鋼板剪力墻鋼結(jié)構(gòu)變形控制措施研究

鋼板剪力墻鋼結(jié)構(gòu)變形控制措施研究1工程概況蕭政儲出40號地塊1標(biāo)段工程位于浙江省杭州市蕭山區(qū)，由T3、T4、T5塔樓以及裙房四部分組成，總建筑面積約169636.01m2。其中T4和T5塔樓均為地上48層、地下4層，建筑高度為191.1m，結(jié)構(gòu)由組合鋼板剪力墻+墻內(nèi)型鋼柱+框架柱梁等組成[1-3]。組合鋼板剪力墻型鋼柱截面尺寸為250×170×20×20mm、250×170×25×25mm、250×170×30×30mm；鋼梁截面尺寸最大為300×30mm；鋼板厚度規(guī)格分別為20mm、25mm、30mm，材質(zhì)為Q345B。鋼板剪力墻設(shè)置范圍為地下1層至地上14層，墻內(nèi)型鋼柱共8根，鋼柱截面尺寸最大為400×35mm，最大板厚為35mm，材質(zhì)為Q345B。軸測圖見圖1。圖1T4、T5塔樓軸測圖2組合鋼板剪力墻施工及變形情況按原鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)方案，該工程組合鋼板剪力墻鋼結(jié)構(gòu)豎向上每2層為一安裝段，分段位置在樓層結(jié)構(gòu)標(biāo)高之上1.2m處。具體分段見圖2。橫向上，將型鋼柱、鋼板、鋼梁按次序吊裝校正后進(jìn)行整體焊接連接。每個(gè)安裝層豎向焊縫2道、水平向焊縫2～3道(寬度較大，因塔吊吊重原因?qū)摪宸稚舷聝蓧K)。當(dāng)首段組合鋼板剪力墻施工完畢后，發(fā)現(xiàn)多處剪力墻鋼結(jié)構(gòu)的鋼柱和鋼板翹曲嚴(yán)重，最大變形達(dá)70mm，局部甚至連剪力墻混凝土模板都無法安裝，遠(yuǎn)超《鋼板剪力墻技術(shù)規(guī)程》(JGJ/T380-2015)的規(guī)定，甚至到了無法繼續(xù)施工的境地。T5塔樓測量數(shù)據(jù)見表1，變形形式見圖3。圖2T4、T5塔樓鋼板豎向分段(單位：mm)表1T5首層剪力墻尺寸最大偏差mm軸線鋼柱偏差_________鋼板偏差_______2/A-C1226_______3/F-H2633_______7/B-C3035______10/F-H2430_______13/B-C410_______13/C-E2835______16/F-H2025______19/B-C2737_______23/F-H2734_______24/B-_____________________________________________C_49703變形原因分析任何與剪力墻鋼板施工有關(guān)的工序和方法都可能導(dǎo)致鋼板產(chǎn)生變形。但就本工程而言，導(dǎo)致剪力墻鋼結(jié)構(gòu)如此大的變形因素主要有三個(gè)方面。圖3墻體鋼結(jié)構(gòu)變形示意(1)安裝分段不合理但這與此前所說的“工商變更登記手續(xù)辦理完畢之日起，基于標(biāo)的股權(quán)的一切權(quán)利義務(wù)由上市公司享有和承擔(dān)”相矛盾。工商登記手續(xù)完成變更的日期是2017年1月6日，在2017年核算時(shí)才能納入上市公司合并報(bào)表。由于原分段豎向兩層為一安裝段(第1段為負(fù)1層到地上1層，高6950mm，見圖2)，且鋼柱與鋼板和鋼梁之間均為現(xiàn)場豎向焊接連接，每一安裝段的鋼板有豎向焊縫2道，加之剪力墻鋼板厚度在20～28mm之間，焊縫厚且長[4-5]，而鋼柱本身截面僅有250×170mm，且沒有可靠約束，在鋼板平面外剛度很小，無論先進(jìn)行哪一段焊縫施工，板的限制變形能力都較差，再加之豎向焊縫過長，很容易產(chǎn)生較大的焊接變形。由于對約束鋼板自身變形的能力較弱，這就必然使得鋼板極易產(chǎn)生橫向焊接變形，繼而帶動(dòng)鋼柱產(chǎn)生變形。也就是說，豎向分段太長，采用現(xiàn)場豎向焊接之分段方法是導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴(yán)重變形[6]的主要原因之一。因此，可以認(rèn)為此種分段方法不合理。