[提要] 瑞丰国际商务大厦是国内全部采用矩形钢管混凝土柱的高层钢结构建筑。详细介绍了工程的概况、施工过程中进行的新技术试验以及钢结构构件制作工艺和质量控制措施。介绍了安装施工中栓钉焊接和管内混凝土浇筑技术。通过实践和研究,积累了矩形钢管混凝土高层钢结构工程的施工经验。
[关键词] 矩形钢管混凝土结构 制作 安装施工 高层建筑
Richful International Business Building is known as the building with rectangular steel-concrete infilled tube columnsin China.Thispaper described the construction procedure of thisproject and the testing for the new construction tech-niquehttp://www.51lunwen.org/jiegou/ and the manufacturing as well as quality control.The welding of studs and concrete cast-in-site in the tube steelcolumns are introduced.Through the construction of this building,a lot of experiences are accumulated which may behelpful for the construction of other similar high-rise steel buildings.
Keywords:rectangular steel tube with concrete infilled;manufacturing;construction;high-rise building
一、工程概况
瑞丰国际商务大厦是国内首次全部采用矩形钢管混凝土结构的高层钢结构建筑。由裙房和东楼、西楼三部分组成,总建筑面积为51 095m2。地下2层,地上24层,其中裙房为5层,东楼15层,西楼24层。层高为3·3~4·5m,柱网为7·6m×7·6m,建筑的最大高度为89·70m。大厦位于杭州市庆春路与中河路交汇处东南21,22#地块内,由杭萧房产筹资兴建,是一幢集商贸、金融、办公为一体的综合性、多功能、智能化大厦。
工程由杭州市城建设计研究院设计,浙江杭萧钢构股份有限公司承担钢结构制作和安装。
工程为框架-筒体结构体系,裙楼结构平面如图1所示。采用矩形钢管混凝土柱、钢-混凝土组合梁、压型钢板组合楼板和钢筋混凝土核心筒。其中地下室1层楼盖,钢梁采用外包混凝土,楼板为现浇钢筋混凝土。采用钻孔灌注桩基础(桩径800~1 000mm,单桩最大承载力为5 700kN,桩承台高800~1 200mm,采用四桩一柱或三桩一柱,底板混凝土厚800mm。钢柱截面为600×600,500×500两种,材质Q345B,板厚最大28mm,最小16mm,柱节最长为13 200mm,单节柱最重为4·5t(不包含核心混凝土重量)。钢柱连接、断面、内隔板设置见图2~4。组合梁钢梁截面:主梁为H500×300×8×20,次梁为H400×200×8×14。钢结构总重约2 950t。柱-柱连接为焊接,柱-梁和梁-梁连接为栓焊混合连接。箱形柱内浇灌的混凝土强度等级分别为C40,C50,C55,单节柱的混凝土浇灌量平均为2·2~2·4m3。
工程于2000年6月28日破土动工,钢结构正式吊装于2001年2月28日开始,整个钢结构工程于2001年7月底结顶。
二、工程施工的准备
工作完成的主要准备工作有:编绘瑞丰大厦钢结构制作详图,编制工程制作要领书,钢结构施工组织设计和高层钢结构制作及安装过程质量控制文件;并建立了适应本工程钢结构详图绘制、制作、安装及管理的质保体系。
施工试验方面完成了工厂焊接工艺评定试验,工地焊接工艺评定试验,扭剪型高强度螺栓电动扳手校测,高强度螺栓及摩擦面抗滑移系数试(复)验,栓钉焊接工艺试验和工艺评定(穿透焊、非穿透焊),管内混凝土浇灌试验。开展了厚度较薄的箱形柱的制作工艺试验。为满足工程需要,在原有设备的基础上还装备了一条箱形柱制作生产线,包括数控切割机、箱形柱组装机、双弧双丝自动埋弧焊机、端面铣、非熔化嘴电渣焊机等。要求施工人员熟悉掌握由日本引进的非熔化嘴电渣焊的操作要领。此外,还邀请有关专家进行了钢结构工程设计的评审、论证。
三、工程质量控制
1·主要原材料的质量控制设计钢材材质为Q345B,柱子板厚为16~28mm,按照GB/T1591—94要求审核钢材出厂质量证明文件。每批进厂钢材取样复验,以保证所用钢板的化学成分、力学性能及外观尺寸公差均符合要求。
