劲性钢板墙施工工法

'劲性钢板墙施工工法中建八局第四建设有限公司荣彤、李法国、张宝利、李俊清、吴鑫1、前言任何一种建筑材料都有其长处和短处。如混凝土的抗压性能好但不能抵抗拉力；钢材虽然抗压强度相同，但受压时常取决于其稳定承载力，强度不能充分利用。为了充分发挥混凝土和钢材这两种材料的长处，克服其短处，把它们组合起来形成一个构件而共同工作是较好的办法。其中，以型钢-混凝土组合梁和钢管混凝土柱是最佳选择。随着超高层建筑的不断涌现，型钢-混凝土柱、型钢-混凝土梁、型钢-混凝土剪力墙等结构形式层出不穷。目前型钢-混凝土柱、型钢-混凝土梁等技术已经较为普遍。但是，通过技术查新型钢-混凝土组合结构在剪力墙应用在国内尚无先例，只是在理论研究上多次出现。广州天建花园商住小区B-1栋酒店和B-2栋住宅工程，为增加建筑物使用面积，同时不减少建筑物现有高度，在酒店1F～5F、20F～28F；住宅1F～4F、17F～23F首次采用型钢-混凝土剪力墙结构形式。在剪力墙中加设35㎜厚钢板，用来提高剪力墙的承载能力和抗剪性能。该工程建筑面积㎡，建筑高度155.8m。剪力墙厚度200㎜～600㎜，长度2.3m～9.6m，层高3.5m～8m,混凝土强度等级C60。本工法的编制是通过此工程实践总结而成的。2、工法特点本工法所述的型钢-混凝土组合剪力墙（以下简称钢板墙），是在剪力墙墙体内加设一道钢板，钢板表面焊接抗剪连接件，与原墙体钢筋共同受力而形成整体组合结构。与普通剪力墙结构及全钢结构相比具有自重低、抗剪性能强、承载力高、造价降低20～30％等优点，是今后超高建筑（摩天大厦）的发展方向之一。本工法本着经济、合理、安全、易行、快速的原则，实现了工程质量、工期进度、经济效益三者的最大化。3、适用范围本工法适用于型钢-混凝土组合剪力墙结构施工。4、工艺原理 利用钢材承载力大、抗剪性能好、重量轻等特性，在普通剪力墙中增设一道定型钢板，与原有墙体钢筋一同浇筑混凝土。在不增加墙体厚度的情况下，使墙体的承载力和建筑物的抗震能力有极大提高。5、施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺：施工准备→钢板放样、加工→钢板定位→钢板吊装组合→钢板固定→钢板焊接→对拉螺栓安装焊接→墙体钢筋绑扎及暗柱、暗梁钢筋处理→墙体模板安装、加固→混凝土浇注施工→拆模养护5.2施工操作要点5.2.1施工准备1）认真进行图纸会审，领会设计意图，编制专项施工方案，并组织专家对施工方案进行可行性分析、论证和焊接工艺评定；2）对现场施工人员进行进行详细的技术交底，特别是有关节点做法。3）组织施工人员进行技术培训和安全技术交底工作。5.2.2定型钢板、加工依据吊装设备不同吊臂长度下的吊装能力，确定单片钢板尺寸。单片钢板重量不得超过相应工况下吊车起重能力。可绘制现场吊车吊运范围的示意图，测量钢板墙在不同位置的吊臂长度，计算其吊运能力。（见图5.2.2）5.2.2剪力墙钢板吊装工况分析示意图 减少钢板的焊缝长度是保证钢板在焊接过程中降低翘曲变形主要手段，钢板尺寸可按高度每2m为一段、长度依据墙体长度和吊车吊运能力合理裁割。依据施工方案提供模板对拉螺栓直径、间距和暗梁、暗柱箍筋具体位置，在钢板出厂前完成钢板表面钻孔和焊接肋板焊接，便于现场调整。