鋼結構技術(shù)論文
中國建筑金屬結構協(xié)會(huì )
建筑鋼結構分會(huì )主辦
中國建筑金屬結構協(xié)會(huì )
建筑鋼結構分會(huì )主辦
摘 要 安徽國際金融貿易中心超高層--B塔，目前是安徽省已建成第一超高層，鋼管柱施工安裝精度控制是工程施工質(zhì)量控制的重點(diǎn)內容之一。合理布設測控網(wǎng)，科學(xué)的測控手段結合正確的糾偏手段，并嚴格按照焊接工藝要求實(shí)施焊接，是本工程鋼管柱精度控制的著(zhù)眼點(diǎn)。
關(guān)鍵詞 超高層，圓管柱，測量，焊接
1 工程概況
安徽國際金融貿易中心工程位于合肥市中心，北臨清碧護城河，南眺繁華鬧市，是由一棟26層（A塔）、一棟57層（B塔）的寫(xiě)字樓、5層（局部7層）的商業(yè)裙房和3層地下室組成，如圖1。其中B塔為一矩形立方體超高層框架－核心筒結構建筑，東西寬為43.2m、南北長(cháng)為42.6m,地下三層，負三層樓板標高為-14.45m，地上57層,標高為224.05米，在其頂部另設有二層電梯機房，屋頂標高為238.1m，屋面外廣告架標高為239.45m。目前是安徽第一高度的高層建筑。B塔外框由18根直徑φ1450~φ1000mm的圓管柱和多種規格的H型鋼梁組成，核心筒為框架剪力墻結構，內部設10根勁性鋼骨柱。
圖1 安徽國際金融貿易中心鋼結構工程整體效果圖
2 超高層鋼結構圓管柱施工質(zhì)量控制技術(shù)
對于超高層結構，尤其是超高層鋼結構建筑，受施工環(huán)境、鋼材熱脹冷縮特性、施工工藝等因素影響，施工質(zhì)量控制難度較大。同時(shí)，作為民生工程的甲級寫(xiě)字樓項目，工程施工質(zhì)量，尤其是工程實(shí)體的耐久性、高層結構垂直度、鋼結構焊接質(zhì)量、鋼構件錨固質(zhì)量等方面是鋼結構施工質(zhì)量控制中的重點(diǎn)內容。本文主要從超高層鋼結構建筑中圓管柱的垂直度控制和焊接質(zhì)量控制技術(shù)兩個(gè)方面討論超高層鋼結構施工的質(zhì)量控制技術(shù)。
由于本工程采用18根直徑φ1450~φ1000mm的圓管柱作為結構的主要受力桿件，因此，圓管柱的施工質(zhì)量是工程施工質(zhì)量及結構安全控制的重點(diǎn)。對于圓管柱，因其直徑較大，如何控制圓管的管徑、圓管的橢圓度、圓管柱安裝的垂直度及焊接質(zhì)量等是工程控制的關(guān)鍵。施工過(guò)程中，我們主要采取以下幾個(gè)方面的措施：
2.1 測量控制技術(shù)
施工測量工作作為工程質(zhì)量控制的重要手段，是保證鋼結構安裝質(zhì)量以及工程進(jìn)度的關(guān)鍵工序。作為超高層建筑，對精度的控制相對于普通的結構要求更高，在整個(gè)施工過(guò)程中，必須采取一系列的措施，確保測量結果。在現場(chǎng)施工的過(guò)程中我們采用“內控法”的總體測量思路，遵循“由整體到局部”的測量原則，通過(guò)激光天頂儀作軸線(xiàn)控制和傳遞，通過(guò)架設經(jīng)緯儀對每節柱段的安裝軸線(xiàn)進(jìn)行加密，在焊前對每節鋼柱作一次整體的軸線(xiàn)和垂直度測量，得到每根柱的焊前測量數據，根據每根鋼柱的偏差調整其對接口的焊接順序，焊接完成后再作一次整體軸線(xiàn)測量，得出焊后測量結果。以此循環(huán)，每節柱段的焊后偏差數據又作為上一節鋼柱吊裝校正糾正偏差方向的依據。