從全球來看，西北歐國家人口老齡化問題同樣嚴(yán)重，但養(yǎng)老地產(chǎn)的發(fā)展，以北美和東亞為熱點(diǎn)地區(qū)。究其原因，西北歐國家一般是福利國家，是由政府主導(dǎo)的普遍性的養(yǎng)老福利模式；而北美、東亞各國以選擇性的福利模式居多，政府只保障在市場競爭中最弱勢群體，養(yǎng)老服務(wù)只能通過社會化的方式解決。中國由于龐大的人口數(shù)量和有限的經(jīng)濟(jì)水平，單純依靠政府解決養(yǎng)老問題會捉襟見肘。在社會福利服務(wù)上，適時(shí)提出社會福利社會化的發(fā)展方向，國家把市場和社會視為社會福利供給必不可少的機(jī)制，在堅(jiān)持基本養(yǎng)老服務(wù)供給的基礎(chǔ)上，通過在社會福利政策層面的統(tǒng)籌引導(dǎo)和規(guī)范，吸引市場和社會力量參與到養(yǎng)老服務(wù)中。(2)混凝土施工作用不對稱由于該種剪力墻的鋼板位于組合鋼板剪力墻墻體正中間，除墻端部的型鋼柱與模板之間留有很小的空隙外，鋼板兩側(cè)是隔絕的，混凝土在模板內(nèi)很難從鋼板一側(cè)流動(dòng)到另一側(cè)。再者，經(jīng)過鋼板分隔后，鋼板兩側(cè)的橫向尺寸較小。因此，在混凝土下料過程中，很難做到兩側(cè)下料高度同步，這就很容易造成鋼板兩側(cè)混凝土高度不一致[7]，使得鋼板兩側(cè)混凝土壓力不平衡。同時(shí)，在混凝土工程施工過程中，操作人員往往發(fā)現(xiàn)哪邊混凝土高，即先振搗那邊，這就使鋼板兩側(cè)壓力不平衡現(xiàn)象越發(fā)嚴(yán)重。在這兩種因素共同作用下，當(dāng)該不平衡力大到超過鋼板抗變形能力時(shí)，鋼板勢必產(chǎn)生由壓力大的一邊向壓力小的一邊變形現(xiàn)象，即產(chǎn)生如圖3所示的現(xiàn)象。(3)無變形約束措施本工程原施工方案為將按設(shè)計(jì)圖紙制作的鋼柱和鋼板分別制作完成后，運(yùn)至施工現(xiàn)場進(jìn)行現(xiàn)場焊接連接。原設(shè)計(jì)主要是按滿足工程使用階段的工況進(jìn)行，而對施工階段的工況則考慮不周。這就導(dǎo)致鋼柱、鋼板自身抗變形能力“先天不足”[8]，在焊接過程中，鋼構(gòu)件變形變得很“任性”。當(dāng)由于鋼結(jié)構(gòu)焊接和混凝土施工不對稱等原因超過鋼板的自身變形約束能力時(shí)，即產(chǎn)生橫向變形。同時(shí)，由于鋼板與鋼柱通過焊接連接，鋼板的不平衡力必然傳遞給鋼柱，鋼柱下部預(yù)埋在基礎(chǔ)內(nèi)或與下節(jié)鋼柱連接，而上部處于無約束的自由狀態(tài)，且自身截面較小，抗變形能力較弱，在與鋼板焊接過程中產(chǎn)生焊接變形，同時(shí)鋼板傳遞的荷載超過鋼柱本身抗變形能力時(shí)，鋼柱自然也產(chǎn)生變形。4鋼板剪力墻鋼結(jié)構(gòu)變形控制技術(shù)針對本工程在已施工部分出現(xiàn)的剪力墻鋼結(jié)構(gòu)變形大的問題，采用以下變形控制技術(shù)。4.1優(yōu)化安裝單元如章節(jié)3中所述，原分段方案不僅易引起橫向焊接變形，而且豎向焊縫長，施工也相對困難得多。為此，本工程對原安裝單元進(jìn)行優(yōu)化。(1)在豎向上，將原方案兩層鋼結(jié)構(gòu)為一個(gè)安裝段改為一層為一個(gè)安裝段，這就相當(dāng)于將原高7m左右的自由變形薄鋼板變?yōu)楦叨葹?.5m左右兩端約束的薄鋼板。從彈性力學(xué)薄板屈曲理論分析，新方案改變了板件的高寬比，同時(shí)提高了板件的邊界約束，薄板平面外屈曲剛度提升非常明顯，從理論上講，其剛度至少提高7倍。這一剛度提升，對控制鋼板平面外彎曲變形效果明顯。(2)將鋼板、鋼柱和鋼梁現(xiàn)場焊接連接改為在工廠組裝焊接[9]。現(xiàn)場每單元(節(jié))安裝時(shí)僅需進(jìn)行上下對應(yīng)的柱-柱和板-板一道橫向焊縫的焊接，現(xiàn)場焊縫長度大為減少，不但使得引起焊接變形的因素大為降低，而且更重要的是使鋼板剪力墻安裝精度有了質(zhì)的提高，同時(shí)，也極大地減少了現(xiàn)場焊接和矯正工作量，方便了施工，縮短了工期。