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| 钢结构主楼核心筒钢板剪力墙焊接关键技术 |
| 发布时间：2017-01-05 文章来源： 浏览次数：1170 |
建筑钢结构超高层建筑钢板剪力墙焊接工程, 是行业一大难题，目前掌握该项技术实质的单位和个人并不多，天津诺德英蓝国际金融中心主楼核心筒钢板剪力墙焊接关键技术，不仅获得良好的工程质量和各方好评，而且为建筑钢结构焊接工程提供了可以借鉴的宝贵经验，树立了榜样。
1 天津诺德英蓝国际金融中心主楼核心筒钢板剪力墙概况
天津诺德英蓝国际金融中心工程结构主要分为主塔楼、东裙房和北裙房三个部分。本项目建筑地上为64层，地下为4层。塔楼结构采用双重抗侧力结构体系：钢结构巨型框架+钢结构伸臂桁架+钢筋混凝土核芯筒，以抵抗风和地震产生的水平作用力。结合建筑的设备层与避难层，设置钢结构伸臂桁架与钢结构环形桁架。巨柱与环形桁架间在平面的角部区域设置了钢结构次框架。该工程设计采用了多种钢结构典型节点，钢板剪力墙焊接坡口的设计具有典型意义，因此是本文阐述重点。
钢板剪力墙工程现场焊接分为两种情况：1） 钢板剪力墙钢板与钢板竖向对接焊接为立焊焊缝；2）每层钢板剪力墙分段之间是纵向对接为横向焊缝。
钢板剪力墙的板厚分为40mm和20mm两种。外圈钢板剪力墙钢板厚度为40mm，内圈十字方向剪力墙钢板厚度为20mm。现场钢板墙对接纵、横向焊缝要求为全熔透，钢板剪力墙封闭之后形成封闭矩形稳定结构，由于封闭框架刚度很大，所焊焊缝承受极大的拉应力，因此对焊接工艺要求很高，如果所采用的工艺不合理，将会造成焊接裂纹的产生，所以有很大难度。
钢板剪力墙是封闭稳定结构，由于框架是H 型钢制作，所以刚度很大，其封闭体内焊缝承受极大的拉应力；除此之外，钢板剪力墙两端存在框架刚度不对称的情况，给焊接工程带来极大的困难。
2 钢板剪力墙竖向对接焊接顺序
钢板剪力墙焊接成功的关键是焊接顺序和坡口的设计，这是在钢板剪力墙焊接失败工程案例后得出的结论。
2.1 总体焊接顺序
******层剪力墙钢板构件吊装到位后，连接锚栓。剪力墙钢板构件之间连接板固定，然后进行第二次剪力墙钢板及暗柱吊装。吊装完成后进行******层剪力墙钢板构件之间纵缝立焊焊接。第三层剪力墙钢板构件全部吊装就位后进行第二层与******层剪力墙钢板构件之间的横向焊缝焊接。
为了减小构件焊接变形，采用多层多道错位焊接技术，焊接顺序原则上先焊接焊缝两端刚性相差不多的焊缝，对于钢柱两侧的对称焊缝采用同时对称的焊接顺序。对于两根钢柱直接单片剪力墙的两道焊缝，采用先焊接一端焊缝（同时对另一端焊缝加强临时固定），等焊缝冷却至常温后焊接另一端焊缝。
2.2 钢板剪力墙层间横焊焊缝
层间钢板剪力墙横向焊缝水平从中间往两边分段退焊，同时对称焊接顺序是从中间向两端推进，按图1所标顺序图号进行分段退焊。
2.3 剪力墙钢板层间对接立焊焊缝
钢板剪力墙纵焊缝立焊难度******，根据钢板剪力墙结构型式和焊缝的布置，将整个焊缝分成八个部分进行分部焊接，如图2所示：1、2、3三个部分相对独立，焊接顺序根据后文细部焊接原则焊接。4、5、6、7、8五个部分首先焊接两段对称部分4、5，然后焊接4、5之间连接部分6，最后焊接7、8部分，见图2。
2.4 ******部分（图3）焊接顺序
按图3所标焊接顺序进行焊接，其中“焊接顺序1”为对称施焊。
2.5 第二部分（图4）焊接顺序
按图4顺序进行焊接。
2.6 第三部分（图5）焊接顺序
按图5按所标焊接顺序进行焊接，其中“焊接顺序1”为对称施焊。
******道焊缝焊接完成后，等待焊缝完全冷却到常温，再进行焊缝2的焊接。
2.7 第四部分和第五部分（图6）焊接顺序
