高层建筑钢结构在低温条件下的焊接施工.pdf

第 2 6 卷第 3 期 2 O O 4年 6月 重 庆 建 筑 大 学 学 报 J o u rnal o f C h o n g q i n g J i a n z h u Un i v e r s i Vo 1 ． 2 6 N o． 3 J u n． 2 0 0 4 高层建筑钢结构在低温条件下的焊接施工 杨 凌 川 ， 陈 山林 ， 胡英 奎 重庆大学土木 【 悍学院 ， 重庆4 0 0 0 4 5 摘要 焊接是高层建筑钢结构施工的关键技 术之一， 特别是在较低温度下焊接施 工时， 由于环 境 温度 较 低 ， 加 之 高 空风 速 较 大 ， 加 大 了施 工 难 度 本 文 结 合 工程 特 点 ， 通 过 工 艺试 验 ， 制 定 了 O℃ 以 下 高层 钢 结 构 焊 接 施 工 工 艺 ， 该 工 艺 应 用 于 实 际 工 程 ， 取 得 了满 意 效 果 。 关键词 高层 建筑 ；钢 结构 ；焊接 中图分类号 T U 9 7 4 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 6 7 3 2 9 2 0 0 4 0 3 0 0 5 1 0 4 Th e W e l d i n g W o r k i n S t e e l Fr a me S t r u c t u r e s o f Hi g l l r i s e B u i l d i n g a t L o w T e mp e r a t u r e Y ANG L i n gc h u a n，C HEN S h a hl i n，HU Yi n gk u i C o l l e g e o f C i v i l E n g i n e e ri n g ，C h o n g q i n g U n i v e r s i ，C h o n g q i n g 4 0 0 0 4 5 ， P ． R． C h i n a Ah s t r a e t W e l d i n g i s o n e o f t h e k e y t e c h n o l o g y f o r t h e c o n s t r u c t i o n o f s t e e l f r a me s t ruc t u r e ，e s p e c i a l l y w h e n t h e w o r k s a r e a t l o w t e mp e r a t u r e．B e c a u s e o f the v e ry l o w t e mpe r a t u r e o f t h e e n v i ron me n t w i th v e r y h i g h w i n d s pee d i n h ig h al t i m d e ， th e w o r k i s q u i t e d iffic u lt ． I n thi s p a per ，c o n s id e ri n g t h e c h a r a c t e r i s t ic s o f th e p r o j ect ， th e w e l d in g p r o c e s s p a r a me t e r s i n s t e e l f r a me s t ruc t u r e s o f h i g hr i s e b u i l d i n g b e l o w O C h a v e b e e n o b t mn e d b y e x p e rime n t s ．