钢板混凝土剪力墙内的劲性钢结构施工技术.pdf

钢板混凝土剪力墙内的劲性钢结构施工技术 唐葆华 上海市机械施工集团有限公司 上海2 0 0 0 7 2 摘要：国内越来越多的高层、超高层建筑采用了钢板混凝土剪力墙结构。从钢板墙组成、地脚螺栓的埋设、钢板的吊 装和稳定、钢板的焊接和螺栓连接工艺等方面阐述了钢板剪力墙内劲性钢结构的施工技术，并对该类结构施工重点进 行 了归纳和小结 关键词：钢板剪力墙 地脚螺栓 钢板吊装 高强螺栓连接 焊接变形 中圈分类号 ： T U 7 5 6 文献标识码：B 文章编号：1 0 0 4 1 0 0 1 ( 2 0 1 4 ) 0 4 - 0 3 5 3 0 3 Co n s t r u c t i o n T e c h n o l o g y f or St iff S t e e l S t r u c t u r e i n St e el Pl a t e Co n c r e t e Sh e a r W a l I T an g Ba ohu a S h a n g h a i Me c h a n iz e d Co n s t r u c t i o n Gr o u p Co ， L t d Sh a n g h a i 2 0 0 0 7 2 Ab s t r a c t ：T h e s t e e l p l a t e s h e ar wa ll s t r u c t u r e h a s b e e n u s e d mo r e f r e q u e n t l y in d o me s t ic h igh - r i s e a n d s u p e r h i g h - r i s e b u i l d i n g s Fr 0 m t h e a s p e c t s o f t h e ma t e r ia l s ma d e u p i n t h e s t e e l p l a t e wa l l ， t h e e mb e d me n t o f a n c h o r b o lt s ， t h e s t e e l p la t e h o i s t i n g a n d s t a b i li z in g ， a n d t h e t e c h n olo g ie s f o r t h e s t e e l p la t e we ld i n g a n d a n c h o r b o l t c o n n e c t ion ， t h i s p a p e r e l a b or a t e d t h e c o n s t r u c t io n t e c h n o l o g y f o r t h e s t i ff s t e e l s t r u c t u r e i n t h e s t e e l p la t e s h e a r wa ll s ， wh ic h als o s u mma r i s e d t h e k e y p oi n t s o f s u c h s t ruc t u r a I c o n s t r u c t i o n K e y wo r d s ： s t e e l p l a t e s h e a r wa l l a n c h o r b o lt s t e e l p l a t e h o is t i n g we ld i n g a n d c o n n e cti n g o f h ig h s t r e n g t h b o l t s we l d i n g d e f o r ma t i o n 1 工程概述 近年来 ，国内一些高层、超高层建筑 中采用了钢板混 凝土剪力墙 ，有些设置在核 心筒底部加强区，有些可自下 而上连续布置 ，有效地增强了建筑结构整体抗侧刚度 ，改 善了抗震性能 。 钢板混凝土剪力墙体 系内，钢骨结构一般由内嵌单层 或双层钢板、竖向边缘构件 ( 钢骨柱和竖 向肋板 ) 、水平 边缘构件 ( 钢梁和水平肋板 ) 组成 ( 图1 )，具有较大的初 始刚度 、变形能力和良好的塑性性能 。 这类结构 的施工要充分考虑钢结构和混凝土之间的关 系、钢板安装时精度和变形的控制，以及一些其他特殊要 求等。 2 施 工重点 ( a )由底部而起的竖向边缘构件和 内嵌钢板 ，在与基 础底板连接时通常采用预埋地脚螺栓的方式 ，地脚螺栓直 径越大 、数量越 多，则施工难度越大 。关键是如何确保 地脚螺栓预埋的精度和基础浇注混凝土时螺栓的稳定。 