相較于原方案，工人在工作面作業(yè)高度降低、仰焊操作取消，施工安全性大大提高，且焊接質(zhì)量也相對提高；其次，構(gòu)件高度以及焊縫長度減半，溫度應(yīng)力相對減小。以T4樓鋼板為例，原方案鋼板與型鋼端柱現(xiàn)場焊接，每兩層為一節(jié)，平均每層水平焊縫28.67m、豎向焊縫86.4m；而鋼板與型鋼端柱在車間焊接，每一層為一節(jié)，每層水平焊縫36.67m，無豎向焊縫。熟練焊工平均每天水平焊縫施焊10～12m左右，豎向焊縫施焊5～6m。方案改進(jìn)后，每層可縮短5d左右工期。川桂精油的化合物組成和其他種類差異最大，它的桂皮醛含量僅有4.114%，而桉樹腦含量高達(dá)31.293%。整體香氣特征并不以桂皮醛為主導(dǎo)，而是樟腦一樣的清涼香味，與傳統(tǒng)印象中的桂皮氣味相差很大。其特有的刺激香氣來自桉樹腦、樟腦、龍腦、乙酸冰片酯等帶有清涼氣味的成分。(3)在工廠制作安裝單元時(shí)，鋼板剪力墻上下段之間每隔700mm加設(shè)一道定位板，見圖4，定位板尺寸為3×120×12mm。定位板在剪力墻鋼板的正反兩面對稱布置，在鋼板剪力墻拼裝到位校正后點(diǎn)焊固定，保證上下兩塊剪力墻之間無相對位移，同時(shí)，在一定程度上也增加了鋼板連接的焊縫影響范圍內(nèi)的剛度。焊接過程中，專設(shè)一測量人員，實(shí)時(shí)觀察記錄焊接過程中鋼板剪力墻的變形情況，一旦有變形過大情況，即停止焊接，檢查原因并采取措施后再繼續(xù)施工。圖4上下段剪力墻定位板(4)在鋼結(jié)構(gòu)組合構(gòu)件制作時(shí)，在安裝單元的鋼板上分段(即橫向焊縫)位置上下各200mm位置對稱設(shè)置規(guī)格為L75×5mm加強(qiáng)角鋼，見圖5，以增加鋼板的側(cè)向慣性矩，提高鋼結(jié)構(gòu)上下單元在鋼板焊接和混凝土澆筑時(shí)的抗變形能力。圖5角鋼位置示意(單位：mm)4.2設(shè)置工藝梁在鋼板剪力墻吊裝到位并校正完成后，在相鄰剪力墻之間設(shè)置水平焊接工藝梁，使之相互連接并相互支撐[10]，使平面單片獨(dú)立的鋼板成為一個(gè)穩(wěn)定的空間體系，以抵抗鋼板剪力墻在焊接過程中的自由變形，減少安裝誤差以及混凝土澆筑壓力。同時(shí)，工藝梁安裝過程中對鋼板的定位、垂直度可進(jìn)行第一次的校核矯正，有益于現(xiàn)場偏差控制。工藝梁根據(jù)剪力墻之間距離，分別采用100×100×8mm規(guī)格方鋼和直徑273mm、壁厚6mm的鋼管，見圖6。工藝梁連接位置位于邊柱靠焊縫一側(cè)翼緣板的連接板上，兩端設(shè)置連接板通過螺栓與鋼柱連接板連接[11](見圖7)，使同一樓層結(jié)構(gòu)形成結(jié)構(gòu)整體，以抵抗鋼板剪力墻及鋼柱的變形?，F(xiàn)場工藝梁布置情況見圖8。配置滿足兩層結(jié)構(gòu)同時(shí)使用所需的工藝梁，工藝梁在混凝土澆筑完成強(qiáng)度達(dá)到50%時(shí)，上一層鋼板剪力墻安裝并校正后方可拆除。國內(nèi)已經(jīng)有學(xué)者把云班課與混合式教學(xué)相結(jié)合進(jìn)行教學(xué)嘗試并且效果良好（比如，方夏平[5]、陶莉等[6]），但研究數(shù)量尚少且專門針對醫(yī)學(xué)生的更加罕見。本研究以醫(yī)學(xué)生為研究對象，探究云班課與混合式教學(xué)結(jié)合的效果。圖6工藝梁設(shè)置現(xiàn)場圖7工藝梁與鋼柱連接圖8工藝梁布置(單位：mm)4.3開設(shè)流漿孔為減小混凝土澆筑過程中鋼板兩側(cè)壓力差對剪力墻造成的影響，采取在鋼板剪力墻上設(shè)置流漿孔的方法[12]，以利于鋼板兩側(cè)混凝土相互流通，可避免鋼板兩側(cè)混凝土高度相差過大引起的壓力差過大而導(dǎo)致的鋼板變形。具體做法為根據(jù)鋼板剪力墻橫向?qū)挾?，每片剪力墻上設(shè)置1～3列流漿孔。