A s a t i s f a c to r y r e s u l t i n th e a p p l ic a t i o n fo r th e a c t u a l p r o j e c t h a s b e e n o b t a i n e d ． Ke y wo r d s h i g hr i s e b u i l d i n g；s t e e l f r a me s t ruc t u r ewe l d i n g 钢结构由于其优越性， 在我国 超 高层建筑中越来越普遍采用。钢结构施工技术含量高， 其中焊接 是其关键的施工技术之一。焊接质量常常是施工质量控制的难点， 特别是在较低温度下焊接施工时， 由 于环境温度较低 ， 加之高空风速较大 ， 增加了焊接接头的冷却速度 ， 导致焊接裂纹倾 向加大甚至出现焊 接裂纹。因此我国有关标准、 规范【 2 ,4 j 规定 ， 在环境温度为 0 C以下施焊时 ， 应进行工艺试验 ， 以确定相 应的施焊工艺， 但具体做哪些工艺试验及如何进行， 尚无统一标准和明确规定。本文结合具体工程实 例， 综合考虑环境温度和风速的影响， 对 0 C以下高层钢结构焊接施工工艺和质量控制进行了探讨。 1 工程概况 某大厦是一座多功能、 高智能、 综合性的高层建筑， 由A座、 B座和连体群房等组成。其中 A座建 筑地下4 层地上 5 2 层， 高度 2 0 0 ． 8 0 Il l ， 设计采用内核心筒 一外框柱结构体系， 0 ． 0 0 0以上采用全钢框 架柱梁， 金属压型模板和现浇钢筋混凝土楼板 ； 外框架柱为箱型截面， 内筒钢骨柱为 H型截面， 钢梁为 I 型截面。所用钢材材质为 S M 4 9 0 B 。根据施工进度和施工地点气象资料 ， 该大厦 4 2 F一 5 2 F楼层施工时， 存在 0 E以下焊接施工问题。其焊接接头主要结构形式如表 1 。 表 1 钢结构焊接接头形式 收稿 E l 期 2 0 0 3 1 2 2 5 作者简介 杨凌川 1 9 6 8一 ， 男 ， 重庆市人 ， 博士生 ， 主要从事结构工程研究。 维普资讯 5 2 重 庆 建 筑 大 学 学 报 第 2 6 卷 焊接节点图见图 1 、 图 2 。 柱 r ＼ l 、 A ◎ 图 2 钢住任和钢梁连接构造 2 冬季焊接施工存在的问题 所用钢材为 S M 4 9 0 B钢 ， 属 日本钢号 符合 J I S G 3 1 0 6 标准 ， 其化学成分见表 2 。 该钢材属于普通低合金结构钢， 其 C E 1W 0 ． 4 3 ％， 焊接时对冷却速度较敏感 。当在温度较低的 环境下焊接施工而无有效工艺措施时 ， 由于冷却速度较大 ， 有可能出现马氏体淬硬组织， 而增大冷裂倾 向甚至出现裂纹 ， 故较低环境温度给焊接质量造成不利影响。同时现场的风速较大也是必须考虑的因 素 ， 因此必须根据现场情况 ， 通过工艺试验制定相应的工艺措施 ， 以确保施工质量。 表 2 S M 4 9 0 B化学成分 3 焊接性试验 为确定 S M 4 9 0 B钢在现场条件下焊接时的抗裂性能 ， 模拟现场情况 施焊位置 、 环境温度、 环境风 速、 冷却方式等 进行斜 Y型坡口焊接裂纹试验。 3 ． 1 试验内容 试验内容如表 3 所示 。 表 3 焊接性试验 内容 为确保试验可靠 ， 每一板厚各制备备用试件 一套。 3 ． 2 试验方法、 评定标准 维普资讯 第3 期 杨凌川， 等 高层建筑钢结构在低温条件下的焊接施工 5 3 按 斜 Y型坡口焊接裂纹试验方法 G B 4 6 7 5 ． 1 8 4 标准执行。焊接工艺参数为 焊条直径 舛 、 焊 接电流 1 7 0 1 0 A 、 焊接电压 2 4 2 V、 焊接速度 1 5 0 -4- 1 0 m m ／ m i n 。 3 ． 3 试验结果 对上述试件取样进行检验， 试验序号 1 、 2 、 4 试样未发现任何裂纹， 而试样 3 在焊缝根部和表面均发 现裂纹。表明在试验环境条件下， S M 4 9 0 B钢当板厚为 2 5 m ill 时， 焊前预热至 1 0 0 ℃可避免裂纹产生； 当 板厚为 1 6 m I n 时 ， 焊前预热至 5 O ℃时， 可避免裂纹产生 ， 而在环境温度下施焊 ， 不能避免焊接裂纹。 