巨型球體鋼結構工程焊接技術

高 良，吳堯慶

(1.浙江精工鋼結構有限公司，浙江 紹興 312030；2.浙江中設建工集團有限公司，浙江 紹興 312072)

巨型球體鋼結構工程焊接技術

高 良1，吳堯慶2

(1.浙江精工鋼結構有限公司，浙江 紹興 312030；2.浙江中設建工集團有限公司，浙江 紹興 312072)

根據(jù)安裝順序，嚴格執(zhí)行焊接程序，消化創(chuàng)新了“鳥巢”鋼結構合龍技術，實現(xiàn)了分層錯45°合龍線的均勻布置，使合龍進展順利；特別是根據(jù)主結構“統(tǒng)一對稱、分區(qū)進行；自內(nèi)而外、隔層焊接；分層合龍”的思想，焊接程序應當是：第一步，以柱為點，自內(nèi)而外，分區(qū)進行，對稱焊接；第二步，以梁為主，自內(nèi)而外，先環(huán)后徑，分區(qū)對稱，逐步合龍；注意隔層焊接。其思想有一定焊接應用技術理論深度和較強的可操作性，值得建筑鋼結構焊接工程推廣應用。在厚板焊接技術中，防止層狀撕裂有一定的突破和發(fā)展，特別在構件制作過程中，防止層狀撕裂措施得到有效的落實和應用。全面實施“鳥巢”鑄鋼件焊接工藝而獲得成功，鑄鋼件焊接質(zhì)量優(yōu)良，得到了業(yè)主和監(jiān)理的一致好評。

異型高層；鋼結構合龍；鑄鋼件焊接

1 杭州國際會議中心鋼結構工程簡介

杭州國際會議中心鋼結構工程是繼“鳥巢”鋼結構工程之后最復雜的鋼結構工程，是我國異型高層、超高層鋼結構的典型代表，工程全貌如圖1所示。

1.1 主要鋼結構形式

鋼結構構件主要為箱型和H型構件。框架柱為箱型構件，主要有□900×700×60(45)，□900×600×60 (55，50，45)，□700×500×35，□700×600×40，□700× 500×35，□600×600×35(30，25)，□600×500×20等不同規(guī)格。框架梁為H型鋼梁，部分為箱形梁，主要有 H900×250×14×32，H800×350×12×32，H700× 250×12×32，□600×350×25×25等規(guī)格；支撐構件的截面主要有□800×400×43，□600×400×43，□400× 300×21，H300×300×16(18)等規(guī)格；框架梁間的連梁和次梁主要有H400×250×8×12，H300×250×9×14， H200×150×6×9，H150×125×6×9等規(guī)格；結構樓板為現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板。裙房鋼結構主要包括裙房鋼桁架屋蓋和四個雨蓬；整體三維結構如圖2所示。

圖1 杭州國際會議中心鋼結構工程全貌

圖2 鋼結構整體結構三維示意圖

1.2 鋼結構工程采用材質(zhì)及其總質(zhì)量

工程所采用鋼材材質(zhì)如表1、表2所示。

表1 型鋼、鋼板、鋼鑄件材料

鋼結構設計質(zhì)量：框架柱4600t，框架梁3800t，次結構3400t，裙房桁架及其他1100 t，合計12900t。

1.3 鋼結構焊接工程的焊縫質(zhì)量性能要求

杭州國際會議中心鋼結構工程的焊接技術要求如表3所示。

焊縫應具有良好的外觀質(zhì)量，角焊縫應符合二級焊縫的外觀要求。對于觀眾視線直接可見的焊縫，當視距不超過10 m時，應作磨平處理；當視距超過10 m時，應作磨光處理，焊縫余高不大于3 mm。

表2 鑄鋼材料機械性能

表3 焊縫質(zhì)量性能要求

1.4 鋼結構焊接工程特點及難點

(1)工程中焊接施工的特點：a.節(jié)點形式復雜，焊接質(zhì)量要求高，焊接工作量大，工期短，存在雨季施工；b.鋼柱對接、鋼框架梁拼接、鋼柱、梁對接的焊縫質(zhì)量等級均為一級焊縫；c.厚板焊接多，集中在柱與柱對接位置上，鋼板最厚為60 mm；仰焊部位多，高空焊接多，主要集中在箱形梁(牛腿)對接位置，弧形柱對接位置，弧型柱與挑梁(α＜70°)焊接位置；d.鑄鋼件與Q345GJC異種鋼的焊接質(zhì)量控制困難，精度要求高，該節(jié)點處的安裝精度將影響到主樓整體結構的精度；焊接變形控制尤為重要，否則會影響結構整體安裝質(zhì)量。

(2)工程中焊接施工的難點：a.球形鋼結構體系焊接變形及殘余應力的控制難度大；b.鑄鋼件本體及焊接質(zhì)量控制難度大。

(3)采用組合焊接工藝。綜合考慮焊接效率和操作難度，大體上橫焊、平焊、立焊采用CO2氣體保護焊(GMAW)填充，焊條電弧焊(SMAW)蓋面；仰焊采用焊條電弧焊(SMAW)。