型钢板边缘直接加工出用于焊接施工的焊角坡口，角度参照下表：表5-1坡口焊角度参照表序号材质试件厚度t（mm）试件长度L（mm）试件宽度B（mm）垫板尺寸B1×t1坡口尺寸（mm）角度（a）钝边（mm）间隙（mm）1Q235B3560025040×847.5262Q345B1660025040×847.52634060025040×847.526钢结构设计图纸审核合格后，由专业钢结构加工企业按图纸要求进行钢构件制作。5.2.3型钢板定位钢板面长边必须在楼层地板上固定牢固，保证钢板在混凝土浇筑前的稳定性。于钢板起始标高处埋设预埋件。见下图：5.2.3-1钢板起始标高处埋设预埋件的剖面图5.2.3-2钢板安装平面图5.2.3-3埋件大样图5.2.4型钢板吊装吊运前首先对加工制作完成的钢板板面按设计要求进行栓钉及端头板焊接。然后对钢板依据不同位置进行编号，按顺序进行吊装、拼接。 5.2.4钢板安装立面图5.2.5型钢固定对每块钢板要拉设缆风绳做为临时固定。揽风绳可选用不小于Φ14的钢丝绳，拉结间距不大于2m。如下图：5.2.5-1第一块钢板安装，并拉设缆风绳稳固5.2.5-2A—A剖面图5.2.5-3钢板墙现场实体照片 5.2.6型钢板焊接（1）、对校正合格后得钢板依次进行水平缝及竖向缝焊接。厚板焊接采用根部手工焊封底、半自动焊中间填充、面层手工焊盖面的焊接方式。带衬板的焊件全部采用CO2气体保护半自动焊焊接。每一层高最后一块钢板要求突出下一层的楼面上1～2m，便于下一层钢板的拼接施工。（2）、施焊前准备工作：①电流调试：手工电弧焊不得在母材和组对的坡口内进行，可在试弧板上分别做短弧、长弧、正常弧长试焊，并核对极性。CO2气体保护焊可在试弧板上分别做焊接电流和电压、收弧电流和收弧电压对比调试。②气体检验：核定CO2气体流量、送气时间、滞后时间、确认气路无阻滞、无泄露。③焊接材料：现场焊接施工所需的焊接材料和辅材，均应有质量合格证书，施工现场设置专门的焊材存储场仓库，进行分类保管。领用人员领取时需核对焊材的质量合格证、牌号、规格。焊条使用前均需要进行烘干处理。④正式施焊前应清除定位焊焊渣、飞溅等污物。定位焊点与收弧处必须用角向磨光机修磨成缓坡状且确认无未熔合、收缩孔等缺陷。（3）、焊接条件：①手工电弧焊作业风力大于5m/s和CO2气体保护焊作业风力大于2m/s时，未设置防风棚或没有防风措施的部位严禁施焊作业。阴雨天气露天严禁进行焊接施工。②厚板焊接施工时，需对焊口两侧区域进行预热，宽度为1.5倍焊件厚度以上，且不小于100mm。当外界温度低于常温时，应提高预热温度15～25℃。③若焊缝区空气湿度大于85％，应采取加热除湿处理。（4）、焊接操作：打底层：在焊缝起点前方50mm处的引弧板上引燃电弧，然后运弧进行焊接施工。熄弧时，电弧不允许在接头处熄灭，而是应将电弧引带至超越接头处50mm的熄弧板熄弧，并填满弧坑，运弧采用往复式运弧手法，在两侧稍加停留，避免焊肉与坡口产生夹角，达到平缓过度的要求。填充层：施焊前清除首层焊道上的凸起部分及引弧造成的多余部分，清除粘连在坡壁上的飞溅物及粉尘，检查坡口边缘有无未熔合及凹陷夹角，必须用角向磨光机清理干净。CO2气体流量宜控制在40～55（L/min），焊丝外伸长20～25mm，焊接速度控制在5～7mm/s，熔池保持水准状态，运焊手法采用划斜圆方法，填充层焊接面层时，应注意均匀留出1.5mm～2mm的深度，便于盖面时能够看清坡口边。 面层焊接：施焊前应对全焊缝进行修补，消除凹凸缺陷，保持该焊缝的连续均匀成型。面层焊缝应在最后一道焊缝焊接时，注意防止边部出现咬边缺陷。（5）、注意事项：全部焊段必须尽可能保持连续施焊，避免多次熄弧、起弧。