高层建筑钢结构焊接施工技术.pdf

高层建筑钢结构焊接施工技术 樊警雷 苏春虎 李善文 中建八局钢结构工程公司 上海2 0 0 1 2 5 摘要焊接作为高层钢结构施工中的一道关键工序，是影响工程整体质量、安全及施工进度的重要因素。南京新金陵 饭店作 为具 有代表性的钢结构高层 建筑 ，分析并总结 了其施工过程 中的焊接节 点形式、工艺方法 、工艺评定 、过 程控 制 、高空防护等一系列关键技 术 ，为后续此 类施工提供借鉴。 关键词 高层钢结构 钢构件焊接 过程控制 高空防护 中图分类号 T U 7 5 8 文献标识码B 文章编号1 0 0 4 1 0 0 1 2 0 1 4 I 2 - 1 3 7 3 0 2 Co n s t r u c t io n T e c h n o l o g y f o r St e e l St r u c t u r e W e ldi n g o f Hi g h Ri s e Bu i l d i n g F an Ji n gl ei Su Chun h u Li Sha n wen Ch i n a Co n s t r u c t ion E i g h t h En gin e e r i n g Div i s i o n Co r p ． ， L t d． St e e l S t r u c t u r e En g i n e e r i n g Co mp a n y Sh a n g h a i 2 0 0 1 2 5 1 工程慨 况 南京新金陵饭店层高2 4 2 m，从地下负3 层柱脚往上外 围四角分布有8根组合柱和对称的8根十字柱 ，内圈核 心 筒 四角则为4根十字柱和2根H 形柱。结构平面见图1 。随 着层高 ，外围十字柱分4次截面变化，中间多层腰桁架 ， 内圈核心筒起始剪力墙 ，设备层、结构封顶停机坪都有加 密梁 ，设计用钢总量逾 1 ． 6 万 t 。该工程主构件形式多变、 焊接时机要求严格 ，焊材消耗量大 ，且高空操作与防护困 难 ，因此，焊接是个极其重要的环节。 ～⋯ w ⋯_ II llI F _ 『 ， 、 外框十 - 概组食异型柱 ●Ⅲ。 。 r 鼬 闭≥ { t ’● _ 辫 ● ’ _ 。。、 { j 核 心 简 q 、 、一L 一 ， 图1 结构平面 2焊接节点形式 。 新金陵饭店钢结构工 程现场焊接节点 主要有 组合 柱 、十 字柱 、H形柱 、钢管柱 对接横焊 ；箱形腰桁 架斜 撑、箱形梁全位置焊接 ；组合柱现场组合立焊 ；梁一 柱栓接 平焊 ；栓接连接板与核 心筒埋件立焊。其 中8 0 ％焊缝为一 级焊缝，最大截面焊缝长约6m，涉及板材厚1 2～4 Omm。 Ql_一 。 作者简介 樊警雷 1 9 8 2 一，男，本科，高级工程师。 通讯地址 上海市浦东新区东方路3 2 6 1 号振华企业广场B 座1 7 楼 2 0 0 1 2 5 。 收稿 日期 2 0 1 4 0 4 1 8 3 焊接工 3 ． 1 焊 接方法的选择 考虑钢结构工程焊接熔敷量大、工序衔接紧 ，因此选 用了半自动C O， 气体保护焊作为主要的焊接方法一是变形 小 ，焊接效率高 ；二是相对灵活性大且具有一定的抗表面 锈能力 三是气保护相对廉价且避免了烘焙、过程熔渣处 理等工序。其主要缺点是气保护受风影响大 ，容易出气孔 等缺陷。因此 ，以环境恶劣程度可换用药芯焊丝或加大过 程中的防护措施来补偿。 3 ． 2 焊材的选择 根据 钢结 构使 用钢 材Q3 45 B 选 用实芯 焊 丝E R 5 O - 6 中1 ． 2 mm 和药芯焊丝E 5 0 1 T 一 1 1 ． 2 mm 。过程焊条 手工焊焊条用E 5 0 1 5 3 ．2 mm、4 ． 0 mm 。 3 ． 3 坡 口形式 以中厚板 为主的高层钢结构焊接 量大、变形控制难 度高 ，所 以坡 口的设计对工程 的进度和质量起着 关键的作 用。其原因有 a 坡 口角度小 ，则不能满足熔合比要求，有时出现 根部未焊透等缺陷 ，而加大组对间隙则在增加熔敷量的同 时收缩应力也相应增大。且窄而深的焊缝成形系数偏小， 影响一次结晶 ，容易产生区域偏析 ，在拘束应力大的情况 下进而导致焊接热裂纹的产生； b坡 口角度大 ，则焊接量增加 ，焊缝角变形收缩 过程 的残余应力也 大大增加 ，容易引起变形。这不仅对钢 结构体 系初始应力的控制极为不利 ，同时也给后续的安装 精度带来困难 C坡 口形式不合适，则不仅给控制变形和降低残余 应力增加难度 ，同时也限制了焊工操作空间的有效利用和 2 0 1 4 1 2 B u i l d i n g C o n s t r u c t i o n I 1 3 7 3 I 人员的布置。 