按图6顺序进行焊接。第四和第五部分，剪力墙分段基本对称，焊接顺序相同，下面只介绍第四部分焊接顺序。
2.8 第六部分（图7）焊接顺序
按图7所标顺序进行焊接。其中标注1为立柱对称施焊。焊接完成后，再焊其它焊缝，按1~6的顺序焊接。
一般规定：一道焊缝焊接完成后，等待焊缝完全冷却到常温，再进行后续焊缝的焊接。
2.9 第七部分（图8）焊接顺序
按图8所标顺序进行焊接。
2.10 第八部分（图9）焊接顺序
按图9所标顺序进行焊接。
3 钢板剪力墙焊接失败的教训和成功的经验
在钢板剪力墙的施工中，通过现场有效控制，保证结构安全；
施工追求的钢结构系统理想的初始应力状态最终目标就是：安装和焊接所产生的应力应变完全符合设计的技术要求，并且************的均匀化。因为钢结构系统的初始应力是直接涉及结构安全与否的重要指标，这也是本工程钢板剪力墙焊接的原则；
在严格执行本文所述焊接顺序的前提下，焊缝应力应变的大小，取决于焊缝的设置和坡口的大小，对此，有很多经验教训值得总结。
3.1 焊接坡口的选择不合理，系统不仅变形大而且出现热裂纹
由于现场焊接条件和认识水平的限制，本工程******节柱及剪力墙基本已经加工制作完成（见图10所示），钢板剪力墙现场焊接连接坡口全部为单面坡口反面加垫板全熔透。板厚为40mm的钢板剪力墙对接，按常规焊缝焊接，焊接完成后结构钢柱和钢板墙的变形很大，而且出现热裂纹。
单向坡口是在型式构件反面不宜焊接的场合中使用，由于坡口的截面积是双向X型同角度坡口的2倍，其收缩应力应变大大增加，加上结构型式十分特殊，因此给钢板剪力墙系统带来很多应力应变的不利因素。为此，险些造成焊接工程停产。
3.2 不合理焊接坡口处理技术要点
焊接的应力应变大小取决于焊缝坡口截面积，因此，首先要解决好这一难题。应用堆焊技术，减少坡口截面积。
对于已经加工完成的构件，现场焊接采用以下方法减小焊接变形。
3.2.1 竖向堆焊焊缝的焊接顺序（如图11）
3.2.2 横向焊接顺序（如图12）
3.2.3 增加系统约束，减少系统形变
钢板剪力墙有较严格的尺寸公差，在大量焊接之后会产生很大的变形而导致焊接失败，根据焊接应用技术理论，增加系统约束可以有效的防止变形。为此，对单面不合理坡口加强约束，如图13所示。
按所规定的焊接顺序，应用多层多道错位焊接技术，按图13加强体系进行不合理单向坡口焊接获得成功。
3.3 成功的经验和推荐的技术要点
双面对称K型坡口不仅大大地减少了焊缝截面积，减小了熔敷金属，而且大大地减少了应力应变，同时采用增加约束控制焊接变形，是钢板剪力墙焊接成功的关键技术，推荐双面K型坡口及加强，见图14所示。
工程实践中坡口留1~2mm间隙，******道焊接采用单面焊双面成形或两侧对称焊接，两人对称焊接允许错位2~3mm。然后两侧对称同时焊接，见图15所示。
由于采用了双面K型坡口并附加约束，按本文所述焊接顺序进行焊接十分顺利，焊接应力应变完全在控制之中。
4 其它技术要点
针对本工程大部分剪力墙分段竖向焊缝全部为立焊，焊接过程中尽量减小焊接过程中的摆动。摆动范围SMAW≤3倍焊条直径。GMAW摆动范围在15~20mm之间，现场横焊不得有摆动。
4.1 不能对称施焊的焊缝
两根暗柱之间只有一块剪力墙钢板，剪力墙钢板与两侧暗柱焊缝严禁对称施焊。应先焊接一边，待其温度降至常温后再焊另一侧焊缝。
4.2 能对称施焊的焊缝
同一根暗柱两侧对称有剪力墙钢板对接的，应同时对称焊接两侧钢板剪力墙对接焊缝。
4.3 需要增加刚性约束的焊缝
焊接边柱时，因边柱只有一侧连接，另一侧无法加固，采用在边柱与内柱之间增加一侧加劲板，加劲板规格为PL30×200，通长布置见图16所示。
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