穿越安装连接板处工艺孔时必须尽可能将接头送过连接板中心，接头部位均应错开。同一层道焊缝出现一次或数次停顿需再续焊时，施焊接头需在原熄弧处后至少15mm处起弧，禁止在原熄弧处直接起弧。CO2气体保护焊熄弧时，应待保护气体完全停止供给、焊缝完全冷凝后方能移走焊枪。禁止电弧刚停止燃烧即移走焊枪，使红热熔池暴露在大气中失去CO2气体保护。焊接过程中焊缝的层间温度应始终控制在100～150℃之间，在施焊过程中出现修补缺陷、清理焊渣所需停焊的情况造成温度下降，则必须进行加热处理，直至达到规定值后方能继续焊接。焊缝出现裂纹时，焊工不得擅自处理，应报告焊接技术负责人，查清原因，订出修补措施后，方可进行处理。母材焊缝，必须立即进行后热保温处理，后热应在焊缝两侧各100mm宽幅均匀加热，加热时自边缘向中部，又自中部向边缘由低向高均匀加热，严禁持热源集中指向局部，后热消氢处理加热温度为200-250℃，保温时间按每25mm板厚1h确定。达到保温时间后缓冷至常温。焊后应清除飞溅物与焊渣，用焊缝量规、放大镜对焊缝外观进行检查，不得有凹陷、咬边、气孔、未熔合、裂纹等缺陷，并做好焊后自检记录，自检合格后鉴上操作焊工的编号钢印，钢印应鉴在接头中部距焊缝纵向50mm处，严禁在边沿处鉴印，防止出现裂源。焊件冷至常温≥24h后，进行无损检验，检验方式为UT检测。5.2.7对拉螺栓安装焊接采用Φ12钢筋，按照水平间距600㎜、竖向间距450㎜，由钢结构加工厂家按照交底在钢板上打好孔。现场将对拉螺栓穿过钢板，并将螺栓焊接在钢板上，螺栓与钢板相交的根部节点两面均需焊接牢固，禁止点焊。5.2.7-1钢板上加工完成的对拉螺栓孔5.2.7-2焊接完成的对拉螺栓 5.2.8墙体钢筋绑扎及暗柱、暗梁处理钢筋的施工顺序如下：暗柱钢筋绑扎→对暗柱箍筋与钢板上的竖向肋板进行焊接→墙体钢筋绑扎→暗梁钢筋绑扎→对暗梁箍筋与钢板上的横向肋板进行焊接→完成对于剪力墙钢板安装影响下造成的暗柱、暗梁箍筋切断地方处理方式：（1）暗柱及柱墙节点：①认真识图，确定暗柱（柱墙）位置，在钢板上直接加工肋板，现场将暗柱（柱墙）箍筋按照10倍搭接焊倍数焊接在肋板上，同时部分内部箍筋可加工成开口箍形式进行绑扎。②对于现场钢板肋板位移偏差较大时，可采用与箍筋同规格、直径的钢筋加工L型，满足10d搭接焊倍数，同时连接钢板和箍筋。5.2.8-1暗柱箍筋示意图一5.2.8-2暗柱箍筋示意图二5.2.8-3柱及暗柱焊接方式 （2）暗梁：将墙体内的暗梁箍筋与钢板上的水平肋板焊接10d单面焊接（或5d双面焊接）。完成后将焊渣清理干净，进行自检及验收，合格后方可进行下道工序。5.2.8-4暗梁箍筋焊接方式5.2.9模板安装、加固因钢板将墙体一分为二，同时楼层高度底层达到8m，在钢板两侧混凝土浇筑时的侧压力较大，容易导致墙体内型钢板的位移、墙体模板鼓模或损坏，因此必须加强对拉螺栓的焊接（要求同本章节5.2.6对拉螺栓安装焊接），通过对拉螺栓调节好型钢板的位置，紧固螺帽固定。5.2.9混凝土施工（1）对进场的混凝土严格进行坍落度检验，达不到要求一律清退出场。（2）混凝土浇筑时采用布料机对墙体两侧均匀下料，钢板两面混凝土浇注时的高度差不得大于500mm，并加强混凝土的振捣。（3）选用直径30以下的小直径混凝土振捣棒进行振捣及模板外部辅助振动器振捣。（4）在混凝土浇筑过程中禁止拆除钢板的固定锚索，保证钢板在墙体内的准确位置。