中國建筑金屬結(jié)構(gòu)協(xié)會
建筑鋼結(jié)構(gòu)分會主辦
摘 要 安徽國際金融貿(mào)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)量控制的重點內(nèi)容之一。合理布設(shè)測控網(wǎng)，科學(xué)的測控手段結(jié)合正確的糾偏手段，并嚴格按照焊接工藝要求實施焊接，是本工程鋼管柱精度控制的著眼點。
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(mào)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(jié)構(gòu)建筑，東西寬為43.2m、南北長為42.6m,地下三層，負三層樓板標(biāo)高為-14.45m，地上57層,標(biāo)高為224.05米，在其頂部另設(shè)有二層電梯機房，屋頂標(biāo)高為238.1m，屋面外廣告架標(biāo)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(guī)格的H型鋼梁組成，核心筒為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，內(nèi)部設(shè)10根勁性鋼骨柱。
圖1 安徽國際金融貿(mào)易中心鋼結(jié)構(gòu)工程整體效果圖
2 超高層鋼結(jié)構(gòu)圓管柱施工質(zhì)量控制技術(shù)
對于超高層結(jié)構(gòu)，尤其是超高層鋼結(jié)構(gòu)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，作為民生工程的甲級寫字樓項目，工程施工質(zhì)量，尤其是工程實體的耐久性、高層結(jié)構(gòu)垂直度、鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量、鋼構(gòu)件錨固質(zhì)量等方面是鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量控制中的重點內(nèi)容。本文主要從超高層鋼結(jié)構(gòu)建筑中圓管柱的垂直度控制和焊接質(zhì)量控制技術(shù)兩個方面討論超高層鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)安全控制的重點。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。施工過程中，我們主要采取以下幾個方面的措施：
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(jié)構(gòu)安裝質(zhì)量以及工程進度的關(guān)鍵工序。作為超高層建筑，對精度的控制相對于普通的結(jié)構(gòu)要求更高，在整個施工過程中，必須采取一系列的措施，確保測量結(jié)果。在現(xiàn)場施工的過程中我們采用“內(nèi)控法”的總體測量思路，遵循“由整體到局部”的測量原則，通過激光天頂儀作軸線控制和傳遞，通過架設(shè)經(jīng)緯儀對每節(jié)柱段的安裝軸線進行加密，在焊前對每節(jié)鋼柱作一次整體的軸線和垂直度測量，得到每根柱的焊前測量數(shù)據(jù)，根據(jù)每根鋼柱的偏差調(diào)整其對接口的焊接順序，焊接完成后再作一次整體軸線測量，得出焊后測量結(jié)果。以此循環(huán)，每節(jié)柱段的焊后偏差數(shù)據(jù)又作為上一節(jié)鋼柱吊裝校正糾正偏差方向的依據(jù)。
2.1.1 測量控制網(wǎng)布設(shè)及傳遞
本工程施工中我們用全站儀采用直角坐標(biāo)法在塔樓的首層（±0.00m）設(shè)置一套平面控制網(wǎng)，將首層的4個控制點作為結(jié)構(gòu)施工過程中的主控制點對整個地上結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量進行觀測、控制。同時，通過DZJ2型激光天頂儀將首層的4個主控制點的進行豎向傳遞，在施工層面再將控制網(wǎng)進行加密，以便對施工質(zhì)量進行精度更高的觀測、控制。
圖2 平面主控制點布置圖
圖3 控制點的點位接收示意圖