作者简介 ：唐葆华 ( 1 9 5 9 一)，男，本科，高级工程师，副总裁。 通讯地址：上海市闸北区洛川中路7 0 1 号 ( 2 0 0 0 7 2 )。 收稿 日期：2 01 4 - 0 2 2 8 图1地 下结构部分钢板混凝土剪力墙分布 外翼墙钢板 ( b) 钢板和 劲性柱在 吊装时需要慎重考虑 的问题有 构件的长度 、宽度 除了影 向 制作运输外 ，更重要的是分段 组合要有利于提高构件的刚度。此外需要考虑到沿竖 向布 置的剪力墙钢板对接的临时稳定 ，以使其不在 自身平面内 发生安装时的错位 ，同时确保临时连接牢固 ；钢板 安装与 钢筋混凝土剪力墙施工之间的工序协调。 ( C ) 钢板与钢柱 的对接通常采用螺栓或焊接的方式、 钢板 分段上下的对接则采用焊接 ，问题是钢板与钢柱竖向 连接采用高强螺栓连接方式 ，如何 能够确保两侧螺栓群完 全顺利穿孔 ，长度方向钢板对接的焊缝采取 怎么样 的工艺 才能保证变形较小是施工重点。 2 0 1 4 4 B词 d c0 n s t r u c 廿o n l 3 5 3 3 关键技术 3 1 地脚螺栓 结构用地脚螺栓由螺杆、垫片、紧固螺母和止退螺母 组成 ，如果在构件下有灌浆要求 ，则还配置调 整垫片和调 节螺母 。在材质上一般采用Q 2 3 5 3 Q 3 4 S 两种钢材 ，Q 3 4 5 钢材 的强度大 ，但在制作螺母 的丝扣时却相对不易。螺栓 直径、构造、埋深选择与其承 受的剪 力、拉力等受力状态 有关，埋深通常为其直径的2 5 倍 。结构上常用的埋置式地 脚螺栓为保证地脚螺栓不被拔出破坏 ，一般在端部会构做 出钩式 ( 弯钩和直钩 ) 、爪式和锚板 式等构造。 当螺杆直 径较大 、埋深较深，基础 内钢筋密集 ，采用锚板式更有利 于现场埋设 ( 图2)。 图2 剪力墙钢板地脚螺栓配置 地脚螺栓的埋设分为预埋和预 留孔法2种 方法 ，通常 结构用埋置式地脚螺栓采用预埋方式较多。上部劲性钢柱 和剪力墙钢板 的安装精度与地脚螺栓精度 有着 密切的联 系 ，特别是预埋后的稳定 ，在受到混凝土浇灌的冲击时也 能够保证其垂直度和位移在偏差标准之内，实际控制要求 见，表 1 。 表1 某工程地脚螺栓 安装偏差实 际控制要求 项 目 允许偏差I m m 地脚螺栓 螺栓中心偏移 螺纹露出长度 螺栓垂直度 4 0 0 3 0 O O 2 0 O 在放 置前 ，有 必要在信 息模 型 中复核地脚 螺栓定 位 与钢筋排布 的关系，特别应注意锚板大小与钢筋间距 的关 系。为保证地脚螺栓 的稳定 ，在结构基础 内设置刚性支架 是必要的。支架有多种形式 ，但其构成主要有竖向支撑框 架和螺栓定位框架2部分。当地脚螺栓预埋在大底板基础 内时，可以将支撑框架由垫层上立起 ，特点是稳固但措施 用钢量大。当地脚螺栓预埋在混凝土梁等结构内，可以直 接将定位框架与梁主筋固定 ( 图3) 。 3 5 4l 建 筑 施 工第 3 6 卷第 4 期 混凝土浇筑宠毕后拆除 1 6 定位钢筋 图3 剪力墙钢板地脚螺栓 固定示意 地脚螺栓安装完毕后 ，在浇灌 混凝土前进行 隐蔽工程 验收和办理交接手续。 3 2 劲性结构和钢板的吊装 埋 设在 钢板 剪力墙 内的劲性钢 结构 由边缘构件和 钢 板组成 ，边缘构件包括 与钢板连接的钢骨柱 、钢梁或肋板 等。钢板厚度 1 5 1 0 0 mm不等 ，钢板表面焊有栓钉增加与 混凝土的连接，增强整体 受力性能。 钢板和边缘构件分段 吊装应考虑充分发挥起重机械的 性能 ，减 少吊装次数和连接接点。原则是当钢骨柱 本体刚 度较大 ，并且水平边缘构件为钢梁时 ，可考虑将柱 、梁、 板形成整体安装 ，高度取用一般单层高45 m，双层高在 8 1 O m，这样避免运输和吊装造成 的钢板变形，分段高度 的选择需要协调土建浇注板墙混凝土的施工工艺，避免混 凝土灌入深度过大 。 当竖向边缘钢骨柱 刚度较差 ，单幅 墙 内钢板较长，则宜分开安装。针对单幅钢板易变形的情 况，在设计时应积极沟通增加钢板 的纵横加劲肋板 ，并根 据结构情况明确纵横肋板的互相贯通方式，即纵向贯通或 水平贯通。 单幅钢板 吊装 ，钢板 由平躺的状态转向竖直吊装时是 变形发生的阶段 ，施工前根据建模分析钢板起扳 时的变形 情况 ，决定是否需要增7 J n l l 时竖向和水平加强措施 ，加强 钢板平面外刚度。临时的加强措施为多用槽钢设置在钢板 两侧 ，槽钢 的规格视计算结构选用。有的钢板其本身加劲 肋的作用明显 ，钢板起扳时变形情况很小。吊装时根据钢 板长度用2点或4点吊装 ，在 吊点位置应设置加强肋，并最 好对准竖向加劲肋或加强措施 ( 图4) 。 