超高层建筑改造时A字柱与新增斜外框柱的对接施工方法与流程

超高层建筑改造时a字柱与新增斜外框柱的对接施工方法
技术领域
1.本发明属于超高层建筑改造技术领域，具体为一种超高层建筑改造时a字柱与新增斜外框柱的对接施工方法。


背景技术：

2.超高层建筑结构在改造时，可能会面临着上部改造部分结构的外形尺寸小于原结构，因此外框柱需要进行内收改造，需要新增倾斜外框柱。而新增竖向外框柱难以与新增倾斜外框柱对接，因此将新增竖向外框柱的荷载传递至新增倾斜外框柱成为设计和施工的难点，目前尚未有报道将新增倾斜外框柱和新增竖向外框柱进行焊接。
3.公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种超高层建筑改造时a字柱与新增斜外框柱的对接施工方法，将a字柱与新增斜外框柱进行准确对接，减少施工误差。
5.为此，本发明提供一种超高层建筑改造时a字柱与新增斜外框柱的对接施工方法，包括：s1、将新增斜外框柱焊接于原竖向外框柱的一侧，在建筑相邻两个面角部位置的原竖向外框柱上的新增斜外框柱之间焊接拉结梁；s2、对预制好的a字柱以及角部位置的新增斜外框柱进行三维激光扫描，并逆向生成模型；s3、将新增斜外框柱模型和a字柱模型导入逆向分析软件，得到新增斜外框柱顶部与a字柱底部的偏差值，判断该偏差值是否在可接受的范围内；s4、将a字柱的第一斜柱腿与建筑角部位置一个面的新增斜外框柱对齐，并将第一斜柱腿的底部与该新增斜外框柱的顶部焊接；s5、将a字柱的第二斜柱腿的底部与相邻面的新增斜外框柱的顶部焊接；s6、将a字柱的竖向柱头的顶部与新增竖向外框柱的底部焊接。
6.优选地，s5中如果第二斜柱腿的中心线偏离新增斜外框柱的中心线时，第二斜柱腿与新增斜外框柱的对接方法包括以下步骤：s51、拆除第二斜柱腿底部相对两侧的壁板；s52、在壁板拆除位置上方的第二斜柱腿内壁焊接柱内隔板；s53、将第二斜柱腿底部与新增斜外框柱顶部之间通过连接板焊接，此时连接板与第二斜柱腿、新增斜外框柱之间不焊死，便于后续调整；s54、采用千斤顶调整第二斜柱腿的未拆除的两块壁板的角度，使第二斜柱腿的底部与新增斜外框柱的顶部对接；s55、在前述拆除壁板的位置补焊新的壁板。
7.优选地，s52中焊接柱内隔板时，在柱内隔板上切割出坡口，并将柱内隔板与第二斜柱腿的内壁焊接，现场仰焊，焊缝等级为三级。
8.优选地，s53中连接板与第二斜柱腿、新增斜外框柱之间的焊缝等级为一级焊缝。
9.优选地，s55中在补焊新的壁板之前，先在柱内隔板与新增斜外框柱之间焊接竖向加强板，并在竖向加强板的侧壁焊接横向加强板，然后在拆除壁板的位置补焊新的壁板。
10.优选地，s55中补焊的壁板呈平行四边形，现场补焊新的壁板，焊缝等级为一级。
11.优选地，s1中新增斜外框柱焊接于原竖向外框柱的一侧的方法包括以下步骤：s11、在新增斜外框柱的矩形柱的底部远离原竖向外框柱的一侧焊接背板，并在矩形柱靠近原竖向外框柱的壁板两侧焊接一体成型的连接侧板，预制得到新增斜外框柱并运输至现场；s12、在原竖向外框柱靠近新增斜外框柱的一侧焊接支座，将新增斜外框柱吊装至支座的顶部，并将新增斜外框柱与支座焊接；s13、将连接侧板与原竖向外框柱焊接；s14、将封口盖板焊接在连接侧板的顶部、原竖向外框柱、矩形柱之间。
12.优选地，其中连接侧板上预留有槽口，在预制新增斜外框柱时，在焊接连接侧板之后，在槽口上方和下方的连接侧板之间分别焊接水平加强肋；s14中在焊接封口盖板之前，先将封口侧板焊接在连接侧板预留的槽口处，最后再焊接封口盖板。
13.优选地，连接侧板与原竖向外框柱之间的焊接、水平加强肋与原竖向外框柱之间的焊接均为带预应力焊接。
