劲性混凝土结构中钢板墙与型钢柱安装焊接技术应用

宋 超 谢文强 侯海林

1.河北工程大学 河北 邯郸 056000

2.中建八局轨道交通建设有限公司 江苏 南京 210046

3.河北建筑工程学院 河北 张家口 075000

4.清华大学 北京 100080

近年来，随着城市发展，地下空间工程建设快速发展，地铁越来越多，每条地铁线路都包含一座车辆检修基地。而车辆检修基地为满足上盖物业楼房的开发，通常采用将型钢加进混凝土结构形成劲性混凝土结构增加承重能力，相较于普通的钢筋混凝土结构，在增加承重能力的同时也带来了钢结构安装、焊接难度大、焊缝质量不能保证等困难。因钢结构加工一次成型的要求高，加工后不可在现场进行切割，且钢结构构件单体重量大，安装焊接难度高。故需要在钢结构加工前进行安装优化设计的同时，还需要在安装及焊接过程中优化安装和焊接施工技术，在保证结构质量的同时降低施工难度。本文旨在从优化钢结构深化设计、降低现场吊装安装难度、钢板墙和型钢柱的现场焊接施工技术优化等方面保证施工质量，降低施工难度。

1 工程概况

图1 雄安新区至北京大兴国际机场快线项目运用库

雄安新区至北京大兴国际机场快线项目运用库为运用库位于场地东侧，长462m，宽209m，总建筑面积61498.57m²。运用库主体结构墙柱为型钢混凝土结构，分为框架柱、型钢柱、直型剪力墙、回型剪力墙四种，钢柱截面主要为十字柱、H型柱及“H+T”异形柱，钢材材质均为Q355B。其中框架柱424个，型钢柱113个，直型剪力墙128个，回型剪力墙111个，墙柱钢筋总量1.5万t，总钢材用量15000t。钢结构现场安装焊接难度大，本文对钢结构深化设计加工优化、现场安装技术优化、焊缝焊接施工方法优化等方面进行了研究[1]。

2 钢结构施工难度分析

2.1 钢结构构件组成形状不当造成焊接困难

本项目钢结构中存在大量由型钢柱及钢板墙组成的直行墙、回字墙、日字墙，在安装过程中，操作空间有限，焊接难度高、安装难度大、校核偏差大。

2.2 钢结构构件安装过程中临时固定措施不当造成安装困难

钢结构构件单体重量大，安装过程中需要使用汽车吊进行吊装安装，临时固定措施不当造成安装偏差大，调整次数多，浪费人力物力，增加劳动成本。

2.3 横竖向焊缝焊接施工过程中操作平台搭设不当造成焊接困难

钢结构构件安装校核完毕后，钢板墙及型钢柱连接处的横竖向焊缝属于高空作业，须同时考虑施工安全及焊缝质量。操作平台搭设须考虑搭设成本和后续工序施工操作空间，结合现场情况进行操作平台搭设。

3 钢结构深化设计在劲性钢筋混凝土结构施工过程中的应用

3.1 钢结构构件组成深化技术

3.1.1 存在问题

本项目钢结构中存在大量由型钢柱及钢板墙组成的直行墙、回字墙、日字墙，在安装过程中，由于型钢柱翼缘位置布置有间距300mm的栓钉，当钢板墙与型钢柱翼缘焊接时，型钢柱的栓钉阻碍焊接施工；当钢板墙与型钢腹板焊接时，焊缝内陷，造成焊接难度增加。对于异形柱与钢板墙焊接的情况，焊接难度较于普通型钢柱更是增加[3]。

3.1.2 解决方法

运用Tekla及Revit建模软件，在前期钢结构深化及施工模拟期间提前介入，根据施工经验和现场实际施工情况进行优化设计，在型钢柱上加焊一段钢板墙，将现场焊接的焊缝从型钢柱处调整至钢板墙处，增加焊接空间，方便操作。