5.2.9-1钢板钢筋绑扎及拼装示意图 5.2.9-2浇筑完成后第二块钢板拼装示意图5.2.9-3剪力墙第二段混凝土浇筑5.2.10混凝土养护混凝土浇注完成后采用如下措施进行养护处理：保水：对于竖向混凝土表面，当混凝土浇捣完约12h后，模板将拆除，在拆除时及时用塑料薄膜粘贴或用无水养生液进行混凝土表面封闭，以达到保水的目的。在养护期间，派专人随时检查，修复脱落的保水面层。浇水：当模板拆除后，及时浇水养护，为保证竖向混凝土表面湿润，采取表面挂麻袋的方式，不断浇水达到养护的目的。平面混凝土可采取连续浇水的方式进行养护，当阳光较强时也须进行覆盖草袋、麻袋等进行养护。6、材料与设备6.1材料准备： 钢板：钢板规格、厚度按照设计要求准备。焊接材料型号：表6-1焊接材料型号表焊接方式焊接母材焊接材料规格备注手工焊Q235BE43Φ4mm焊条Q345BE5015、E5016、E5018Φ4mm焊条CO2气体保护焊Q235BJM-58Φ1.2mm焊丝（实芯）Q345BJM-58Φ1.2mm焊丝（实芯）钢筋：钢筋规格、直径按照设计要求准备。混凝土：采用当地商品混凝土，细石混凝土，坍落度为180±20mm。混凝土内掺加缓凝剂，初凝时间控制在标准状态下超过8h，高温条件下超过6h。6.2主要施工机械设备表：表6-2主要施工机械设备表序号机械名称序号机械名称1塔吊15二氧化碳焊机2插入振动器16空压机3圆盘锯17碳弧气刨枪4木工压刨18焊条筒5木工平刨19保温箱6手提电刨20高温烘箱7钢筋切断机21半自动切割机8钢筋弯曲机22电焊机房9电渣压力焊23直流电焊机10交流电焊机2402和CO2装置11直螺纹滚压套丝机25螺旋千斤顶12气焊工具26对讲机13砂轮切割机27手拉葫芦14平板车6.3主要材料试验、测量、质检仪器表表6-3材料试验、测量、质检仪器表序号仪器设备名称规格/型号单位数量 1超声波探伤仪CTS-22台12自动安装水准仪ZDS3台13测温仪300度台24全站仪5"台15经纬仪J2台27、质量控制7.1钢板质量要求7.1.1主控项目钢材与焊接填充材料的选用应符合设计要求，并应有焊接材料厂出具的质量证明书或检验报告；其化学成分和其他质量要求必须符合国家现行标准规定；7.1.2一般项目（1）结构用钢板的制作必须采用机械加工，并宜由工结构制作厂承担。（2）承担焊接工作的焊工，应按现行行业标准《建筑钢结构焊接规程》JGJ81规定，持证上岗。（3）钢板的安装应严格按照图纸规定的轴线方向和位置定位；吊装过程中应使用经纬仪严格校准垂直度，并及时定位。（4）施工中应确保现场型钢板的焊接质量，起焊缝质量应满足一级焊缝质量等级要求。7.1.3钢板验收标准。表7-1钢板安装尺寸允许偏差及外观验收标准项目允许偏差（mm）检验方法1表面平整度82m靠尺配合塞尺检查2垂直度8用经纬仪检查3翘曲度4拉通线配合钢尺检查线7.2其他质量要求7.2.1本工法除满足设计图纸外，还必须执行《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2002）、《建筑钢结构焊接技术规程》（JGJ81-2002）、《型钢混凝土组合结构技术规程》（JGJ138-2001）相关规定。7.2.2选用细石混凝土，坍落度达到180±20mm；混凝土初凝时间为标准状态下超过8h，高温条件下超过6h。8、安全措施 8.1、要在职工中牢牢树立起安全第一的思想，认识到安全生产，文明施工的重要性，做到每天班前教育，班前总结，班前检查，严格执行安全生产三级教育。8.2、进入施工现场必须戴好安全帽，2m以上高空作业必须佩带安全带。