鋼板混凝土剪力墻內(nèi)的勁性鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

上海市機械施工集團有限公司 上海 200072

1 工程概述

近年來，國內(nèi)一些高層、超高層建筑中采用了鋼板混凝土剪力墻，有些設(shè)置在核心筒底部加強區(qū)，有些可自下而上連續(xù)布置，有效地增強了建筑結(jié)構(gòu)整體抗側(cè)剛度，改善了抗震性能[1]。

鋼板混凝土剪力墻體系內(nèi)，鋼骨結(jié)構(gòu)一般由內(nèi)嵌單層或雙層鋼板、豎向邊緣構(gòu)件（鋼骨柱和豎向肋板）、水平邊緣構(gòu)件（鋼梁和水平肋板）組成（圖1），具有較大的初始剛度、變形能力和良好的塑性性能[2-4]。

這類結(jié)構(gòu)的施工要充分考慮鋼結(jié)構(gòu)和混凝土之間的關(guān)系、鋼板安裝時精度和變形的控制，以及一些其他特殊要求等。

2 施工重點

（a）由底部而起的豎向邊緣構(gòu)件和內(nèi)嵌鋼板，在與基礎(chǔ)底板連接時通常采用預(yù)埋地腳螺栓的方式，地腳螺栓直徑越大、數(shù)量越多，則施工難度越大[5]。關(guān)鍵是如何確保地腳螺栓預(yù)埋的精度和基礎(chǔ)澆注混凝土時螺栓的穩(wěn)定。

（b）鋼板和勁性柱在吊裝時需要慎重考慮的問題有構(gòu)件的長度、寬度除了影響制作運輸外，更重要的是分段組合要有利于提高構(gòu)件的剛度。此外需要考慮到沿豎向布置的剪力墻鋼板對接的臨時穩(wěn)定，以使其不在自身平面內(nèi)發(fā)生安裝時的錯位，同時確保臨時連接牢固；鋼板安裝與鋼筋混凝土剪力墻施工之間的工序協(xié)調(diào)。

（c）鋼板與鋼柱的對接通常采用螺栓或焊接的方式、鋼板分段上下的對接則采用焊接，問題是鋼板與鋼柱豎向連接采用高強螺栓連接方式，如何能夠確保兩側(cè)螺栓群完全順利穿孔，長度方向鋼板對接的焊縫采取怎么樣的工藝才能保證變形較小是施工重點。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 地腳螺栓

結(jié)構(gòu)用地腳螺栓由螺桿、墊片、緊固螺母和止退螺母組成，如果在構(gòu)件下有灌漿要求，則還配置調(diào)整墊片和調(diào)節(jié)螺母[6]。在材質(zhì)上一般采用Q235和Q345兩種鋼材，Q345鋼材的強度大，但在制作螺母的絲扣時卻相對不易。螺栓直徑、構(gòu)造、埋深選擇與其承受的剪力、拉力等受力狀態(tài)有關(guān)，埋深通常為其直徑的25 倍。結(jié)構(gòu)上常用的埋置式地腳螺栓為保證地腳螺栓不被拔出破壞，一般在端部會構(gòu)做出鉤式（彎鉤和直鉤）、爪式和錨板式等構(gòu)造。當螺桿直徑較大、埋深較深，基礎(chǔ)內(nèi)鋼筋密集，采用錨板式更有利于現(xiàn)場埋設(shè)（圖2）。

圖2 剪力墻鋼板地腳螺栓配置

地腳螺栓的埋設(shè)分為預(yù)埋和預(yù)留孔法2 種方法，通常結(jié)構(gòu)用埋置式地腳螺栓采用預(yù)埋方式較多。上部勁性鋼柱和剪力墻鋼板的安裝精度與地腳螺栓精度有著密切的聯(lián)系，特別是預(yù)埋后的穩(wěn)定，在受到混凝土澆灌的沖擊時也能夠保證其垂直度和位移在偏差標準之內(nèi)，實際控制要求見表1。