2.1.2 安裝過程中鋼管柱施工質(zhì)量的測量控制技術(shù)
在結(jié)構(gòu)施工過程中，我們依據(jù)首層的主控制點分別對每層的控制網(wǎng)進行加密，通過全站儀測設(shè)出鋼管柱在準(zhǔn)確位置，再分別在互相垂直的兩個方向架設(shè)經(jīng)緯儀對單根鋼管柱進行垂直度監(jiān)控。針對鋼管柱不同于箱型柱的特點，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)量見圖4。
圖4 測量定位示意圖
（1）鋼管柱定位軸線的測量技術(shù)：
鋼柱的定位控制主要從地面基礎(chǔ)軸線開始，每節(jié)鋼柱的安裝始終以地面基礎(chǔ)軸線為控制基準(zhǔn)，對鋼柱的垂直度進行測量控制，禁止采用下節(jié)鋼柱作為測量基準(zhǔn)來控制上節(jié)柱，以免因此產(chǎn)生的測量累積誤差。在安裝過程中，通過反復(fù)定位、調(diào)整，保證焊接后鋼柱軸線位置的準(zhǔn)確性。
（2）鋼柱標(biāo)高的測量技術(shù)：
由于每節(jié)柱段柱頂均高出該層1300mm，因此，依據(jù)在核心筒外壁投測的高程控制基準(zhǔn)點(用紅三角標(biāo)示)，利用三角高程測量法，在每層鋼柱上投放高程控制點，建立高程控制網(wǎng)，以便控制每節(jié)鋼柱的豎向高程。每安裝一節(jié)柱后，對柱頂進行一次標(biāo)高實測，誤差超過規(guī)范和設(shè)計允許的偏差時，采用螺栓千斤頂進行調(diào)整，偏差過大時分兩次或幾次進行調(diào)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(biāo)識標(biāo)高線，安裝后與標(biāo)識在柱頂以下500mm的標(biāo)高線直接用直尺進行檢測，既便于現(xiàn)場操作，又保證了鋼柱標(biāo)高的傳遞，見圖5
圖5 鋼管柱安裝標(biāo)高檢測
（3）鋼管柱垂直度的測量技術(shù)：
將與待調(diào)整的鋼柱安裝位置成90°的兩條軸線分別向內(nèi)側(cè)偏移1000mm/2000mm，在相互垂直的兩條控制線的交點上架設(shè)一臺經(jīng)緯儀，在與其垂直的鋼柱安裝軸線上架設(shè)另外一臺經(jīng)緯儀，對準(zhǔn)鋼柱的中軸線平移引出的控制線同時監(jiān)測，再將鋼柱的實測中軸線利用鋼尺返測至鋼柱上，與鋼柱自身中軸線相比較，將柱身調(diào)整至兩個方向的軸線與控制線相互重合。同時，利用經(jīng)緯儀照準(zhǔn)鋼柱底部的基準(zhǔn)線投測至柱頂，與柱頂中軸線進行比對，調(diào)整鋼柱至兩線重合，則鋼柱的垂直度調(diào)整到位。
通過以上措施，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、安裝過程中控制圓管柱的橢圓度、制作基準(zhǔn)線和安裝基準(zhǔn)線的統(tǒng)一等是工程施工質(zhì)量控制的關(guān)鍵。因此，我們分別通過優(yōu)化制作及安裝工藝，制訂詳細的制作工藝指導(dǎo)書，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
對進入工地現(xiàn)場的圓管柱進行測量，并對上下圓管柱對接口進行測量，檢查圓管柱的橢圓度和安裝基準(zhǔn)線是否符合標(biāo)準(zhǔn)，上下圓管柱對接口的尺寸偏差是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求，對不符合要求的部位進行標(biāo)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行的第一次校正，即要求柱的各項指標(biāo)均達到國家驗收規(guī)定。在超高層結(jié)構(gòu)中，如果形成框架后再進行所謂整體校正，由于各構(gòu)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(yīng)先從中間跨開始對稱地向兩端擴展進行梁的安裝；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、延伸的思路進行。
（2）校正工作的主要內(nèi)容