14.优选地，s2中a字柱的制作方法包括以下步骤:s21、将a字柱的竖板临时固定，然后在竖板的腰部两侧分别焊接横板；s22、将a字柱的第一斜柱腿、第二斜柱腿分别固定在横板的底部与竖板之间并焊接；s23、在竖板的底部与第一斜柱腿、第二斜柱腿之间焊接水平加劲板，然后在水平加劲板与横板之间的竖板两侧焊接斜加劲板；s24、在横板的顶部、竖板的两侧焊接竖向钢板形成竖向柱头。
15.与现有技术相比，本发明的特点和有益效果为：（1）超大建筑外框柱内收改造时，利用a字柱将下一层角部位置的相邻新增斜外框柱与上一层新增竖向外框柱连接，该a字柱的结构形式简单，传力路径简单，具体地，上部结构的竖向力由新增竖向外框柱传递到a字柱，并通过第一斜柱腿和第二斜柱腿传递至下部结构的原竖向外框柱上。力的传递过程中会对a字柱所在楼层的钢梁产生压力，对新增斜外框柱所在楼层的钢梁产生拉力，这两个楼层通过增加钢梁截面、布置水平撑、加强楼板等措施抵消拉力和压力，符合力的传递原理。
16.（2）将a字柱与下一层的新增斜外框柱、上一层新增竖向外框柱连接时，先将a字柱的第一斜柱腿与下一层一个面的新增斜外框柱焊接，然后将a字柱的第二斜柱腿与下一层相邻面的新增斜外框柱的顶部焊接，最后将a字柱的竖向柱头与上一层的新增竖向外框柱连接。采用这种施工方法可以通过竖向柱头修正新增斜外框柱的角度和位置，确保对接精度，有效防止出现a字柱与下层新增斜外框柱连接完成后，与上层新增竖向外框柱出现位移、角度偏差等的情况，进而影响结构整体传力路径。
17.（3）本发明在将a字柱的第二斜柱腿与新增斜外框柱对接时，先拆除第二斜柱腿相对两侧的部分壁板，然后在拆除位置上方的第二斜柱腿内壁焊接柱内隔板，防止a字柱因切除两侧壁板后发生形变，接着将第二斜柱腿与新增斜外框柱之间通过连接板焊接以控制偏差，安装连接板后，a字柱柱腿与斜柱即呈精准对接状态，无任何偏差。并调整剩余两侧的壁板的角度，最后再在拆除壁板的位置补焊新的壁板，此方式能够补救a字柱与下层斜柱出现偏差后影响安装的情况。
附图说明
18.图1为超高层建筑内收改造的示意图；图2为新增斜外框柱与a字柱的安装示意图；图3为a字柱的示意图；图4为省略竖向柱头时a字柱的示意图；图5为a字柱第二斜柱腿拆除壁板后的示意图；图6为a字柱第二斜柱腿焊接柱内隔板后的示意图；图7为a字柱第二斜柱腿补焊竖向加强板和横向加强板后的示意图；图8为a字柱第二斜柱腿补焊壁板后的示意图；图9为原竖向外框柱与新增斜外框柱的炸裂示意图。
19.附图标注：1-原竖向外框柱、2-新增斜外框柱、21-矩形柱、22-背板、23-连接侧板、24-封口侧板、25-封口盖板、26-水平加强肋、3-a字柱、31-第一斜柱腿、32-第二斜柱腿、33-竖向柱头、34-竖板、35-横板、36-水平加劲板、37-斜加劲板、4-新增竖向外框柱、5-壁板、6-柱内隔板、7-连接板、8-竖向加强板、9-横向加强板、10-支座、11-拉结梁。
具体实施方式
20.为使本发明实现的技术手段、创新特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本发明进一步说明。
21.在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本技术权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。
22.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
23.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上
述术语在本发明中的具体含义。
