高层双层钢板混凝土剪力墙施工技术

李 剑 山西八建集团有限公司

1 前言

近年来，随着钢板剪力墙理论的发展和工程经验的积累，高层结构中的核心筒主体剪力墙开始采用钢板剪力墙，以发挥钢材高强、质轻的特点。全钢骨组合钢板墙，也就是整个核心筒均采用钢板剪力墙，因此形成整体结构，最大限度地发挥钢板剪力墙结构的整体效用。组合钢板墙超长、焊缝多焊接量大和平面外刚度弱等特点，给钢结构施工带来了巨大的挑战。传统的“梁柱”施工方法，已经不能满足以“面单元”整体式钢板墙的施工，必须有进行有针对性的创新，才能有效地保障其施工质量。

2 工程概况

山西杏花村汾酒厂股份有限公司销售中心项目，位于山西省汾阳市杏花村镇，地下一层，地上主楼二十层，裙楼三层，总高度为89.3m，总建筑面积为45679.81m2，钢框架中心支撑结构体系，主楼核心筒采用箱型柱+双层钢板混凝土剪力墙组合结构，箱型柱之间采用钢板剪力墙连接，钢板混凝土剪力墙结构形式为，两侧30mm、16mm、14mm钢板，钢板墙内侧为Φ 19@200栓钉L=100mm，纵筋、水平筋钢筋为Φ14@150，拉筋为Φ10@450mm×450mm，内灌C50混凝土，厚度为400mm、350mm，单块钢板宽为2050mm，高为8m，焊缝长，钢板厚，焊接应力较大。通过研究与应用提高钢板剪力墙焊接质量、减少施工中的应力变形、最大限度地发挥钢板剪力墙结构的整体效用缩短了工期，节约了成本。双层钢板作为混凝土模板，省去了支模的程序并且加快了施工工期。

3 钢板墙施工工艺流程

准备工作→现场定位放线→墙竖向、水平钢筋绑扎→钢筋与钢筋连接板双面焊接→钢板墙安装→钢板墙竖向、水平焊缝焊接（全熔透一级焊缝）→焊缝试验→对拉螺栓加固→混凝土浇筑。

3.1 准备工作

①构件、焊剂、连接螺栓等进场前收集资料齐全（合格证、检验报告、复试报告等）；构件进场后需经验收并合格才可进行下一步工序。

②构件规格、尺寸、焊接坡口形式符合设计要求。

③防止焊接过程中应力变化引起应力变形，钢板墙出厂前设置直径为10cm应力孔洞（钢板剪力墙应力释放孔设置避开钢板剪力墙对角线500mm宽度范围受力较大的区域）。

④焊接设备、辅助设备、焊接人员、焊接工艺评定等工作已完成。

⑤双层钢板+钢筋混凝土剪力墙施工前，前道工序隐蔽验收合格，并要求对施工过程中的管理人员进行技术交底工作，施工管理人员并对现场安装操作人员完成技术交底。

3.2 现场定位放线

在测控点架设全站仪放出各钢板剪力墙的控制线，保证轴线偏差不大于规范允许值。

用水准仪和钢尺配合标出控制50cm线，用来测定高程，必须在楼层板面标高处固定牢固，保证钢板在浇筑混凝土前的稳定性。

3.3 墙竖向、水平钢筋绑扎

①绑接墙立筋14@150，画好横筋分档标志，在最上部、齐胸部、最下部三处分别绑扎一根水平筋，然后画竖向筋分档标志，在绑扎立筋时，搭接长度范围内绑扎3扣（两端50mm和中间处），按竖向筋分档标志固定竖向，且必须竖直；最后绑扎水平筋14@150，水平最下部第一根钢筋，距下层混凝土表面50mm，然后依次按水平筋间距绑扎其他水平钢筋。因剪力墙为双向受力筋，墙体钢筋必须全部绑扎，严禁漏绑。钢筋混凝土剪力墙必须与四周梁、板浇成整体。墙体钢筋是双层双向时，水平钢筋在外。

