成都绿地东村8号地块超高层项目位于成都市东部新城文化创意产业综合功能区内的核心区, 该项目由编号为T1, T2, T3的3栋超高层塔楼、局部地上3层裙楼及4层地下室组成。其中T1塔楼建筑面积为42万m², 建筑高度为468m, 地下5层 (含1个夹层) , 地上101层, 为“框架-核心筒-伸臂桁架”框剪结构体系。

T1塔楼核心筒由劲性钢柱、钢板剪力墙、楼面钢梁、连梁和边框梁组成。其中, 劲性钢柱分布在B4~F1, 截面形式为H形与十字形;钢板剪力墙分布在B4~F15, 板厚随高度增加由40mm逐渐减小为10mm。核心筒钢结构分布及形式如图1所示。

超高层钢板剪力墙安装施工首先需对钢板剪力墙进行分段、分节, 并针对节段进行合理的深化设计, 在此基础上进行加工、运输、吊装、连接等施工。此外, 需制定详细的构件防变形措施, 确保焊接、高强螺栓连接过程对结构变形影响较小, 严格控制钢板剪力墙施工全过程质量, 并保证安全体系完备。

1) 对钢板剪力墙进行合理的分段、分节, 并确定吊装顺序。

2) 充分考虑交叉作业过程中涉及的施工要点及注意事项, 协调交叉作业节点深化设计。

3) 确定钢板剪力墙横向、竖向连接方法与连接工艺。

4) 施工前先做现场焊接工艺评定、抗滑移系数试验及高强螺栓紧固轴力试验。

5) 钢板剪力墙在运输、现场放置时下垫枕木, 防止钢板剪力墙由于自重作用下挠变形。含有十字柱的钢板剪力墙, 在十字柱转角部位隔段加设临时支撑, 防止十字柱平面内、外变形。

6) 为确保施工人员作业安全且便于施工, 专门设计钢板剪力墙竖向连接悬挂式操作平台, 并设置防坠器。

钢板剪力墙通常具有面积大、钢板厚度方向易受力变形、长度方向受温度影响易变形等自身特点, 不仅增加了施工难度, 而且使得钢板剪力墙安装质量难以把控。为此, 核心筒钢板剪力墙施工前需明确施工工艺流程:钢板剪力墙分段、分节→深化设计→构件加工→构件运输→构件按顺序吊装→焊接 (或高强螺栓连接) →焊接工艺评定、校正、探伤、验收, 并对每个过程提出针对性的技术优化方案及质量控制措施, 从而实现施工过程的有效监控。

分段原则:①考虑到单块钢板剪力墙支撑刚度, 制作运输时, 钢骨柱即与钢板剪力墙结构相连;②根据构件运输要求, 分段宽度尽量控制在3m以内, 尽可能采用平面分段, 且尽可能保证1层1节, 使立面断点便于施工;③考虑顶模平台对构件吊装影响, 钢板剪力墙平面分段需匹配顶模钢平台桁架间隙。

T1塔楼核心筒钢板剪力墙及劲性钢骨柱呈四角对称形式布置, 将核心筒平面区分为A, B, C, D 4个单元 (见图3) , 每个单元的钢板剪力墙以相同模式分为14个节段 (见图2) 。由于楼层标高不一, 考虑运输宽度限制, 钢板剪力墙以平面分段为主, 尽量减少立面分段, 且为增加钢板刚度, 考虑将H型钢骨柱随剪力墙一起分段, 减少节段在运输、堆放、吊装等过程中的变形。

综合考虑受力性能及现场施工方便, 钢板剪力墙横向连接、外围竖向均采用焊接连接, 内部钢板剪力墙竖向采用螺栓连接, 连接方式及区域如图3所示。安装时, 先进行竖向连接, 后进行横向连接。

对拉螺杆布置①需避开钢板剪力墙钢板分段处, 穿孔孔边与钢板剪力墙钢板分段处高强螺栓连接板的间距≥15mm;②靠近钢板剪力墙中暗柱的钢骨焊缝范围内, 穿孔孔边与钢骨焊缝的间距≥30mm。

对拉螺杆定位深化。T1塔楼地下室结构布置多样, 节点形式多变, 通道、预留孔洞较多, 致使模板加工制作复杂, 外加地下室部分无法安装顶升钢平台, 为方便施工, 并提高模板周转利用率, 地下室剪力墙模板选用木模板, 地上部分剪力墙采用铝模板。根据计算, 加固采用对拉螺杆水平间距≤500mm, 竖向间距≤550mm。对拉螺杆布置时需避开暗柱外围纵向钢筋。