2.1.1 測量控制網(wǎng)布設及傳遞
本工程施工中我們用全站儀采用直角坐標法在塔樓的首層（±0.00m）設置一套平面控制網(wǎng)，將首層的4個(gè)控制點(diǎn)作為結構施工過(guò)程中的主控制點(diǎn)對整個(gè)地上結構施工質(zhì)量進(jìn)行觀(guān)測、控制。同時(shí)，通過(guò)DZJ2型激光天頂儀將首層的4個(gè)主控制點(diǎn)的進(jìn)行豎向傳遞，在施工層面再將控制網(wǎng)進(jìn)行加密，以便對施工質(zhì)量進(jìn)行精度更高的觀(guān)測、控制。
圖2 平面主控制點(diǎn)布置圖
圖3 控制點(diǎn)的點(diǎn)位接收示意圖
2.1.2 安裝過(guò)程中鋼管柱施工質(zhì)量的測量控制技術(shù)
在結構施工過(guò)程中，我們依據首層的主控制點(diǎn)分別對每層的控制網(wǎng)進(jìn)行加密，通過(guò)全站儀測設出鋼管柱在準確位置，再分別在互相垂直的兩個(gè)方向架設經(jīng)緯儀對單根鋼管柱進(jìn)行垂直度監控。針對鋼管柱不同于箱型柱的特點(diǎn)，我們分別采取以下主要技術(shù)措施，確保鋼管柱的施工質(zhì)量見(jiàn)圖4。
圖4 測量定位示意圖
（1）鋼管柱定位軸線(xiàn)的測量技術(shù)：
鋼柱的定位控制主要從地面基礎軸線(xiàn)開(kāi)始，每節鋼柱的安裝始終以地面基礎軸線(xiàn)為控制基準，對鋼柱的垂直度進(jìn)行測量控制，禁止采用下節鋼柱作為測量基準來(lái)控制上節柱，以免因此產(chǎn)生的測量累積誤差。在安裝過(guò)程中，通過(guò)反復定位、調整，保證焊接后鋼柱軸線(xiàn)位置的準確性。
（2）鋼柱標高的測量技術(shù)：
由于每節柱段柱頂均高出該層1300mm，因此，依據在核心筒外壁投測的高程控制基準點(diǎn)(用紅三角標示)，利用三角高程測量法，在每層鋼柱上投放高程控制點(diǎn)，建立高程控制網(wǎng)，以便控制每節鋼柱的豎向高程。每安裝一節柱后，對柱頂進(jìn)行一次標高實(shí)測，誤差超過(guò)規范和設計允許的偏差時(shí)，采用螺栓千斤頂進(jìn)行調整，偏差過(guò)大時(shí)分兩次或幾次進(jìn)行調整。為便于操作，我們在每根鋼柱吊裝前，在距離鋼柱底部500mm位置標識標高線(xiàn)，安裝后與標識在柱頂以下500mm的標高線(xiàn)直接用直尺進(jìn)行檢測，既便于現場(chǎng)操作，又保證了鋼柱標高的傳遞，見(jiàn)圖5
圖5 鋼管柱安裝標高檢測
（3）鋼管柱垂直度的測量技術(shù)：
將與待調整的鋼柱安裝位置成90°的兩條軸線(xiàn)分別向內側偏移1000mm/2000mm，在相互垂直的兩條控制線(xiàn)的交點(diǎn)上架設一臺經(jīng)緯儀，在與其垂直的鋼柱安裝軸線(xiàn)上架設另外一臺經(jīng)緯儀，對準鋼柱的中軸線(xiàn)平移引出的控制線(xiàn)同時(shí)監測，再將鋼柱的實(shí)測中軸線(xiàn)利用鋼尺返測至鋼柱上，與鋼柱自身中軸線(xiàn)相比較，將柱身調整至兩個(gè)方向的軸線(xiàn)與控制線(xiàn)相互重合。同時(shí)，利用經(jīng)緯儀照準鋼柱底部的基準線(xiàn)投測至柱頂，與柱頂中軸線(xiàn)進(jìn)行比對，調整鋼柱至兩線(xiàn)重合，則鋼柱的垂直度調整到位。