②距地面50mm处绑扎第一道水平筋，距柱50mm处绑扎第一道竖向钢筋。墙水平筋端头与钢筋连接板的搭接长度为150mm。

③水平、竖向绑扎钢筋搭接长度按要求施工，钢筋接头错开，同一截面接头率不大于总截面积的50%。甩出的钢筋用横向钢筋临时固定。

④墙内拉筋交错布置，墙体钢筋网之间设10@450拉筋。墙体拉筋按梅花形布置，拉结在钢筋交叉点。墙拉筋一端制成135°弯钩，一端为90°，先将拉筋套在墙上，待施工完一定部位再统一用扳手将90°弯钩弯到135°。

3.4 钢筋与钢筋连接板双面焊接

①水平、竖向钢筋与钢筋连接板双面焊接长度L=150mm（HPB300钢筋与钢板搭接长度不应小于4倍钢筋直径，其他牌号钢筋搭接长度不应小于5倍钢筋直径）。

②焊条：E43系列用于焊接HPB300钢筋、Q235-B钢板型钢，E50系列用于焊接HRB335钢筋、Q235-B钢板型钢，E55系列用于焊接HRB400热轧钢筋。不同材质时，焊条应与低强度等级材质匹配。

③钢筋侧连接板为16mm×150mm×120mm，钢筋连接板加劲肋t=16mm居中布置，焊缝宽度不应小于钢筋直径的60%，焊缝有效厚度不应小于钢筋直径的35%。

3.5 钢板剪力墙安装

①钢板墙吊装到指定位置后，用焊接约束板临时固定钢板墙。

图1 焊接约束板设置示意图

图2 焊接约束板现场图

②防止应力变形钢板墙外面设置横向通长加劲肋（槽钢背楞）约束变形扭曲。背楞从钢板0.5m处开始设置第一道，垂直于钢板竖向焊缝设置背楞间距为1m。背楞选用12号槽钢。钢板墙上口及变形较大区域需用特制千斤顶进行顶撑。

图3 背楞现场布置

图4 钢板剪力墙应力孔设置

图5 钢板墙丝杆加固

图6 易变形且应力较大区域现场顶撑

3.6 钢板墙竖向、水平焊缝焊接

3.6.1 焊前清理及温度控制

（1）焊前清理

在施焊前，先将坡口的内部以及垫于坡口的背部衬板的水泥灰渣、表面油污、氧化皮、锈蚀等杂物清理干净。钢板剪力墙的间隙大小应采用钢塞尺或者平板尺检查，钢板剪力墙的间隙应该允许偏差：无垫板的间隙时为0.3mm，0.0mm；有垫板间隙时为+3.0mm，-2.0mm。

（2）焊前温度控制

焊前预热采用火焰加热法，应该采用专用的测温仪器测量，预热的加热区域在焊缝坡口两侧，宽度应大于焊件施焊处板厚的1.5倍，且不能小于100mm，火加热器预热时正面测温应该在火焰离开后进行。

①焊前预热

焊接前使用火加热器将焊接坡口两侧的150mm范围内进行加热。

②层间温度控制

多层焊接时应该采用连续施焊，每一个焊道焊接完成后及时清理焊渣和表面的残留物。连续施焊过程中应该控制好焊接区母材温度，使层间温度应该控制在120℃～190℃。遇到中途断焊的情况，采取后热、保温措施，再次焊接时重新预热温度须高于初始预热温度。

③后热处理

为防止焊后残余应力产生塑性变形等不利影响，焊接后焊缝两侧200mm范围应使用电加热设备将加热至200℃～250℃，保持70min～120min。

3.6.2 钢板剪力墙焊接顺序

钢板剪力墙焊接严格遵守先立后横、由内到外的原则，焊缝应采用薄层、多道、窄道的焊接方法。长焊缝焊接法是分段跳焊法，分成很多段600mm分段焊接，临近层焊缝搭接50mm左右，必须保证焊缝的质量。一端焊接完成后，待达到常温后再进行另一端焊接。对横焊缝采用从中心向两边对称同时焊接的方法，焊接顺序与立焊缝相同。