表1 某工程地腳螺栓安裝偏差實際控制要求

在放置前，有必要在信息模型中復(fù)核地腳螺栓定位與鋼筋排布的關(guān)系，特別應(yīng)注意錨板大小與鋼筋間距的關(guān)系。為保證地腳螺栓的穩(wěn)定，在結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)內(nèi)設(shè)置剛性支架是必要的。支架有多種形式，但其構(gòu)成主要有豎向支撐框架和螺栓定位框架2 部分。當?shù)啬_螺栓預(yù)埋在大底板基礎(chǔ)內(nèi)時，可以將支撐框架由墊層上立起，特點是穩(wěn)固但措施用鋼量大。當?shù)啬_螺栓預(yù)埋在混凝土梁等結(jié)構(gòu)內(nèi)，可以直接將定位框架與梁主筋固定（圖3）。

圖3 剪力墻鋼板地腳螺栓固定示意

地腳螺栓安裝完畢后，在澆灌混凝土前進行隱蔽工程驗收和辦理交接手續(xù)。

3.2 勁性結(jié)構(gòu)和鋼板的吊裝

埋設(shè)在鋼板剪力墻內(nèi)的勁性鋼結(jié)構(gòu)由邊緣構(gòu)件和鋼板組成，邊緣構(gòu)件包括與鋼板連接的鋼骨柱、鋼梁或肋板等。鋼板厚度15～100 mm不等，鋼板表面焊有栓釘增加與混凝土的連接，增強整體受力性能。

鋼板和邊緣構(gòu)件分段吊裝應(yīng)考慮充分發(fā)揮起重機械的性能，減少吊裝次數(shù)和連接接點。原則是當鋼骨柱本體剛度較大，并且水平邊緣構(gòu)件為鋼梁時，可考慮將柱、梁、板形成整體安裝，高度取用一般單層高4～5 m，雙層高在8～10 m，這樣避免運輸和吊裝造成的鋼板變形，分段高度的選擇需要協(xié)調(diào)土建澆注板墻混凝土的施工工藝，避免混凝土灌入深度過大[7]。當豎向邊緣鋼骨柱剛度較差，單幅墻內(nèi)鋼板較長，則宜分開安裝。針對單幅鋼板易變形的情況，在設(shè)計時應(yīng)積極溝通增加鋼板的縱橫加勁肋板，并根據(jù)結(jié)構(gòu)情況明確縱橫肋板的互相貫通方式，即縱向貫通或水平貫通。

單幅鋼板吊裝，鋼板由平躺的狀態(tài)轉(zhuǎn)向豎直吊裝時是變形發(fā)生的階段，施工前根據(jù)建模分析鋼板起扳時的變形情況，決定是否需要增加臨時豎向和水平加強措施，加強鋼板平面外剛度。臨時的加強措施為多用槽鋼設(shè)置在鋼板兩側(cè)，槽鋼的規(guī)格視計算結(jié)構(gòu)選用。有的鋼板其本身加勁肋的作用明顯，鋼板起扳時變形情況很小。吊裝時根據(jù)鋼板長度用2 點或4 點吊裝，在吊點位置應(yīng)設(shè)置加強肋，并最好對準豎向加勁肋或加強措施（圖4）。

圖4 剪力墻鋼板吊裝示意

3.3 邊緣構(gòu)件與單幅鋼板的連接

分段后，單幅鋼板與鋼板、鋼骨柱與鋼板安裝后需要進行現(xiàn)場連接施工[8]?，F(xiàn)場安裝有臨時螺栓固定連接，而正式連接方式有焊接和高強螺栓2 種。

分段安裝時，每層鋼板宜向上預(yù)留500～1 000 mm作為水平連接段，此處通常采取焊接對接的方式。連接段的預(yù)留高度在保證焊接空間的前提下，要充分協(xié)調(diào)剪力墻板的豎向鋼筋間距和搭接長度。處理方式一是預(yù)留高度高于鋼筋搭接長度；二是采取鋼筋長短間隔布置，至少保證留有分段分層退焊的操作空間。