24.如图1和2所示，超高层建筑内收改造时，相邻两个面的原竖向外框柱1上连接的新增斜外框柱2均会向内倾斜并发生碰撞，形成特殊的a字柱节点。本发明在新增斜外框柱2与新增竖向外框柱4之间焊接一节a字柱3，该a字柱3自重很大，造型特殊，其中a字柱3的第一斜柱腿31、第二斜柱腿32分别与两个新增斜外框柱2焊接，a字柱3的竖向柱头33与新增竖向外框柱4焊接。
25.如图9所示，新增斜外框柱2包括矩形柱21、一体连接于矩形柱21底端远离原竖向外框柱1一侧的背板22、一体连接于矩形柱21与原竖向外框柱1之间的连接侧板23、以及连接在连接侧板23顶部、原竖向外框柱1与矩形柱21之间的封口盖板25。矩形柱21的宽度与原竖向外框柱1的宽度相同。预制新增斜外框柱2时，在连接侧板23上预留槽口，并在槽口上方和下方的连接侧板23之间焊接水平加强肋26。
26.如图3和4所示，a字柱3包括截面呈矩形的第一斜柱腿31、第二斜柱腿32和竖向柱头33，第一斜柱腿31和第二斜柱腿32的顶部焊接于一点，第一斜柱腿31与原竖向外框柱1之间、第二斜柱腿32与原竖向外框柱1之间的夹角相等且均不超过20
°
，在该角度范围内，a字柱所在楼层和新增斜外框柱2所在楼层的水平力不会过大，保证结构受力的合理性。第一斜柱腿31的延伸方向与其中一个新增斜外框柱2的延伸方向相同，第二斜柱腿32的延伸方向与另一个新增斜外框柱2的延伸方向相同。竖向柱头33焊接在第一斜柱腿31和第二斜柱腿32的顶端，竖向柱头33的顶端连接在新增竖向外框柱4的底端。
27.第一斜柱腿31和第二斜柱腿32的顶端均焊接有横板35，竖向柱头33焊接在横板35的顶部，第一斜柱腿31和第二斜柱腿32的顶部之间焊接连接有一块竖板34，竖板34的顶部超出横板35但是低于竖向柱头33的顶部。第一斜柱腿31顶部的横板35与竖板34的一侧焊接，第二斜柱腿32顶部的横板35与竖板34的另一侧焊接。竖板34的底部、第一斜柱腿31和第二斜柱腿32之间焊接有水平加劲板36，水平加劲板36与横板35之间的竖板34两侧焊接有斜加劲板37，其中一块斜加劲板37的一侧与第一斜柱腿31焊接，另一侧与竖板34的一侧焊接；另一块斜加劲板37的一侧与第二斜柱腿32焊接，另一侧与竖板34的另一侧焊接。横板35、水平加劲板36、斜加劲板37与第一斜柱腿31和第二斜柱腿32之间形成密闭空间。
28.超高层建筑改造时a字柱与新增斜外框柱的对接施工方法具体包括以下步骤：s1、将新增斜外框柱2焊接于原竖向外框柱1的一侧，在建筑相邻两个面角部位置的原竖向外框柱1上的新增斜外框柱2之间焊接拉结梁11。
29.新增斜外框柱2焊接于原竖向外框柱1的一侧的方法包括以下步骤：s11、在新增斜外框柱2的矩形柱21的底部远离原竖向外框柱1的一侧焊接背板22，并在矩形柱21靠近原竖向外框柱1的壁板两侧焊接一体成型的连接侧板23，预制得到新增斜外框柱2并运输至现场。连接侧板23上预留有槽口，在预制新增斜外框柱2时，在焊接连接侧板23之后，在槽口上方和下方的连接侧板23之间分别焊接水平加强肋26。
30.s12、在原竖向外框柱1靠近新增斜外框柱2的一侧焊接支座10作为底托，将新增斜外框柱2吊装至支座10的顶部，并将新增斜外框柱2与支座10焊接。
31.s13、将连接侧板23与原竖向外框柱1焊接，然后将水平加强肋26与原竖向外框柱1焊接。将连接侧板23与原竖向外框柱1焊接时，先施工水平加强肋26下方的竖向焊缝，焊接时要求两名焊接工人同时进行施焊作业，保证焊缝焊接长度同步。然后施工水平加强肋26
上方的焊缝，此时同样需两名焊接工人同步焊接，目的是防止焊接位移变形，控制形变。将水平加强肋26与原竖向外框柱1焊接时，先施工上方的水平加强肋26的焊缝，此部位焊接可操作空间小。然后施工下方的水平加强肋26的焊缝，此部位同样涉及操作空间小的问题，对焊接工人要求更高。
