在超高層建筑設(shè)計時常采用鋼結(jié)構(gòu)，內(nèi)部墻體構(gòu)造則使用輕鋼龍骨隔墻，輕鋼龍骨與鋼結(jié)構(gòu)通常利用強(qiáng)力射釘、轉(zhuǎn)接件或抱梁抱柱的形式進(jìn)行連接。這種連接方式需要投入角鋼或鋼件等較多的配套材料，施工操作步驟和質(zhì)量控制環(huán)節(jié)較多，因此成本高和施工時間長，同時大量的材料浪費和焊接也嚴(yán)重影響環(huán)保。為提高鋼結(jié)構(gòu)和輕鋼龍骨隔墻連接質(zhì)量，同時起到降本增效的作用，在鋼結(jié)構(gòu)和輕鋼龍骨隔墻體系中創(chuàng)新性地引入螺柱焊連接技術(shù)。螺柱焊是通過極短暫電流將鋼構(gòu)件表面熔融后與螺柱焊接，從而用螺母把輕鋼龍骨與鋼結(jié)構(gòu)有效連接。

1??工程概況

北京市朝陽區(qū)東三環(huán)北京商務(wù)中心（CBD）核心區(qū)Z12地塊項目地上45層，總建筑高度216?m，總建筑面積約18萬㎡，建成后將成為泰康集團(tuán)總部辦公基地5A級金融辦公大樓。

該工程地上塔樓為鋼支撐–鋼核心筒體系，地上墻體全部采用輕鋼龍骨隔墻，外部為玻璃幕墻，地上均為裝配式構(gòu)件。

該工程地上為純鋼結(jié)構(gòu)，用鋼量3.3萬t，隔墻全部采用輕鋼龍骨隔墻，隔墻面積約11萬㎡。鋼柱、鋼斜撐等用鋼型號為Q390GJC、Q390C，鋼梁用鋼型號為Q345C（GJ）、Q235C。隔墻輕鋼龍骨有C形、CH形、方鋼等，壁厚為0.8?mm和1?mm。隔墻面板為石膏板、水泥壓力板等。

輕鋼龍骨隔墻和鋼結(jié)構(gòu)的連接包括與鋼柱的連接、與鋼梁的連接和與鋼斜撐的連接。通常兩者之間的連接采用強(qiáng)力射釘、角鋼轉(zhuǎn)接件或抱梁抱柱的形式，而本工程則引入螺柱焊工藝，其典型的連接方式如圖1所示。

圖1??龍骨與鋼柱連接示意

2??螺柱焊工藝原理

在鋼結(jié)構(gòu)施工時，為了保證鋼結(jié)構(gòu)和混凝土的有效連接，協(xié)同發(fā)揮作用，常會在鋼構(gòu)件表面焊接一些栓釘，通過栓釘將鋼構(gòu)件和混凝土構(gòu)件澆筑成為一個整體。

根據(jù)該工藝，在輕鋼龍骨隔墻與鋼結(jié)構(gòu)連接時，采用類似點焊的方式也能實現(xiàn)有效連接，由此產(chǎn)生了在建筑施工中的螺柱焊工藝。螺柱焊機(jī)一般分為電容儲能式螺柱焊機(jī)和拉弧式螺柱焊機(jī)。在工程實踐中，經(jīng)過性能對比和試驗?zāi)M，現(xiàn)場比較適合采用焊接時間短、熔池淺的儲能式螺柱焊機(jī)。

焊機(jī)工作時，通過電容放電所提供焊接所需的能量，使螺柱和鋼構(gòu)件之間出現(xiàn)很短時間的電弧，電弧熔化工件表面和螺柱頂端的少量金屬，隨后螺柱浸入熔池，熔化金屬迅速冷卻，形成焊接接頭。之后用于螺柱對應(yīng)型號的螺母將彈性條和輕鋼龍骨固定于鋼構(gòu)件，上述步驟完成后再進(jìn)行后續(xù)龍骨、巖棉及墻板的安裝操作。

3??螺柱焊施工的控制要點

輕鋼龍骨隔墻和鋼結(jié)構(gòu)連接的整體工藝流程為：施工準(zhǔn)備→深化設(shè)計→測量放線→基層處理→焊機(jī)預(yù)熱→螺柱焊接→過程檢測→防火涂料修補(bǔ)→輕鋼龍骨安裝→一側(cè)隔墻面板安裝→巖棉板安裝→隱蔽檢驗→另一側(cè)隔墻面板安裝→后續(xù)隔墻安裝→驗收。

其中，螺柱焊工藝主要指焊機(jī)預(yù)熱、焊接和檢測3個過程。雖然螺柱焊相對于其他工藝來說質(zhì)量容易控制，但仍然需要注意把控好施工要點才能保證工程履約的順利實現(xiàn)。