鋼管柱的校正是鋼結(jié)構(gòu)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，即進行鋼柱的測量、校正。其校正的內(nèi)容和順序為：鋼柱定位軸線的校正、鋼柱標(biāo)高的調(diào)校、柱身扭轉(zhuǎn)調(diào)整、鋼柱垂直度的校正。針對本工程，我們根據(jù)現(xiàn)場實際及流水作業(yè)的要求劃分為西北區(qū)和東南區(qū)兩個作業(yè)段，每個作業(yè)段再根據(jù)鋼管柱的方位9根鋼柱采用從中間往兩側(cè)、兩個方向往角柱逐步推進的方法進行校正，待中間門洞柱校正、高強螺栓終擰、柱、梁焊接完成后，形成一個固定的剛性小框架，然后依次再對其兩側(cè)的鋼柱同時向兩端方向進行校正。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，待兩條相交軸線上其余7根鋼柱焊接完成后再進行復(fù)測、焊接，確保角柱的安裝精度。校正工藝實施“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(jié)構(gòu)的整體平面定位和垂直度得到了有效的控制。
2.2.3 鋼柱定位軸線的校正
由于鋼柱在加工、運輸及安裝過程中，端部可能出現(xiàn)變形，為防止上下兩節(jié)鋼柱對接口出現(xiàn)錯位，需在確保上下柱段十字中心線（柱中心線）與安裝軸線重合的前提下，使鋼柱對接面平整或平滑過渡，禁止出現(xiàn)較大的錯口、錯邊。在安裝過程中，如遇到錯口、錯邊過大現(xiàn)象，則在柱與柱的連接耳板不同側(cè)面夾入墊板（厚在0.5~1.0mm），鋼柱的十字線偏差每次調(diào)整在3mm以內(nèi)，若偏差超過規(guī)范允許較大，則需分多次進行調(diào)整（需確保單節(jié)鋼柱軸線偏差滿足規(guī)范的要求），將鋼柱對接口錯邊調(diào)整至規(guī)范允許的3mm以內(nèi)。
2.2.4 鋼柱標(biāo)高的調(diào)校
鋼柱吊裝就位后，用安裝螺栓通過連接板固定上下耳板，但連接板不夾緊，通過起落鉤與撬棒調(diào)節(jié)柱間間隙。將上下柱的標(biāo)高控制線之間的距離與設(shè)計標(biāo)高值進行對比，并考慮到焊縫收縮及壓縮變形量，將標(biāo)高偏差調(diào)整至+5mm以內(nèi)。符合要求后打入鋼楔，對鋼柱進行定位焊，待鋼柱定位焊接完成后連同連接板一同切除。同時，將每根鋼柱的標(biāo)高實測結(jié)果與下節(jié)柱預(yù)檢長度對此，在安裝前或過程中進行綜合處理，對于標(biāo)高相對于設(shè)計值偏差在+10mm及以上的，由加工廠對上一節(jié)鋼柱柱身進行延長處理，確保鋼梁安裝標(biāo)高和鋼柱標(biāo)高符合設(shè)計要求；對于標(biāo)高相對于設(shè)計值偏差在+10mm以內(nèi)的在現(xiàn)場安裝時通過調(diào)節(jié)鋼柱對接焊縫的寬度進行調(diào)節(jié)，確保每節(jié)鋼柱的標(biāo)高符合設(shè)計及規(guī)范的要求。
2.2.5 柱身扭轉(zhuǎn)的調(diào)整
柱身的扭轉(zhuǎn)偏差是在其制作、運輸、貯存、安裝過程中產(chǎn)生的。扭轉(zhuǎn)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(zhuǎn)的影響。通過鋼柱對接位置的耳板在不同側(cè)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調(diào)整扭轉(zhuǎn)。每次調(diào)整扭轉(zhuǎn)在3mm以內(nèi)，若偏差過大可分2—3次調(diào)整。當(dāng)偏差較大時也可通過在柱身側(cè)面臨時安裝千斤頂對鋼柱接頭的扭轉(zhuǎn)偏差進行校正(如下圖6)。
圖6 標(biāo)高與扭轉(zhuǎn)的調(diào)整示意
2.2.6 鋼柱垂直度的校正