上下2 層鋼板的對接可設(shè)置裝配孔進行上下邊的臨時固定和標高調(diào)節(jié)，裝配孔間距不宜太大，以免起不到固定和限位作用，造成鋼板安裝后的變形，可每隔1.5～2 m設(shè)置1 道，該措施能夠較好地起到臨時固定和控制標高的效果。鋼板兩側(cè)豎向分段連接，當采用螺栓時可均勻分布地穿入1/3數(shù)量的臨時螺栓固定，如果采用焊接則可間隔1.5 m左右設(shè)置側(cè)向限位板，即可較好起到穩(wěn)定和防止安裝錯位的作用（圖5）。

圖5 剪力墻鋼板對接臨時固定示意

臨時裝配完成后，進入永久連接施工階段。對水平和豎向全部采用焊縫連接方式的情況下，為減少焊接變形和應(yīng)力，焊接順序和焊接工藝尤其重要，工程實際中遵循如下原則取得了較好的效果：逐條焊接、先焊接長焊縫、再焊接短焊縫，不宜2 條對稱的焊縫同時施焊；可焊接1 條豎向焊縫，然后焊接1 條水平焊縫，再焊接1 條豎向焊縫這樣的方式，在位置上錯開施焊；焊接剪力墻鋼板一般都是長達3～4 m的焊縫，甚至更長，單條焊縫宜分多段同時開焊，每段多層多道焊。CO2氣體保護焊的使用能大大減少焊接線能量的輸入、焊接熱影響區(qū)和焊接變形，特別是對減少波浪變形很有效。波浪變形對鋼板安裝和對接、鋼筋和模板施工影響最大，當產(chǎn)生波浪變形時，需要采取釋放一定的邊緣接口，并以點狀、線狀或三角形加熱進行火工矯正。

當鋼板兩側(cè)采用高強螺栓連接方式時，在施工中須特別關(guān)注高強螺栓的穿孔率，保證高強螺栓在鋼板安裝后能夠100%穿入，同時盡量減少焊接應(yīng)力對螺栓的影響。工程實際中，常用“臨時固定、先焊后栓”的方式，此方法可以保證螺栓的穿孔率，但焊接也會對螺栓造成一定的附加應(yīng)力。如果完全釋放，則焊后一旦產(chǎn)生變形導(dǎo)致對接孔錯位超過螺栓孔徑余量（一般1.5～2 mm），則嚴格意義上螺栓無法穿入。我們借鑒國外規(guī)范和標準，采用擴大孔和長圓孔裝配方式，配置了相應(yīng)規(guī)格的墊圈等配件，并進行了相關(guān)試驗，證明在原有摩擦系數(shù)條件下此方式能夠滿足設(shè)計承載要求，并得到了設(shè)計的認可，運用到了實際工程中（圖6）。

圖6 剪力墻鋼板對接臨時固定示意（局部）

4 結(jié)語

鋼板剪力墻結(jié)構(gòu)越來越多地出現(xiàn)在超高層建筑中，因此成熟而有效的施工工藝對提升工程的質(zhì)量和施工效率是非常有實際意義的。通過對以往工程實際的分析總結(jié)，剪力墻鋼板的安裝質(zhì)量高低，不僅直接影響結(jié)構(gòu)的安全，在施工上也會對鋼筋混凝土和模板工程造成影響。預(yù)埋在基礎(chǔ)中的地腳螺栓是施工中保證鋼板精度的第一道工序，鋼板的吊裝穩(wěn)定和變形控制是第二道工序，最終焊接和高強螺栓連接施工則是關(guān)鍵的最后道工序。每道工序必須有相應(yīng)的分析和技術(shù)措施來保證工程質(zhì)量的達標。