①与钢板剪力墙对拉螺杆避让;②与底板面筋相交节点避让。

T1塔楼钢板剪力墙上的套筒主要为拉筋套筒, 钢板剪力墙开孔主要包括高强螺栓孔、箍筋长圆孔、模板对拉螺杆孔、机电设备孔、混凝土流淌孔以及回转顶升平台承力件孔, 开孔数量繁多, 孔洞形式复杂, 且孔洞精度要求高。钢板剪力墙开孔深化在遵循结构设计图的前提下, 充分考虑各专业施工操作便捷性, 对各类孔洞的尺寸、形式详细设计, 优化其排布及定位, 并就较大孔洞对钢板剪力墙的削弱提出有效的补强措施, 确保构件受力性能。

钢板剪力墙套筒及开孔深化要点为:①对拉螺杆在钢板剪力墙钢板上开圆孔, 孔径30mm;②明确钢板剪力墙暗柱范围内设计图纸套筒定位、箍筋穿过钢板剪力墙开孔位置;③钢板剪力墙上穿箍筋开长圆孔, 孔径为25mm×40mm;④流淌孔开圆孔, 孔径130mm;机电设备孔开圆孔, 孔径275mm;承力件孔开圆孔, 一排布置4个, 孔径80mm, 流淌孔、机电设备孔承力件孔两侧相应范围焊接钢板进行补强。钢板剪力墙套筒及开孔示意如图4所示。

采用钢板剪力墙水平钢筋替代部分暗柱外围箍筋。T1核心筒地下室外围墙体厚度为1 100mm (外侧水平钢筋为2ф16@100) , 内墙墙厚为800mm (外侧水平钢筋为2ф14@100) , 外围暗柱最外层箍筋为ф16@100, 内侧暗柱最外层箍筋为ф14@100。根据计算, 外围暗柱箍筋可每隔2根采用一次墙体水平筋代替 (见图5) 。

为了方便现场施工, 保证箍筋可以穿过钢板, 钢板剪力墙暗柱外围箍筋深化时, 尽量将其分解成只有1个90°弯钩的分段 (见图8) 。且为了保证采用钢板剪力墙水平钢筋替代的部分暗柱外围箍筋在暗柱外侧形成封闭, 在墙体截面方向加设拉钩, 拉钩采用90°直角弯钩, 穿过钢板后与替代的墙体水平筋进行10d单面焊 (见图6) 。

钢板剪力墙构件运输过程中以及到现场放置后, 需采取变形控制措施, 以避免构件因自重或其他外力作用导致严重变形, 采取的措施为:将运输至现场的构件用枕木垫平, 边角处需格外注意保持其平整度, 必要时加设临时防变形角撑。杜绝多层堆放, 以防下层构件被压弯。原则上构件堆放不超过3层, 堆放高度不超过1m。构件在堆放过程中, 根据构件拼装顺序及构件分区进行分块堆放, 保证后期找料及拼装过程有序进行。

核心筒剪力墙平面安装以一个单元为基础, 分别安装。优先完成A单元整体结构安装, 再安装下一单元。单个单元安装充分考虑结构空间刚度及稳定性, 首先完成带十字柱剪力墙节段安装, 由此向其余方向延伸。具体步骤为:①从A单元开始, 安装十字柱处首节钢板剪力墙单元;②优先将十字柱相邻钢板剪力墙单元安装完毕, 形成稳定结构;③依次向外延伸, 完成A单元钢板剪力墙安装;④进行对角腔体C单元钢板剪力墙安装;⑤安装另外2个对角腔体单元B, D, 本节钢板剪力墙安装完毕;⑥土建进行钢板剪力墙两侧钢筋绑扎、支模、灌浆等工序施工;⑦混凝土养护强度达到要求且条件具备后, 安装下节钢板剪力墙。

钢板剪力墙吊装前, 应根据构件分段情况, 确定各段构件的重心位置, 有针对性地确定构件的吊耳设计形式和具体位置, 必要时采用吊装平衡梁进行钢板剪力墙吊装, 防止钢板剪力墙单体面积过大产生吊装变形。

1) 构件吊装就位后, 采用普通螺栓进行临时连接固定。

2) 校正和临时拉结采用缆风绳, 以增加钢板剪力墙的空间稳定性。缆风绳拉设在钢板剪力墙主筋的底部或底端的拉结耳板上。

T1塔楼钢板剪力墙厚度及钢骨柱板厚均为25~40mm, 大部分属厚板焊接。所有焊缝均为一级全熔透焊接, 且多为单面焊缝, 焊接过程中构件易产生较大变形, 直接影响钢板剪力墙的安装精度、强度、刚度及稳定性, 如不采取措施加以控制, 还会因焊缝裂纹或变形过大导致无法矫正而使构件报废, 造成巨大的经济损失。为此, 经过研究分析, 采取如下应对措施。