同时型钢柱与加装的部分钢板墙的焊接在加工场内进行，较现场施工焊接难度低，焊接质量高，能够承受更大荷载，保证结构的完整性。

图2 钢结构安装构件组成示意图

3.2 钢结构现场安装临时固定技术

3.2.1 存在问题

本工程钢结构高度大、跨度长，需要分批次进行安装。安装过程中的临时固定措施及钢结构安装测量定位尤为重要。临时固定措施、测量定位措施不到位，不能保证焊接质量的同时甚至会带来很大的安全隐患[2]。

3.2.2 解决方法

图3 钢板墙安装临时固定示意图

图4 型钢柱安装临时固定示意图

在钢结构深化设计过程中，结合现场安装经验，在加工过程中就加装上临时连接耳板，到达现场后，上下钢结构构件的耳板使用高强螺栓进行连接，起到临时固定的目的的同时，将材料浪费降低到最小。同时还达到了可快速拆卸的目的。在保证焊接质量的同时，降低施工难度。

同时，耳板可用作测量定位的标靶点，测量耳板坐标，即可确定钢结构轴线坐标，降低测量难度，提高测量精度和速度，节省工期。

3.3 钢结构横向焊缝焊接技术

3.3.1 存在问题

本项目钢结构竖向焊缝长度长、距离地面高度高、焊接难度大，若焊接过程中不能保证焊缝的连续，将会导致焊缝质量下降，进而导致结构质量不达标。如果为焊接竖向焊缝搭设盘扣架焊接平台，将会大大增加工程量，造成材料浪费；阻碍钢结构的安装，导致钢结构碰撞盘扣架，存在较大安全隐患；还会导致后期钢筋安装操作空间小、安装困难等问题。

3.3.2 解决方法

图5 型钢结构竖向焊接平台示意图一

图6 型钢结构竖向焊接平台示意图二

对于钢结构竖向焊缝的焊接，经过测量后，使用角钢焊接竖向焊接梯笼，当进行竖向焊缝焊接时，只需要将竖向焊接梯笼固定在钢结构上，工人就可以在焊接梯笼内进行竖向焊缝的焊接。在保证施工人员安全的同时，保证了焊接质量。

较搭设盘扣架操作平台，可大大降低材料浪费；并不会阻碍钢结构的安装，随焊接随安装，焊接完成后可随时拆除；保证钢筋安装操作空间，降低安装难度，保证安装质量。

3.4 钢结构横向焊缝焊接技术

3.4.1 存在问题

本项目钢结构水平方向焊缝长度长、距离地面高度高、焊接难度大，若焊接过程中不能保证焊缝的连续，将会导致焊缝质量下降，进而导致结构质量不达标。如果为焊接水平焊缝搭设盘扣架焊接平台，将会大大增加工程量，造成材料浪费；阻碍钢结构的安装，导致钢结构碰撞盘扣架，存在较大安全隐患；还会导致后期钢筋安装操作空间小、安装困难等问题。

3.4.2 解决方法

对于钢结构横向焊缝的焊接，根据现场施工情况设计钢结构横向焊缝焊接操作平台，经过测量计算钢结构尺寸，并排布置两块钢跳板使平台宽度不少于500mm，下方间隔2m的角钢支撑平台，在钢板墙设置角钢支撑垫片，方便角钢支撑，平台上方设置竖向安全立杆及两道直径9mm封闭钢丝绳。安全立杆、角钢的数量及钢丝绳长度视焊接范围、钢板墙尺寸而定。既使焊接有便于操作的平台，又保证其安全性，同时焊接质量更优质。

较搭设盘扣架操作平台，可大大降低材料浪费；并不会阻碍钢结构的安装，随焊接随安装，焊接完成后可随时拆除；保证钢筋安装操作空间，降低安装难度，保证安装质量。

图7 型钢结构横向焊接平台示意图

4 结语

（1）结合本工程钢结构形式多样、节点复杂、钢结构安装复杂、焊缝长度大的特点，提供了此类劲性钢筋混凝土结构的深化技巧与施工经验。

（2）通过钢结构深化设计对现场施工的指导作用，降低施工难度，增加施工便利性。

（3）通过Tekla、BIM等建模软件的可视化有点，通过优化模型的方式在施工前对需要施工区域进行深化设计，解决复杂节点的安装及钢筋与钢结构的碰撞问题，为其他类似工程提供宝贵经验。