臺示意圖

4 結(jié)語

（1）結(jié)合本工程鋼結(jié)構(gòu)形式多樣、節(jié)點復(fù)雜、鋼結(jié)構(gòu)安裝復(fù)雜、焊縫長度大的特點，提供了此類勁性鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的深化技巧與施工經(jīng)驗。

（2）通過鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計對現(xiàn)場施工的指導(dǎo)作用，降低施工難度，增加施工便利性。

（3）通過Tekla、BIM等建模軟件的可視化有點，通過優(yōu)化模型的方式在施工前對需要施工區(qū)域進(jìn)行深化設(shè)計，解決復(fù)雜節(jié)點的安裝及鋼筋與鋼結(jié)構(gòu)的碰撞問題，為其他類似工程提供寶貴經(jīng)驗。