合理的焊接坡口形式对于控制焊接变形有着显著作用。T1塔楼核心筒钢板剪力墙横向均为焊接连接, 外围钢板剪力墙竖向采用焊接连接, 焊接体量大。为有效减小焊接残余应力, 控制焊接变形, 板厚>30mm的部位, 采用双面坡口形式;板厚≤30mm的部位, 采用单面坡口形式, 且每隔1.2m变换坡口方向。

钢板剪力墙在分区段整体矫正完成后, 按照单元内部由中间向两侧、由劲性节点向外侧的顺序分步焊接, 如图7a所示。①水平焊缝对于较长的水平焊缝, 安排2名焊工同时施焊, 从中间向两边采取分散花焊的方式进行, 第1名焊工先焊3道后, 第2名焊工开始填充, 如图7b所示。②竖向焊缝核心筒外围钢板剪力墙竖向焊缝长度较长, 且焊接操作不便, 需安排多名焊工分段焊接, 如图7c所示。③核心筒钢骨柱焊接安排2名焊工先匀速、同步、对称进行H型柱翼缘的焊接, 然后对称进行腹板的焊接, 如图7d所示。安排2名焊工先进行十字柱1个H型钢翼缘的焊接, 然后进行十字柱另一个H型钢翼缘的焊接, 再匀速、同步进行十字柱1个腹板的焊接;最后匀速、同步进行十字柱另一个腹板的焊接, 如图7d所示。

为增加钢板剪力墙刚度, 减少焊接变形, 可采用刚性固定法将焊件临时固定, 待构件焊接冷却至室温再去掉刚性固定, 此方法可有效防止部分转角变形和波浪变形。具体措施为:①在钢板剪力墙转角处增加圆管刚性支撑 (见图8) , 防止转角焊接变形。②为了减小焊接的收缩变形, 在焊缝两侧布设焊接约束板。焊接约束板根据现场焊接形式与临时连接位置灵活布置, 布置原则为:以每隔500~700mm设置1道约束板为宜, 待焊接完成并在焊缝冷却变形完成后将约束板割除。③焊前预热和焊后缓冷预热的目的是减少焊缝区与焊件其他部分的温差, 焊后缓冷是降低焊缝区的冷却速度, 使焊件较均匀地冷却至室温, 从源头控制焊接应力变形的产生。

①安装临时螺栓固定钢板剪力墙;②用高强螺栓替换临时螺栓, 初拧并做好标志;③按对称顺序, 由中央向四周终拧高强螺栓。

①高强螺栓的紧固必须分2次进行。第1次为初拧, 初拧紧固到螺栓标准轴力的60%~80%。第2次紧固为终拧, 终拧时扭剪型高强螺栓应将梅花卡头拧掉。②初拧、终拧都应从螺栓群中间向四周对称扩散进行紧固。因空间狭窄, 高强螺栓扳手不宜操作部位, 可采用加高套管或用手动扳手安装。

T1塔楼核心筒带有钢骨柱钢板剪力墙安装过程中主控构件安装的垂直度、同层构件整体直线度、整体顶面平整度。

根据上层钢板剪力墙钢骨柱焊后整体标高、坐标复核数据, 对构件进行预控处理。钢板剪力墙吊装就位后, 安装临时螺栓穿过连接耳板对钢板剪力墙进行临时固定, 并在顶部及中部拉设缆风绳, 保证钢板剪力墙空间稳定。

对于直线形或者独立柱型剪力墙钢骨, 用全站仪在相互垂直的方向上对其垂直度进行校正, 先对钢骨柱垂直度初校。L形钢板剪力墙钢骨柱可直接利用衬板滑入、耳板连接就位, 拧紧安装螺栓。

钢板剪力墙安装就位后, 测控钢板剪力墙中点坐标、剪力墙钢骨柱两端中点连线或角部与端部坐标, 对比水平对接接缝处中点偏移值与中点坐标设计值, 如有偏差, 校正钢板剪力墙宽度方向中心轴线, 并再次将测量偏移值与设计值进行比较, 直至达到误差允许范围内, 以更好地控制墙体直线度及整体墙体直线度。