通過(guò)以上措施，基本消除了外界因素對測量精度的影響，有效的確保了鋼管柱的安裝精度和施工質(zhì)量。
2.2 鋼管柱校正技術(shù)
因為圓管柱截面的特殊性，在制作、安裝過(guò)程中控制圓管柱的橢圓度、制作基準線(xiàn)和安裝基準線(xiàn)的統一等是工程施工質(zhì)量控制的關(guān)鍵。因此，我們分別通過(guò)優(yōu)化制作及安裝工藝，制訂詳細的制作工藝指導書(shū)，細化圓管柱的安裝校正技術(shù)，有效的確保了圓管柱的施工質(zhì)量。
2.2.1 鋼管柱的檢查
對進(jìn)入工地現場(chǎng)的圓管柱進(jìn)行測量，并對上下圓管柱對接口進(jìn)行測量，檢查圓管柱的橢圓度和安裝基準線(xiàn)是否符合標準，上下圓管柱對接口的尺寸偏差是否符合標準要求，對不符合要求的部位進(jìn)行標識。
2.2.2 鋼管柱校正技術(shù)
（1）校正工藝
鋼管柱的初校是指安裝梁之前進(jìn)行的第一次校正，即要求柱的各項指標均達到國家驗收規定。在超高層結構中，如果形成框架后再進(jìn)行所謂整體校正，由于各構件互相牽制很難達到校正效果，因此不建議采用此法。初校完成后，應先從中間跨開(kāi)始對稱(chēng)地向兩端擴展進(jìn)行梁的安裝；對同一跨間，先安裝下層梁，再安裝中、上層梁，這樣可方便吊裝、減少對柱垂直度的影響。鋼柱的的校正也按照由中間向兩端輻射、延伸的思路進(jìn)行。
（2）校正工作的主要內容
鋼管柱的校正是鋼結構施工的關(guān)鍵技術(shù)。在鋼柱及與其相連接的主梁吊裝到位后，即進(jìn)行鋼柱的測量、校正。其校正的內容和順序為：鋼柱定位軸線(xiàn)的校正、鋼柱標高的調校、柱身扭轉調整、鋼柱垂直度的校正。針對本工程，我們根據現場(chǎng)實(shí)際及流水作業(yè)的要求劃分為西北區和東南區兩個(gè)作業(yè)段，每個(gè)作業(yè)段再根據鋼管柱的方位9根鋼柱采用從中間往兩側、兩個(gè)方向往角柱逐步推進(jìn)的方法進(jìn)行校正，待中間門(mén)洞柱校正、高強螺栓終擰、柱、梁焊接完成后，形成一個(gè)固定的剛性小框架，然后依次再對其兩側的鋼柱同時(shí)向兩端方向進(jìn)行校正。由于角柱位置的特殊性，為消除其他鋼柱和鋼梁焊接變形對其的影響，待兩條相交軸線(xiàn)上其余7根鋼柱焊接完成后再進(jìn)行復測、焊接，確保角柱的安裝精度。校正工藝實(shí)施“三校”，即“一校柱口，二校梁口，三校柱頂位移、垂直度。”這樣不僅確保了單根鋼柱垂直度的獨立性，也使結構的整體平面定位和垂直度得到了有效的控制。
2.2.3 鋼柱定位軸線(xiàn)的校正
由于鋼柱在加工、運輸及安裝過(guò)程中，端部可能出現變形，為防止上下兩節鋼柱對接口出現錯位，需在確保上下柱段十字中心線(xiàn)（柱中心線(xiàn)）與安裝軸線(xiàn)重合的前提下，使鋼柱對接面平整或平滑過(guò)渡，禁止出現較大的錯口、錯邊。在安裝過(guò)程中，如遇到錯口、錯邊過(guò)大現象，則在柱與柱的連接耳板不同側面夾入墊板（厚在0.5~1.0mm），鋼柱的十字線(xiàn)偏差每次調整在3mm以?xún)?，若偏差超過(guò)規范允許較大，則需分多次進(jìn)行調整（需確保單節鋼柱軸線(xiàn)偏差滿(mǎn)足規范的要求），將鋼柱對接口錯邊調整至規范允許的3mm以?xún)取?br />