焊接材料要求供应商提供的焊丝、焊条均应有获得CCS,LR,ABS,NOV等船级社的认可文件和质量证明文件,并有在同类工程中使用的业绩,以确保焊材质量。实践中需严格控制焊条药皮的含水量以防止产生氢裂。
扭剪型高强度螺栓由台湾春雨工厂股份有限公司提供,其产品应符合规范GB3632规定要求。
栓钉和压型钢板分别由北京冶建新技术公司和攀钢生产,要求应符合相应的国家标准。
2·制作质量控制(1)箱形柱制作①放样、下料和边缘加工 采用定长进料,原则上箱形柱的翼板和腹板不拼接。翼板和腹板的下料采用数控直条气割机切割,并保证板条两边同时切割,避免侧弯和切割缺陷等。调直所有板料的直线度后,在铣边机上对腹板的两侧进行铣削坡口(工程只对腹板铣坡口,翼板不铣坡口)。在制备横隔板时应保证四角方正,二对角线长度误差控制在0~1·5mm内。在隔板中心,用数控切割机气割250或300圆孔(灌混凝土用),在四角气割30排气孔。四角焊缝下衬板条,至少有二相邻面平整,且互成直角,并保证电渣焊用的隔板垫板一侧平直,必要时进行刨边或铣边修正,以保证隔板和翼板装配密贴。
②U型槽的组装 利用箱形柱组立机上的滚轮、定位夹具从基准端开始,将两腹板从一端至另一端贴紧隔板边缘,并用手工焊将二腹板与内隔板组点焊固定,用CO2气体保护焊焊接横隔板与二腹板间的焊缝与翼板的焊缝,焊接顺序为先焊柱中间隔板,再分别往柱两端对称焊接。对于每一块隔板与腹板的连接缝,又从中间分别往两端施焊。焊后经超声波探伤检测合格后,将上翼板吊至U型槽上,从基准端开始,向另一端点焊固定上翼板与两腹板的连接缝。
③焊接箱形柱四角焊缝 箱形柱四纵缝焊前先进行定位焊,定位焊缝长20~30mm,间距250~350mm。
四条纵向焊缝焊接采用林肯双弧双丝自动埋弧焊。焊接时两台焊机同时焊接两条焊缝,以水平位置焊接。
焊接应同时、同向施焊,中途不间断至一端。焊完一面后翻转180°,按相同方法焊接另一面。值得注意的是,因管内混凝土在浇筑中会对柱壁产生较大的侧压力,因此对于板厚相对较薄的箱形柱在焊接四条纵缝时,应控制焊接质量。
④内隔板与翼板间的电渣焊 采用非消耗电渣焊机焊接各隔板的焊缝,采用两台焊机同时对称焊接一块隔板的两侧焊缝。采取从柱中间往两端对称焊接的顺序,以尽量减少焊接变形。
⑤铣端面 以柱原基准端为基准,进行端面铣削,使铣削端面与柱轴线垂直,并以已铣好的一端为基准,铣削另一端,铣削后柱的长度为柱长加其正公差值,公差值根据预留焊接收缩量和现场柱段标高实测误差进行修正。两铣削面应保证平行并与柱身轴线垂直。柱身各种零件制作在360°的转台上进行。
最后装焊柱身各种零件板。
(2)主次梁的制作高层钢结构主次梁制作质量主要取决于二次加工线的装备水平。公司在工程的H梁加工中采用数控三维钻进行梁长、两端高强度螺栓孔群间自动定位和钻孔,用带锯床进行梁的端面锯割,确保了梁长度及公差的准确。切割后由锁口机进行梁端腹板和翼板间R35的扇形切角,同时完成梁上下翼缘的坡口。特别是梁两端高强螺栓连接处腹板的摩擦面处理必须达到要求,工程采用日本大东研削机专门对该部位进行摩擦面处理,满足了抗滑移系数的要求。
3·安装质量控制(1)施工测量精度控制钢柱垂直度控制:做好各个首吊节间钢柱的垂直度控制;钢柱校正在初拧前用长水平尺粗略控制垂直度,待形成框架后进行精确校正;焊接后进行复测,并与终拧测量结果作比较,以此作为下一步施工的依据。
标高控制:高层的竖向传递采用钢尺,通过预留孔向上量测,每层传递的高程要进行联测,相对误差应小于2mm;确定各层柱底标高50cm线及梁标高10cm线,通过控制柱底标高来控制柱顶及梁标高。
在每6~9层高度要进行绝对标高的复核,采用全站仪从±0·00向上进行已安装构件标高的复核,有较大误差时应分析原因加以调整。工程按最高建筑物整体垂直偏差不超过25~30mm精度要求进行控制(规范值为H/2 500+10,且≤50mm)。
(2)高强度螺栓连接质量控制为确保高强度螺栓连接副施工质量可靠,现场对高强度螺栓按出厂批号随机抽样进行复验。大六角头螺栓复验扭矩系数和标准偏差,扭剪型螺栓复验预拉力和标准偏差。现场还对摩擦面抗滑移系数进行了测试,其最小值符合设计要求。
高强度螺栓连接副施工顺序:同一平面内从中间向两端依次紧固;框架周围的高强螺栓穿向结构内侧,框架内侧的高强度螺栓沿规定方向穿入,同一节点穿入方向应一致;垂直方向施拧顺序为先上层梁,再下层梁,后中层梁,待三个节间全部终拧完成后方可进行焊接。
(3)现场焊接控制从焊条烘焙、垫板及引熄弧板的装配、坡口焊前测量、焊道清理到焊接电流电压的设定调节、焊接速度等各个环节均应严格按现场焊接工艺指导书的规定执行。柱-柱、梁-柱、梁-梁焊缝的一次超声波探伤合格率达到B1级质量的焊缝均在95%以上。