钢板剪力墙焊接完成后, 用水准仪测量构件顶面高差, 复核整体构件顶面平整度。将测量值与设计值进行对比, 如有偏差, 反复校正直至达到误差允许范围, 并形成下节构件安装标高预控数据, 以便更好地控制后续钢板剪力墙安装平整度。

钢板剪力墙安装就位后, 采用外控法测控其轴线度。照准基坑外控制点后视定向, 在构件宽度方向中点立反光镜, 测量点平面坐标, 并根据设计值进行顶端定位校正。待平面坐标校正完成后, 依据楼层标高控制线, 用水准仪对钢板剪力墙顶端标高进行测量, 然后采用千斤顶校平。对于存在水平对接的钢板剪力墙, 根据其两端边中点连线对比对接边中点偏差, 采用千斤顶校正。

T1塔楼核心筒单片钢板剪力墙外形尺寸多样, 区域内对接数量较大, 且涉及多专业穿插施工, 安全措施是安装过程首控事项。为此, 在对钢板剪力墙进行分段、分节时, 充分考虑了安装就位、校正及焊接操作的便利性, 使得横向断点均位于高出楼层标高1.2m处, 故横向焊缝施工方便, 无需特殊的施工措施。此外, 核心筒外围钢板剪力墙竖向采用焊接连接, 内部钢板剪力墙采用高强螺栓连接, 因此竖向连接复杂多变, 施工量较大, 为确保施工人员安全且便于施工操作, 采用专门设计的钢板剪力墙悬挂式操作平台。

依据现场的施工环境, 采用有限元软件MIDAS对支撑架的承载力、稳定性等受力性能进行计算。恒荷载取支架自重, 活荷载每层取操作工人重和小型焊接设备重, 共1 300N。

根据有限元软件MIDAS计算结果, 分析结论如下。

1) 钢板剪力墙竖向操作架结构板单元最大应力为90.55MPa, 梁单元最大应力约59.74MPa, 结构最大应力小于钢材抗拉强度设计值215MPa, 满足应力要求。

2) 操作架结构变形主要为竖向变形, 且竖向最大位移为4.59mm, 变形矢量和为4.59mm, 根据GB50017—2003《钢结构设计规范》, 在荷载标准值作用下, 平台板的位移不宜超过L/105 (L为跨度) , L取平台板短边长度700mm, 则该操作架的竖向端部挠度为4.59mm<700mm/150=4.67mm, 满足变形要求。

3) 在最不利工况组合下, 支撑架结构构件最大应力比约为0.25<1 (见图9) , 满足规范要求。

综上分析, 该施工操作平台安全可靠, 可用于钢板剪力墙竖向连接施工。

本文充分考虑了核心筒钢板抗侧受力特点、墙体面积大、钢板厚度方向受力易变形、长度方向受温度影响易变形、连接方式复杂多变及多专业穿插施工作业等施工重难点, 提出了合理、可行的应对措施。

1) 钢板剪力墙依据受力特点及运输要求进行合理分段, 并在节段深化过程中对模板对拉螺杆孔、混凝土流淌孔、箍筋及竖向插筋定位孔、机电设备孔及承力件孔等钢板剪力墙需开孔部位进行设计、优化定位, 尽可能减少穿插作业间的干扰。

2) 优化钢板剪力墙外围箍筋及竖向插筋形式, 并对钢筋与钢板剪力墙的连接形式进行针对性的设计, 在确保结构受力性能的前提下极大地方便了钢筋工程的施工作业。

3) 钢板剪力墙安装采用分单元对角对称式安装顺序, 提高了空间结构稳定性, 同时为各专业交叉作业提供方便。

4) 不同类型钢板剪力墙设计专门的吊点形式, 确保吊装安全, 控制吊装变形;采用多样的钢板剪力墙节段间的连接方式, 钢板剪力墙吊装就位后针对不同部位、不同形式设计专门的校正措施, 确保构件安装精度的同时, 提高了安装效率;采取优化焊缝坡口形式、焊接顺序、增加刚性支撑等措施, 有效地控制了钢板剪力墙焊接变形。

5) 设计钢板剪力墙悬挂式操作平台, 提高钢板剪力墙竖向连接施工质量, 保证作业人员安全。

成都绿地东村8号地块超高层项目T1塔楼核心筒多专业穿插钢板剪力墙施工技术, 以优化多专业穿插施工作业为前提, 从钢板剪力墙施工的全过程进行多角度的分析, 提出了针对性的建议与措施, 在降低钢板剪力墙施工难度、保证钢板剪力墙施工质量的同时, 减少了各专业相互间的干扰, 节约了工期, 为类似工程施工提供了借鉴, 本技术已申请四川省省级工法。