鉴于梁、柱翼缘板较短 ，且截面较为对称 ，决定采用 单V 形坡 口。组合柱腹板长缝3 3 6 0 mm、通长半熔透立缝 采用K 形坡 口，坡 口角度为4 0 。 - I- 2 。 ，如图2 所示。 甘 号 图2 主要坡 口形式 4过程控制 喝 4 ． 1 焊接顺序 新金陵饭店钢结构工程施工进度与土建相辅相成 ，因 此 ，深化钢柱3 ～ 4 层1 节。 以3 层节点为例 ，焊接顺序见图3 。组合柱现场对接立 缝则按土建楼面进度提前一层焊接。 上层 中 栅 撇 L一钢柱埘接缝焊接 层面钢梁焊接时 ，焊工均匀分布 ，先焊接外圈梁。单 根钢梁两端分先后焊接 ，以降低焊接收缩产生的应力应变 带来的影响，保障整体 变形的控制。 组合柱、十字柱对接焊缝焊接时 ，先对称焊接腹板焊 缝 ，以释放部分纵向应力，保证十字缝处的焊缝质量。组 合柱腹板焊缝3 3 6 0 mm，坡 口形式为K 形 ，因此焊接时 由 2名焊工对称从中问反 向焊接 ，遇十字缝处分段 ，焊缝 必 须先长后短依次焊接，而后焊接对称翼缘板 图4。 图4 组合柱 焊缝焊接顺序 图4 所示④缝 腹板右侧T 形缝 位置为组合柱现场拼 接立缝 ，该缝为K 形坡 口半熔透立焊缝 ，其主要特点是该侧 板面宽，且焊缝 向上通长 ，焊接方式为热输入相对较大的 立焊 ，容易导致宽腹板变形，且应力得不到释放。因此 ， 本工程采用2名焊工分两侧对称 分段施焊 ，完整焊道分打 底层、填充层 、盖面层依次交错完成。 4 ． 2 焊接参数控制 按照焊接工艺评定报告给出的焊接工艺指导书或焊接 工艺卡 ，针对不同位置给出特定的参数范围，见表1 。 1374 l 建 筑 施 工第 3 6 卷 1 2 m ] 表 1 半 自动C O 气体保护焊参数 焊接速度／ 气体流量／ 焊接位置 板厚／ ram 坡 口形式 电流／ A 电压／ v L m i n‘ 。 平 2 0 ～ 3 0 单v 3 5 0 ～ 3 8 O 2 8 ～3 2 2 5 ～ 3 0 2 5 横 l 2 ,- 4 0 单V 3 2 O ～ 3 5 O 2 8 ～ 3 2 2 0 2 5 2 5 ． l 2 0 O 单 V、K 2 0 0 2 5 0 2 6 ～ 2 8 8 - l 2 2 5 以上参数为正常施工 ，特殊工况下做调整 ，或以小参 数焊接，增加层道。 4 ． 3 操作环境控制 高层钢结构焊接工作大部分在高空进行 ，新金陵饭店 地处高楼集中地段 ，因此容易造成环形的气流 ，风从各个 方向吹向焊道 ，且楼层越高受风的影响越大，焊缝 的冷却 速度也就越快 ，而这正是C O 气体保护焊 的弱点。所 以采 取相应的防护措施是很关键的 ，本工程在普通风速的影响 下采取药芯焊丝替换实芯焊丝、增大气体流量及焊道短防 护等措施 ，但在秋冬季节则必须加装防风平台，以实现环 境、操作人员与周边人员安全的三防护。 5 结语 a 高层施工包含土建、钢结构、机电、防火、装饰 等各个专业 ，其中尤以土建和钢结构施工配合 紧密、相辅 相成 ，因此焊接人员与设备的配备 、焊接时机 的把握 必须 联系土建实际进度 b 焊前； 隹备工作 必须到位 ，既能有效保证质量 、 间接加快焊接进度 ，而且有效保障施工工作有条不紊 、循 序渐进的进行； C 严格控制焊接顺序 ，保障接头焊缝质量 ，减小后 续节点构件安装误差； d高空焊接施工焊 渣飞溅大、长时间高强度作业 导致施工人员疲劳及高空 自然环境恶劣等安全隐患突出， 因此，在多工序交叉作业工况下必须做好防护。 0 0 0 0 [ 1 】王国凡． 钢结构焊接制造[ M] ． 北京化学工业出版社， 2 0 0 9 ． [ 2 ] 陈裕川． 焊接 工艺评定手册[ I 州． 北京 机械工业 出版社， 1 9 9 9 ． [ 3 ]王云鹏． 焊接结构生产【 M】 ． 北京 机械工业 出版社， 2 0 0 9 ． 【 4 ] 昊杰， 汪帅， 沈万玉， 等． 钢框 架结构 吊装与焊接施工技 术研究[ J 】 ． 安徽建筑，2 0 1 4 2 1 4 2 1 4 4 ． [ 5 】 陈祝年． 焊接设计 简明手册【 M】 ． 北京 机械工业出版社， 1 9 9 7 ． 【 6 ]蔡 学彬． 阐述 高层钢 结构 焊接现 场施 工工 艺[ J 】 ． 四川 建材， 2 0 1 0 2 2 0 2 ． [ 7 】 尹显奇． 钢 结构制作安 装工 艺手册 [ M] ． 北京 中国计 划 出版 社 ．2 0 0 6 ． [ 8 ] 蒋曙杰． 钢结构质量通病控制手册[ M】 ． 上海 同济大学出版社， 2 01 0．