螺柱焊工藝的要點包括以下幾方面。

（1）設(shè)備和材料選擇：螺柱焊機(jī)、螺柱焊釘?shù)炔牧蠎?yīng)進(jìn)行選擇，螺柱焊機(jī)性能應(yīng)保證焊接時間在3?ms之內(nèi)，無需保護(hù)氣體，同時熔池深度約0.1?mm，防止對鋼構(gòu)件造成傷害。螺柱焊釘選擇碳鋼鍍銅螺釘，其直徑應(yīng)根據(jù)設(shè)計要求或試驗數(shù)據(jù)確定，對于輕鋼龍骨隔墻而言，一般選擇直徑為6?mm或8?mm的螺釘即可滿足受力要求。

（2）樣板和試驗：螺柱焊在大范圍正式投入使用前，應(yīng)制作樣板，并取樣進(jìn)行相關(guān)力學(xué)等試驗，在所得的力學(xué)數(shù)據(jù)符合設(shè)計要求方可正式施工。

（3）深化設(shè)計：應(yīng)根據(jù)輕鋼龍骨隔墻體系的構(gòu)造和設(shè)計受力的要求，確定螺柱焊釘?shù)拈g距，深化螺柱焊釘排布。原則上螺柱焊釘按照600?mm間距設(shè)置基本能滿足設(shè)計要求，針對邊角處、門洞口、電梯井道等特殊位置的隔墻，由于形狀不規(guī)則或受力較大時，螺柱焊釘?shù)拈g距按照不大于600?mm的要求進(jìn)行排布（圖2）。

圖2??螺柱焊釘位置深化排布示意

（4）焊機(jī)預(yù)熱：螺柱焊機(jī)一般需充電1~3?s預(yù)熱后方可進(jìn)行焊接，具體預(yù)熱的時間和方法應(yīng)根據(jù)焊機(jī)說明書進(jìn)行操作。

（5）樣板制作：正式焊接作業(yè)前應(yīng)先行進(jìn)行試焊作業(yè)。焊接時，應(yīng)保持焊槍垂直于鋼結(jié)構(gòu)表面，焊槍靜止不動，直到焊接完全結(jié)束，最后垂直于鋼構(gòu)件表面的方向把焊槍拿開。當(dāng)間歇期間溫度降低后可以繼續(xù)焊接下一個焊釘。

（6）力學(xué)試驗：在制作完成的樣板上進(jìn)行取樣，送交有資質(zhì)的實驗室進(jìn)行力學(xué)試驗，得出的數(shù)據(jù)與膨脹螺栓連接受力數(shù)值進(jìn)行對比，如果力學(xué)數(shù)據(jù)比后者大，則滿足設(shè)計要求。根據(jù)工程實踐，一般螺柱抗拉拔力不小于5?kN則可滿足要求。

（7）現(xiàn)場質(zhì)量檢測：由于沒有針對螺柱焊釘施工質(zhì)量成熟的檢測規(guī)范和方法，在實際生產(chǎn)過程中可以參考鋼結(jié)構(gòu)栓釘焊接的檢測方法，具體要求為：按螺柱焊總數(shù)1%進(jìn)行抽查，且不應(yīng)少于10個。檢查時將螺柱焊釘彎曲30°用角尺檢查和觀察檢查，以無裂紋和松動為合格。

4??工程應(yīng)用效果

朝陽區(qū)東三環(huán)北京商務(wù)中心區(qū)（CBD）核心區(qū)Z12地塊項目于2016年1月開始施工，2017年11月主體結(jié)構(gòu)封頂，2018年9月完成核心筒隔墻施工。該工程所有輕質(zhì)隔墻龍骨與鋼結(jié)構(gòu)均采用螺柱焊工藝連接，單層的連接點數(shù)量約1?800個，45層共計81?000個連接點。

在純鋼結(jié)構(gòu)和輕鋼龍骨隔墻體系中采用螺柱焊連接工藝與轉(zhuǎn)接件、包梁包柱等工藝相比，操作簡便、施工效率高、質(zhì)量能夠有效保證、且焊接作業(yè)少、安全性高、投入成本低，特別是針對輕鋼龍骨和鋼構(gòu)件連接點數(shù)量眾多的情況，該工藝優(yōu)點突出，能大幅縮減工程總體工期，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。在本工程中，與傳統(tǒng)轉(zhuǎn)接件的連接方式相比，采用螺柱焊連接工藝節(jié)省工期21?d，產(chǎn)生效益約24.3萬元。

螺柱焊工法焊接時間短、接觸面小，與傳統(tǒng)焊接相比，大幅減少有害氣體和光污染，對環(huán)保和綠色施工意義重大。螺柱焊能夠提高工效，使工程盡快投入運營、盡早發(fā)揮工程價值。該工藝已順利通過北京市科技成果鑒定，并獲得實用新型專利，對于新技術(shù)推廣和應(yīng)用起到積極作用。

5??結(jié)論

螺柱焊工藝能廣泛應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)與輕鋼龍骨隔墻的連接，不會對鋼構(gòu)件產(chǎn)生損傷，且質(zhì)量可靠，能在很大程度上節(jié)約工期，成本方面也比傳統(tǒng)工藝有所降低，同時減少了焊接廢氣排放和輔料的使用，對環(huán)境保護(hù)有積極作用。該工藝有力地推動了輕鋼龍骨隔墻體系在鋼結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用，為以后同類工程施工提供可借鑒的寶貴經(jīng)驗。