2.2.4 鋼柱標高的調校
鋼柱吊裝就位后，用安裝螺栓通過(guò)連接板固定上下耳板，但連接板不夾緊，通過(guò)起落鉤與撬棒調節柱間間隙。將上下柱的標高控制線(xiàn)之間的距離與設計標高值進(jìn)行對比，并考慮到焊縫收縮及壓縮變形量，將標高偏差調整至+5mm以?xún)?。符合要求后打入鋼楔，對鋼柱進(jìn)行定位焊，待鋼柱定位焊接完成后連同連接板一同切除。同時(shí)，將每根鋼柱的標高實(shí)測結果與下節柱預檢長(cháng)度對此，在安裝前或過(guò)程中進(jìn)行綜合處理，對于標高相對于設計值偏差在+10mm及以上的，由加工廠(chǎng)對上一節鋼柱柱身進(jìn)行延長(cháng)處理，確保鋼梁安裝標高和鋼柱標高符合設計要求；對于標高相對于設計值偏差在+10mm以?xún)鹊脑诂F場(chǎng)安裝時(shí)通過(guò)調節鋼柱對接焊縫的寬度進(jìn)行調節，確保每節鋼柱的標高符合設計及規范的要求。
2.2.5 柱身扭轉的調整
柱身的扭轉偏差是在其制作、運輸、貯存、安裝過(guò)程中產(chǎn)生的。扭轉的存在對鋼柱垂直度的校正有很大的影響，因此在垂直度校正前要盡量消除扭轉的影響。通過(guò)鋼柱對接位置的耳板在不同側面夾入墊板（墊板厚度0.5~3.0 mm）再用連接板手擰緊安裝螺栓來(lái)調整扭轉。每次調整扭轉在3mm以?xún)?，若偏差過(guò)大可分2—3次調整。當偏差較大時(shí)也可通過(guò)在柱身側面臨時(shí)安裝千斤頂對鋼柱接頭的扭轉偏差進(jìn)行校正(如下圖6)。
圖6 標高與扭轉的調整示意
2.2.6 鋼柱垂直度的校正
采用無(wú)纜繩校正法在柱的偏斜一側打入鋼楔或用頂升千斤頂，采用兩臺經(jīng)緯儀在柱的兩個(gè)互相垂直的方向同時(shí)進(jìn)行觀(guān)測見(jiàn)圖7。在保證單節柱垂直度不超標的前提下，并注意預留焊縫收縮對垂直度的影響，將柱頂軸線(xiàn)偏移控制到規定范圍內。在本工程施工過(guò)程中，我們經(jīng)過(guò)對鋼柱焊前、焊后測量數據的比對、分析，并結合以往的施工經(jīng)驗，總結出鋼柱、鋼梁焊接收縮對單節鋼柱垂直度的影響為2-4mm。因此在每個(gè)作業(yè)段的門(mén)洞柱焊接完成后，其兩側鋼柱分別預留3mm作為焊接收縮量，即門(mén)洞柱兩側的鋼柱依次分別沿軸線(xiàn)向外傾斜3mm、6mm、9mm。最后擰緊臨時(shí)連接耳板的安裝螺栓并將鋼柱與鋼梁連接節點(diǎn)的高強螺栓用特定的電動(dòng)扳手擰至額定扭距。
圖7 圓管柱垂直度調整
2.3 鋼管柱焊接技術(shù)