为保证焊接的质量，焊接一律采用CO2气体保护焊，要求焊缝长度＞25mm，衬垫板厚度≥4mm。焊接完成后，使用火焰切割除去引弧板及引出板并修磨平整，不得使用锤击落。

3.6.3 焊后的校正检查

钢板剪力墙焊接完成之后应使电加热器留置一段时间去进行环冷，待焊缝处冷却后使电加热板拆除，再将临时的连接板割除。切割时，临时连接板需留出5mm的富余量，避免伤害母材。之后应采用上述测量方法进行测量，针对部分变形较大构件采用火焰校正进行纠偏，与设计数值进行对比，加热矫正的同时与外力矫正结合，达到理想的矫正效果，利用不均匀的加热使结构获得反向的变形来补偿或抵消原来的焊接变形。火焰矫正的时候，加热点冷却可以采用自然冷却和水冷却。采用水火矫正法能够使结构矫正收效快，并可以让矫正量大于自然冷却的矫正量。

3.7 焊缝质量检测

①焊后清理与检查：焊接完成后应及时清除飞溅物与焊渣，清洗干净后，用放大镜和焊缝量规对焊缝外观进行检查，焊缝外观质量应满足一级焊缝外观质量的要求，不得有未熔合、凹陷、气孔、咬边、裂纹等缺陷，并做好焊后的自检记录，自检合格后鉴上操作焊工的编号钢印，钢印应该鉴在接头中部距焊缝纵向的50mm处，为防止出现裂源应严禁在边沿处鉴印。

②焊缝的无损检测：冷至常温≥24h后的焊件，应进行无损检验，检验方式应为UT检测，检验标准应该符合GB11345《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》和JG/T203《钢结构超声波探伤及质量分级法》规定的检验等级并出具探伤报告。

③自检合格后，通知监理和业主，组织第三方监督检测和抽检。

图7

3.8 对拉螺栓加固

为确保混凝土浇筑过程中，混凝土外力引起钢板墙的变形，在提前留设好的应力释放孔处用对拉螺栓进行加固。用DN32镀锌管作为套管与钢板剪力墙同厚，制作边长15cm正方形钢板垫片，用27号丝杆进行双向螺栓连接并加固拧紧。

图8

3.9 混凝土浇筑

①墙、柱浇筑前底部要先填5cm～10cm厚与混凝土配比相同的减石子砂浆，混凝土分层浇筑振捣，使用插入式振捣器每层厚度不大于50cm，振捣棒不应触动钢筋及预埋件。

②剪力墙、柱混凝土强度等级比梁、板混凝土强度等级高，混凝土浇筑时要先浇筑剪力墙、柱，后浇筑梁、板。

③柱、墙高在2m之内，在顶部直接用灰浇筑，超过2m，应安装斜溜槽分段浇筑，每段高度不得超过2m。

④柱混凝土、墙应一次浇筑施工完毕，如需要留施工缝时应留在主梁的下面，在与梁板整体浇筑时，应在柱浇筑和墙完毕后停歇1h～1.5h，使其初步沉实在，再继续浇筑。

4 结束语

双层钢板+钢筋混凝土剪力墙施工技术与传统纯钢板剪力墙相比，此种组合剪力墙的抗剪承载力显著提高，通过合理设计可以避免钢板和混凝土板在小、中地震后的维修，还可以避免钢板屈曲带来的巨大噪声。双层钢板＋钢筋混凝土剪力墙中双层钢板作为混凝土模板，省去了支模程序，加快施工工期，具有承载力高、延性好、施工快捷、刚度大、抗火性好等优点。此种综合性能优越的结构形式，具经济性、安全、环保、结构简单，耐用等优点，若本项目的研究成果于应用同类型工程，将会产生很好的经济效益与社会效益。