8.3、吊装前起重指挥要仔细检查吊具是否符合规格要求，是否有损伤，所有起重指挥及操作人员必须持证上岗。8.4、高空操作人员应符合高层施工体质要求，开工前进行体检。8.5、高空作业人员应佩带工具袋，工具应放在工具袋中不得放在桁架或易失落的地方，所有手动工具（如手锤、扳手、撬棍），应穿上绳子套在安全带或手腕上，防止失落伤及他人。8.6、钢结构是良好导电体，四周应接地良好，施工用的电源线必须是胶皮电缆线，所有电动设备应安装漏电保护开关，严格遵守安全用电操作规程。8.7、保持身体干爽，避免在阴雨天气露天作业。8.8、高空作业人员严禁带病作业，施工现场禁止酒后作业，高温天气做好防暑降温工作。8.9、吊装时应架设风速仪，风力超过6级或雷雨浓雾天气时应禁止吊装；夜间吊装必须保证足够的照明，构件不得悬空过夜。8.10、氧气、乙炔、油漆等易爆、易燃物品，应妥善保管，分类堆放，严禁在明火附近作业，严禁吸烟。9、环境保护9.1、出入现场车辆要保持清洁，材料堆放要整齐，施工现场要做到工完场清。9.2、钢材放样、号料要充分考虑钢板的尺寸，避免出现不可用的大料，节约钢材用量。9.3、钢结构加工、焊接要一次到位，避免重复作业或者出现不合格品。9.4、焊接加工场地应确保足够的通风，使场内环境良好。9.5、严格执行当地有关环保要求的其他规定。10、效益分析10.1混凝土用量节约：剪力墙内增加受力加劲钢板后，剪力墙厚度由原设计600mm厚减小为400mm厚，每道剪力墙减小0.2m。节约混凝土用量约617.8m³。10.2钢筋用量节约： 钢筋比原设计降低二个等级（由原设计三级钢16减小为三级钢12），降低钢筋用量约21.6%。节约钢材约176.96t。10.3实用面积节约：由于采用钢板墙结构，有效地扩大了建筑物的实用面积。通过本工法的使用，工程不仅增加了结构的抗压强度和刚度，提高了结构的抗震性能，同时节约了钢材，获得了较好的经济效益。使用前景十分广泛，在以后的建筑设计、施工有较大的发展空间。综合上述三个方面计算，预计可创造经济效益321.98万元。11、应用实例11.1工程应用：天建花园商住小区位于广州市天河区珠江新城冼村南侧G1-1地块W酒店(B-1)工程，地下四层，地上30层，底板面标高-17.600m。建筑面积45000m2，本工程结构设计使用年限为50年，建筑结构安全等级为二级；抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，特征周期0.35s，抗震设防分类为丙类。本工程设计B1栋酒店从首层平面（±0.000m）到转换层平面（标高33.15m），在钢筋混凝土墙体内配有钢板,钢板厚度为35mm，沿墙体全高全长设置，两侧伸入墙体暗柱或约束端柱。11.2工程应用：天建花园商住小区位于广州市天河区珠江新城冼村南侧G1-2地块B2住宅工程，地下四层，地上41层，地下室底板面标高-17.600m。住宅B-2以及其地下室部分，总建筑面积61504m2，地下四层。工程结构设计使用年限为50年，建筑结构安全等级为二级；抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，特征周期0.35s，抗震设防分类为丙类。本工程设计B2栋公寓从首层平面（±0.000m）到转换层平面（标高26.9m）、十七至二十三层，在钢筋砼墙体内配有钢板,钢板厚度为35mm，沿墙体全高全长设置，两侧伸入墙体暗柱或约束端柱。'