采用無纜繩校正法在柱的偏斜一側(cè)打入鋼楔或用頂升千斤頂，采用兩臺經(jīng)緯儀在柱的兩個互相垂直的方向同時進行觀測見圖7。在保證單節(jié)柱垂直度不超標(biāo)的前提下，并注意預(yù)留焊縫收縮對垂直度的影響，將柱頂軸線偏移控制到規(guī)定范圍內(nèi)。在本工程施工過程中，我們經(jīng)過對鋼柱焊前、焊后測量數(shù)據(jù)的比對、分析，并結(jié)合以往的施工經(jīng)驗，總結(jié)出鋼柱、鋼梁焊接收縮對單節(jié)鋼柱垂直度的影響為2-4mm。因此在每個作業(yè)段的門洞柱焊接完成后，其兩側(cè)鋼柱分別預(yù)留3mm作為焊接收縮量，即門洞柱兩側(cè)的鋼柱依次分別沿軸線向外傾斜3mm、6mm、9mm。最后擰緊臨時連接耳板的安裝螺栓并將鋼柱與鋼梁連接節(jié)點的高強螺栓用特定的電動扳手擰至額定扭距。
圖7 圓管柱垂直度調(diào)整
2.3 鋼管柱焊接技術(shù)
焊接質(zhì)量對整個工程起著尤為重要的影響作用，在鋼結(jié)構(gòu)整個施工過程中，我們按照集團公司制定的焊接工藝指導(dǎo)書，編制了現(xiàn)場焊接施工專項方案，明確規(guī)定了焊接施工的各項操作規(guī)程。結(jié)構(gòu)的焊接施工依然遵循校正的工藝，在局部區(qū)域形成框架后再采取由中間向兩端輻射、延伸的思路進行，即“先中間后兩側(cè)，先外框主梁再核心筒次梁”的順序。同時，鋼柱對接口的焊接采取“間隔跳焊”、“剛性固定”、“預(yù)留收縮量”、“多層多道焊”、“對稱焊接”等焊接工藝以降低焊接變形對鋼結(jié)構(gòu)安裝質(zhì)量的影響。高強螺栓終擰復(fù)核后，依據(jù)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(xiàn)場對接焊縫的焊前檢查、處理。在低溫環(huán)境下焊接施工時，采取焊前預(yù)熱措施，并制定相應(yīng)的低溫焊接工藝指導(dǎo)書和鋼結(jié)構(gòu)焊接專項施工方案；
（2）焊接過程中質(zhì)量控制主要通過檢查焊接方法、焊接順序、焊接參數(shù)等是否按焊接工藝指導(dǎo)書或工藝卡進行作業(yè)。重點對焊材、焊機依據(jù)規(guī)范和方案要求進行定期檢查，對焊接作業(yè)人員進行技術(shù)交底，強化施工過程中的質(zhì)量控制；
（3）依據(jù)規(guī)范和設(shè)計要求對現(xiàn)場的對接焊縫進行100%超聲波自檢探傷工作，加強焊縫焊后的外觀質(zhì)量檢查和超聲波（UT）檢驗，確?，F(xiàn)場對接焊縫質(zhì)量符合要求。
圓管柱焊接次序?qū)τ诒ＷC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(qū)同時對稱的退焊法施焊：
圖8 鋼管柱對接焊順序示意圖
圓管直徑范圍內(nèi)全部焊完1/3板厚后切去耳板，繼續(xù)在各焊工負責(zé)的范圍內(nèi)施焊，直至焊完整個接頭。
2）每兩層之間焊道的接頭相互錯開，2名焊工焊接的焊道接頭也要注意每層錯開，如圖9。每道焊完要清除焊渣和飛濺，如有焊瘤要及時鏟除掉，焊接過程中隨時注意檢測層間溫度的控制。
圖9 現(xiàn)場焊接操作及成形焊縫
3 結(jié)語
通過采取以上各項技術(shù)并改進工藝措施，本工程在第三方檢測單位的過程跟蹤監(jiān)測中，單節(jié)鋼管柱垂直度全部在10mm以內(nèi)，滿足規(guī)范要求的H/1000的規(guī)定（注：每節(jié)柱段長度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(biāo)準(zhǔn).建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)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(biāo)準(zhǔn).鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范（GB50205-2001）.北京.中國計劃出版社.2001.
作者簡介：賈偉朋（1981-），浙江精工鋼結(jié)構(gòu)有限公司施工技術(shù)負責(zé)人，工程師，主要從事建筑鋼結(jié)構(gòu)施工。
聯(lián)系地址：浙江紹興柯橋鎮(zhèn)柯西工業(yè)區(qū)鑒湖路1587號（312030）。
聯(lián)系電話：18605518327 E-mail：weipeng1127@163.com
范鵬濤 汪鵬 （長江精工鋼結(jié)構(gòu)（集團）股份有限公司 六安 237161）
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