图4 剪力墙钢板 吊装示意 3 3 边缘构件与单幅钢板的连接 分段后 ，单幅钢板与钢板、钢骨柱与钢板安装后需要 进行现场连接施工 。现场安装有临时螺栓固定连接 ，而 正式连接方式有焊接和高强螺栓2 种。 分段安装时，每层钢板宜向上预 留5 0 0 1 0 0 0 mm作 为水平连接段 ，此处通常采取焊接对接的方式。连接段的 预留高度在保证焊接空间的前提下 ，要充分协调剪力墙板 的竖向钢筋间距和搭接长度。处理方式一是预留高度高于 钢筋搭接长度 ；二是采取钢筋长短 间隔布置 ，至少保证 留 有分段 分层退焊的操作空间。 上下2层钢板 的对接可设置装配孔进行上下边的临时 固定和标高调节 ，装配孔间距 不宜太大 ，以免起不到固定 和 限位作用，造成钢板安装后 的变形 ，可每隔1 52 m设 置1道 ，该措施能够较好地起到临时固定和控制标高的效 果 。钢板 两侧竖 向分段 连接 ，当采用螺栓 时可均匀分布 地穿入1 3 数量的临时螺栓 固定 ，如果采用焊 接则可 间隔 1 5 m左右设置侧向限位板 ，即可较好起到稳定和防止安装 错位的作用 ( 图5 ) 。 ： ： ： ： ： 图5 剪力墙钢板对接临时固定示意 临时装配完成后，进入永久连接施工阶段。对水平和 竖 向全部采用焊缝连接方式的情况下 ，为减少焊接变形和 应力，焊接顺序和焊接工艺尤其重要 ，工程实际中遵循如 下原则取得了较好 的效果 ：逐条焊接、先焊接长焊缝 、再 焊接短焊缝，不宜2条对称的焊缝同时施焊 ：可焊接1 条竖 向焊缝 ，然后焊接1条水平焊缝 ，再焊接1条竖 向焊缝这 样的方式 ，在位置上错开施焊 ；焊接剪力墙钢板一般都是 长达34 m的焊缝 ，甚至更长，单条焊缝宜分多段 同时开 焊 ，每段多层多道焊。C O 气体保护焊的使用能大大减少焊 接线能量的输入、焊接热影响区和焊接变形，特别是对减 少波浪变形很有效。波浪变形对钢板安装和对接、钢筋和 模板施工影响最大，当产生波浪变形时 ，需要采取释放一 定的边缘接口，并 以点状、线状或三角形加热进行火工矫 正 。 当钢板两侧采用高强螺栓连接方式时 ，在施工 中须特 别关注高强螺栓的穿孔率 ，保证高强螺栓在钢板 安装后能 够1 0 0 穿入，同时尽量减少焊接应力对螺栓的影响。工程 实际中，常用 “ 临时固定 、先焊后栓 ”的方式 ，此方法可 以保证螺栓 的穿孔率 ，但焊接也会对螺栓造成一定的附加 应力。如果完全释放 ，则焊后一旦产生变形导致对接孔错 位超过螺栓孔径余量 ( 一般 1 52 mm )，则严格意义上 螺栓无法穿入。我们借鉴国外规范和标准 ，采用扩大孔和 长 圆孔装配方式 ，配置了相应规格 的垫圈等配件 ，并进行 了相关试验 ，证 明在原有摩擦系数条件下此方式能够满足 设计承载要求，并得到 了设计的认可 ，运用到了实际工程 中 ( 图6)。 图6 剪力墙钢板对接临时 固定示意 ( 局部 ) 4 结语 钢板剪力墙结构越来越 多地出现在超高层建筑 中，因 此成 熟而有效的施工工艺对提升工程 的质量和施工效率是 非常有实际意义的。通过对以往工程实际的分析总结 ，剪 力墙钢板的安装质量高低 ，不仅直接影 向 结构 的安全 ，在 施工上也会对钢筋混凝土和模板工程造成影 向 。预埋在基 础中的地脚螺栓是施工中保证钢板精度 的第一道工序 ，钢 板的 吊装稳定和变形控制是第二道工序 ，最终焊接和高强 螺栓连接施工则是关键的最后道 工序。每道工序必须有相 应的分析和技术措施来保证工程质量的达标。 0 0 0 0 【 1 】李峰钢板剪力墙抗震 生 能的试验与理论研究 D 西安： 西安建筑 科技大学， 2 0 1 1 2 李峰 李戈钢 板剪力墙性能研究评述忉平顶山工学院学报， 2 o o 8 ) ： 6 8 - 6 9 3 1李宁 ， 李黎 明 基于A NS Y S 的某钢板剪力墙高层工程设计研究 J 科技创新导报， 2 0 1 3 ( 3 1 ) ： 2 2 4 刘天龙， 王先铁， 马尤苏夫钢板剪力 墙 中 梁所受剪力修正计算方法叨 钢结构 2 0 1 3 ( 1 2 ) ： 1 3 1 7 5 王启 劲性钢结构施工技术研究 J 山西建筑，2 0 1 2 ( 5 ) ： 9 1 9 3 6 赵旭光， 张自山 ， 李学志 劲性钢结构塔吊 基础设计与施工成套技术叨 天津建设科技， 2 0 0 7 ( 3 ) ： 2 3 7 罗赤守陈星，叶群英， 等广州名盛广场结构新技术设计及应用 J 2 0 0 6 ( S 1 ) ： 9 2 - 9 4 ， 1 2 9 8 郭广凯 论钢结构焊接变形的矫ff - J 中国建筑金属结构， 2 0 1 3 ( 1 2 ) ： 1 3 I 2 0 1 4 4 B u il d i n g C o n s t r u c t i o n l 3 5 5