32.s14、将封口盖板25焊接在连接侧板23的顶部、原竖向外框柱1、矩形柱21之间。在焊接封口盖板25之前，先将封口侧板24焊接在连接侧板23预留的槽口处，最后再焊接封口盖板25，这种焊接方式可以避免仰焊，降低施工难度，保证施工精度。连接侧板23与原竖向外框柱1之间的焊接、水平加强肋26与原竖向外框柱1之间的焊接均为带预应力焊接。
33.s2、对预制好的a字柱3以及角部位置的新增斜外框柱2进行三维激光扫描，并逆向生成模型。
34.a字柱3的制作方法包括以下步骤:s21、将a字柱3的竖板34临时固定，然后在竖板34的腰部两侧分别焊接横板35。
35.s22、将a字柱3的第一斜柱腿31、第二斜柱腿32分别固定在横板35的底部与竖板34之间并焊接。
36.s23、在竖板34的底部与第一斜柱腿31、第二斜柱腿32之间焊接水平加劲板36，然后在水平加劲板36与横板35之间的竖板34两侧焊接斜加劲板37。
37.s24、在横板35的顶部、竖板34的两侧焊接竖向钢板形成竖向柱头33，竖向柱头33为钢板散拼。最后再拼装竖向柱头33，可以防止角度偏差而导致竖向柱头33与新增竖向外框柱4无法对接。如果将竖向柱头33与a字柱3从工厂整体预制的话，如果出现偏差，则此构件无法安装且现场无法进行加工调整。此外，a字柱3的底端与新增斜外框柱2连接完成后，可以通过竖向柱头33修正新增斜外框柱2的角度和位置。
38.a字柱3在制作前期需要准确分析其受力情况，加工时需要确保精度。利用a字柱3作为过渡钢柱，可以连接建筑角部位置下一层相邻两根钢柱，同时连接上一层一根钢柱。
39.s3、将新增斜外框柱模型和a字柱模型导入逆向分析软件，得到新增斜外框柱2顶部与a字柱3底部的偏差值，判断该偏差值是否在可接受的范围内。
40.s4、将a字柱3的第一斜柱腿31与建筑角部位置一个面的新增斜外框柱2对齐，并将第一斜柱腿31的底部与该新增斜外框柱2的顶部焊接。
41.s5、将a字柱3的第二斜柱腿32的底部与相邻面的新增斜外框柱2的顶部焊接。
42.如果第二斜柱腿32的中心线偏离新增斜外框柱2的中心线时，具体以某工程为例，第二斜柱腿32与新增斜外框柱2的南北向偏差为35mm，东西向偏差为30mm。此时第二斜柱腿32与新增斜外框柱2的对接方法包括以下步骤：s51、如图5所示，拆除第二斜柱腿32底部相对两侧的壁板5，具体以某工程为例，拆除高度为1m。
43.s52、如图6所示，在壁板5拆除位置上方的第二斜柱腿32内壁焊接柱内隔板6，具体以某工程为例，柱内隔板6在拆除位置上方200mm位置处，柱内隔板6的厚度为20mm，材质q355b。焊接柱内隔板6时，在柱内隔板6上切割出坡口，并将柱内隔板6与第二斜柱腿32的内壁焊接，现场仰焊，焊缝等级为三级。
44.s53、将第二斜柱腿32底部与新增斜外框柱2顶部之间通过连接板7焊接，此时连接板7与第二斜柱腿32、新增斜外框柱2之间不焊死，便于后续调整。连接板7与第二斜柱腿32、
新增斜外框柱2之间的焊缝等级为一级焊缝。
45.s54、采用千斤顶调整第二斜柱腿32的未拆除的两块壁板5的角度，使第二斜柱腿32的底部与新增斜外框柱2的顶部对接，此时已拆除壁板5的位置呈平行四边形。调整角度后，第二斜柱腿32与新增斜外框柱2的南北向偏差为10mm，东西向偏差为10mm，现场采用焊缝找平。
46.s55、如图8所示，在前述拆除壁板5的位置补焊新的壁板5。补焊的壁板5呈平行四边形，现场补焊新的壁板5，焊缝等级为一级。如图7所示，在补焊新的壁板5之前，先在柱内隔板6与新增斜外框柱2之间焊接竖向加强板8，并在竖向加强板8的侧壁焊接横向加强板9，然后在拆除壁板5的位置补焊新的壁板5。竖向加强板8和横向加强板9的厚度均20mm，材质q355b。
47.s6、将a字柱3的竖向柱头33的顶部与新增竖向外框柱4的底部焊接。
48.以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。