4 焊接工艺性能试验 4 ． 1 试验内容 试验内容如表 4 所示。 表 4 焊接工艺性能试验内容 焊接工艺参数为 焊条直径 、 焊接电流 1 6 0～1 7 0 A 、 焊接电压 2 3 2 4 V 、 焊接速度 1 5 0 m m ／ m i n 、 焊 接过程中注意层间温度不低于预热。 为确保试验可靠 ， 每一板厚各制备备用试件一套。 4 ． 2 试件的形状和尺寸 试件的形状和尺寸如图 3 所示。 图 3 工艺试验试件形状和尺寸 4 ． 3 试验方法、 步骤 1 在试件上打上钢印， 作好标记。 2 测定施焊环境温度、 湿度及施焊处风速 ， 并作记录。 3 上述施焊环境符合要求后， 进行焊接试验， 当需要预热时用氧一乙炔焰加热至规定温度。 4 由持证焊工按拟定的焊接工艺施焊试件。 4 ． 4 试样检验及结论 1 试验检验及合格标准按 钢制压力容器焊接工-乙4 4- 匕 J B 4 7 0 8 9 2 执行。 2 检验项 目如表 5 所示。 表 5 试焊检验项 目及数量 注 此试验序号与试验内容序号对应 。 维普资讯 重 庆 建 筑 大 学 学 报 第 2 6 卷 3 所焊试样经上述检验 ， 均满足标准要求 ， 拟定的焊接工艺合格。同时序号 1 较之序号 2冲击性 能有所改善 ， 表明石棉保温的后热措施有效。 5 冬季焊接施工措施 以上述评定合格的焊接工艺为依据 ， 制定冬季焊接施工工艺 ， 并采取以下工艺施工。 1 焊接前对焊工进行冬季焊接施工技术培训， 使焊工明确冬季焊接工艺 ， 严格按工艺纪律施工。 2 焊接前 ， 每天由专职焊接管理人员测定环境温度及风速 ， 并随时注意天气变化。 3 雨、 雪天禁止施焊。当环境温度低于试验温度时禁止施焊。 4 注意冷空气对焊件表面对流散热的影响。当风速大于 5 m ／ s 时 ， 禁止柱一梁焊接施工 ， 否则须搭 设防风棚 ， 当风速大于 2 m ／ s 时， 箱型柱一柱焊接须搭设防风棚 防风棚应可靠 ， 采用 四面围帆布挡风， 并且顶部来风处也应遮挡 。 5 预热用 2 ～ 4把燃气烘枪烘烤。预热区在焊道两侧 ， 每侧宽度均应大于焊件厚度的 2 倍 ， 且不应 小于 1 0 0 m il l 。预热温度用测温笔在距焊缝中心 5 0 r n l n 处测量， 达到规定的温度后方可进行焊接作业。 6 每条焊缝应一次焊完， 中途不得中断， 如因意外原因 如停电、 下雨、 下雪等 中断， 应及时采取后 热 、 缓冷措施。重新施焊前应对已焊焊缝进行检查 ， 且焊前需按规定进行预热。 7 箱型柱一柱对接时 由两名焊工对称施焊 ， 并根据现场情况安排一名焊工辅助施工 ， 如领取焊条 、 层间烘烤、 中途接换焊接等， 以确保层间温度和连续施焊。 8 箱型柱一柱对接焊接完成后 ， 立即在焊缝区上下 2 5 0 r n l n 范围内用厚 3 0 r n l n的石棉包裹三层 ， 以 减缓接头冷却速度。 6 实际结构 的焊接 按上述工艺对实际的柱一柱、 柱 一梁接头进行焊接， 所有焊接接头焊后经 1 0 0 ％超声波探伤和磁粉 探伤， 未发现裂纹。焊缝按 钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级 G B 1 1 3 4 5 8 9 标准检验， I 级焊缝一次合格率达 9 9 ． 8 ％。证明拟定的工艺试验方案和焊接工艺合理。 参考文献 [ 1 ] 斯重遥， 周振丰． 焊接手册 材料的焊接 [ M] ． 北京 机械工业出版社， 1 9 9 2 ． [ 2 ] G B 5 ff 2 0 5 2 0 0 1 ， 钢结构工程施工质量验收规范[ s ] ． [ 3 ] 现行建筑结构规范大全[ M] ． 北京 中国建筑工业出版社， 1 9 9 5 ． f 4 ] J G J 9 9 9 8 。 高层 民用建筑钢结构技术规范[ S ] ． 维普资讯