焊接質(zhì)量對整個(gè)工程起著(zhù)尤為重要的影響作用，在鋼結構整個(gè)施工過(guò)程中，我們按照集團公司制定的焊接工藝指導書(shū)，編制了現場(chǎng)焊接施工專(zhuān)項方案，明確規定了焊接施工的各項操作規程。結構的焊接施工依然遵循校正的工藝，在局部區域形成框架后再采取由中間向兩端輻射、延伸的思路進(jìn)行，即“先中間后兩側，先外框主梁再核心筒次梁”的順序。同時(shí)，鋼柱對接口的焊接采取“間隔跳焊”、“剛性固定”、“預留收縮量”、“多層多道焊”、“對稱(chēng)焊接”等焊接工藝以降低焊接變形對鋼結構安裝質(zhì)量的影響。高強螺栓終擰復核后，依據框架尺寸確定特殊部位的焊接順序。
為保證施工質(zhì)量，加強對焊接質(zhì)量的控制，我們主要采取以下技術(shù)措施：
（1）加強現場(chǎng)對接焊縫的焊前檢查、處理。在低溫環(huán)境下焊接施工時(shí)，采取焊前預熱措施，并制定相應的低溫焊接工藝指導書(shū)和鋼結構焊接專(zhuān)項施工方案；
（2）焊接過(guò)程中質(zhì)量控制主要通過(guò)檢查焊接方法、焊接順序、焊接參數等是否按焊接工藝指導書(shū)或工藝卡進(jìn)行作業(yè)。重點(diǎn)對焊材、焊機依據規范和方案要求進(jìn)行定期檢查，對焊接作業(yè)人員進(jìn)行技術(shù)交底，強化施工過(guò)程中的質(zhì)量控制；
（3）依據規范和設計要求對現場(chǎng)的對接焊縫進(jìn)行100%超聲波自檢探傷工作，加強焊縫焊后的外觀(guān)質(zhì)量檢查和超聲波（UT）檢驗，確?，F場(chǎng)對接焊縫質(zhì)量符合要求。
圓管柱焊接次序對于保證焊接質(zhì)量，尤其是最終安裝精度至關(guān)重要，本工程的圓管柱焊接順序如下圖8：
1）由2名焊工沿圓周分區同時(shí)對稱(chēng)的退焊法施焊：
圖8 鋼管柱對接焊順序示意圖
圓管直徑范圍內全部焊完1/3板厚后切去耳板，繼續在各焊工負責的范圍內施焊，直至焊完整個(gè)接頭。
2）每?jì)蓪又g焊道的接頭相互錯開(kāi)，2名焊工焊接的焊道接頭也要注意每層錯開(kāi)，如圖9。每道焊完要清除焊渣和飛濺，如有焊瘤要及時(shí)鏟除掉，焊接過(guò)程中隨時(shí)注意檢測層間溫度的控制。
圖9 現場(chǎng)焊接操作及成形焊縫
3 結語(yǔ)
通過(guò)采取以上各項技術(shù)并改進(jìn)工藝措施，本工程在第三方檢測單位的過(guò)程跟蹤監測中，單節鋼管柱垂直度全部在10mm以?xún)?，滿(mǎn)足規范要求的H/1000的規定（注：每節柱段長(cháng)度13m）。圓管柱焊縫在第三方檢測中，合格率為100%，工程施工質(zhì)量良好。
參 考 文 獻
[1] 中華人民共和國行業(yè)標準.建筑鋼結構焊接技術(shù)規程(JGJ81-2002).北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.
[2] 中華人民共和國國家標準.鋼結構工程施工質(zhì)量驗收規范（GB50205-2001）.北京.中國計劃出版社.2001.
作者簡(jiǎn)介：賈偉朋（1981-），浙江精工鋼結構有限公司施工技術(shù)負責人，工程師，主要從事建筑鋼結構施工。
聯(lián)系地址：浙江紹興柯橋鎮柯西工業(yè)區鑒湖路1587號（312030）。
聯(lián)系電話(huà)：18605518327 E-mail：weipeng1127@163.com
范鵬濤 汪鵬 （長(cháng)江精工鋼結構（集團）股份有限公司 六安 237161）
|
： 