流漿孔直徑200mm，孔邊緣與剪力墻兩端鋼柱不小于1000mm，孔邊緣與鋼梁及對接焊縫處距離不小于500mm；孔在豎向分別布置在層高1/3及2/3處，孔橫向間距不小于1000mm；剪力墻鋼板開孔處兩側(cè)均設(shè)置400×400×20mm與墻鋼板同種類型的補(bǔ)強(qiáng)鋼板，以彌補(bǔ)由于墻鋼板開孔所引起力學(xué)性能的降低，見圖9。圖9鋼板剪力墻流漿孔及補(bǔ)強(qiáng)鋼板布置(單位：mm)4.4混凝土振搗在混凝土施工過程中，鋼板兩側(cè)分別設(shè)置振搗器，使混凝土振搗基本同步，使鋼板兩側(cè)的壓力基本平衡，極大地減小了鋼板和鋼柱變形的可能。新時(shí)代實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略，既是解決新時(shí)代社會矛盾的現(xiàn)實(shí)需要，也是實(shí)現(xiàn)“兩個(gè)一百年”奮斗目標(biāo)和全體人民共同富裕的必然要求，這一戰(zhàn)略的提出，既有深刻的歷史背景，也有重大的現(xiàn)實(shí)意義。5結(jié)論由于在結(jié)構(gòu)安裝單元、結(jié)構(gòu)變形約束、混凝土澆筑等方面采取了切實(shí)可行的措施，本工程從地上二層開始，在鋼板自身變形方面，極大地減少了導(dǎo)致焊接變形的原因；在鋼板外約束方面，采取了提高結(jié)構(gòu)抗變形的能力，解決了導(dǎo)致剪力墻鋼結(jié)構(gòu)變形的關(guān)鍵問題，其變形控制效果非常明顯。以二層剪力墻鋼結(jié)構(gòu)施工完成檢查為例(見表2)，所有柱、板最大偏差均在規(guī)范《鋼板剪力墻技術(shù)規(guī)程》(JGJ/T380-2015)允許范圍之內(nèi)。同時(shí)，本層工期比第一層施工時(shí)間(含矯正)縮短5d，取得了較好的技術(shù)及經(jīng)濟(jì)效益，整個(gè)建筑剪力墻鋼板的安裝合格率達(dá)到98%。表2地上二層剪力墻鋼結(jié)構(gòu)實(shí)測最大偏差mm軸線鋼柱偏差__________鋼板最大偏差_____2/A-C123_____3/F-H105_____7/B-C85_____10/F-H142____13/B-C74_____13/C-E_______________________________________________5_10_____16/F-H______________________________________________148____19/B-C_____________________________________________107____23/F-H_________________________________________________1410_____24/B-C_______________________________________________134參考文獻(xiàn)[1]張智濤.基于型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)施工技術(shù)研究[J].鐵道建筑技術(shù)，2018(11)：119-122.[2]趙陽，劉小剛，穆靜波.超高層建筑鋼板混凝土組合結(jié)構(gòu)施工技術(shù)[J].施工技術(shù)，2016，45(18)：84-87.[3]張明亮，向思宇，胡習(xí)兵，等.濱江金融大廈T1塔樓鋼結(jié)構(gòu)吊裝施工技術(shù)[J].建筑技術(shù)，2019(4)：470-472.[4]孫朋，陳振明，戎澤振，等.復(fù)雜超高層建筑鋼結(jié)構(gòu)建造關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用[J].施工技術(shù)，2019(20)：30-34.[5]劉偉，王超.鋼板剪力墻的研究與進(jìn)展[J].吉林建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，2017(3)：26-30.[6]吳方亮.高層鋼結(jié)構(gòu)安裝施工技術(shù)探討[J].住宅與房地產(chǎn)，2018(28)：199.[7]李鵬，武超，熊巧華.武漢中心工程鋼板混凝土組合剪力墻總承包深化設(shè)計(jì)管理[J]