2 總體施工安裝方案

每一流水段的安裝按照中心框架剛度單元→內(nèi)環(huán)柱→內(nèi)環(huán)框梁→外環(huán)柱→徑向框梁→支撐→外環(huán)框梁→框梁偶撐→樓面連梁的工藝程序進行。施工安裝工藝流程如圖3所示。

圖3 施工安裝工藝流程

安裝方案示意如圖4所示。

3 大型復雜鑄鋼節(jié)點設計及試驗研究

在杭州國際會議中心鋼結構工程中，主樓箱形柱與弧形柱轉(zhuǎn)換部位鑄鋼節(jié)點共43個。為保證鑄鋼件本體內(nèi)在質(zhì)量，保證節(jié)點受力安全，對異型高層鋼結構中鑄鋼節(jié)點的應用進行了以下分析和試驗研究。

3.1 異型高層鋼結構中鑄鋼節(jié)點的特點

(1)節(jié)點受荷狀態(tài)復雜。

高層鋼結構尤其是異型高層、超高層鋼結構的節(jié)點受荷的狀態(tài)比較復雜，空間桁架體系的節(jié)點是以軸向受力為主，而高層結構的節(jié)點連接端不僅承受軸力作用同時也存在很大的彎矩和剪力作用，這些外力的存在使得無論是節(jié)點的理論研究還是試驗研究的難度都很大。

(2)節(jié)點受荷值巨大。

空間結構相對而言屬于輕型的鋼結構，在設計荷載下構件和節(jié)點的內(nèi)力相對較小，而高層、超高層的鋼結構自重及豎向荷載大，并且通過逐層的累積使得下部的節(jié)點受荷大，另一方面水平荷載的存在更進一步加劇了節(jié)點的內(nèi)力。巨大的節(jié)點內(nèi)力使得節(jié)點的試驗研究面臨加載裝置要求高、加載反立架剛度大、加載過程控制難度增大等問題。

圖4 杭州國際會議中心鋼結構吊裝方案及施工實況

3.2 節(jié)點設計與分析

本試驗研究依托杭州國際會議中心鋼結構工程，該工程的鋼柱存在由直線段向弧形段的轉(zhuǎn)換。由于整個結構呈球體狀，是國內(nèi)目前最大的球狀單體結構。在轉(zhuǎn)換處的梁柱節(jié)點處存在水平徑向梁、環(huán)向梁以及徑向、環(huán)向支撐構件，導致節(jié)點構造復雜，如圖5所示，設計時考慮了采用鑄鋼節(jié)點，如圖6所示。

鑄鋼節(jié)點材質(zhì)采用20Mn5V，與水平環(huán)梁及支撐連接處壁厚40～45 mm，與柱連接處壁厚為80mm、100 mm。在所有構件交匯處均設置倒角以解決應力集中的問題。鑄鋼節(jié)點最大質(zhì)量達14t，如圖7所示。

節(jié)點分析采用ANSYS軟件，材料為理想的彈塑性模型，未考慮鋼材屈服后的強化。單元采用10節(jié)點的體單元。計算時取1.2恒載+1.4活載+0.84y反向風載為最不利組合工況。計算同時考慮桿端彎矩、軸力的共同作用，在節(jié)點的下部桿端設置約束，計算至1.3倍的荷載，其結果如圖8所示。

圖5 半結構剖面

圖6 鑄鋼節(jié)點示意

圖7 鑄鋼節(jié)點詳圖

圖8 1.3倍最不利組合下的節(jié)點MISES應力

有限元分析表明，在環(huán)向水平梁與柱體構件交匯處的上角部位MISES應力最大，σmax＝292 MPa。

另外，在柱體外側(cè)區(qū)域的壁板的MISES應力也達到了200 MPa左右。

3.3 試驗加載方式的選取

為了進一步驗證有限元分析結果的可靠性，對鑄鋼節(jié)點進行了足尺的驗證性試驗。同時為了簡化試驗加載，試驗時選取了一個僅具有7個構件端的節(jié)點進行。該節(jié)點在1.3倍的1.2恒載+1.4活載+ 0.84y反向風載工況下的端部加載情況如表4所示。關于彎矩的模擬則是通過M＝N×δ的公式以及設計荷載下的桿端彎矩、軸力值，反算出軸力的偏心矩值，如圖9所示。

圖9 構件編號示意

3.4 加載系統(tǒng)

將桿件2固定于自平衡反力架，其余桿件由千斤頂直接加載，除桿件4、6、8施加軸力和彎矩My以外，其余桿件只施加軸力。試驗中使用16個400 t、2個300 t千斤頂，分別對各加載桿端部同步加載。局部桿端需用變截面箱形構件實現(xiàn)加載端的過渡。直接在桿件端部焊接加載端板，通過加勁肋等保證加載端安全。為實現(xiàn)表中的加載力系，設計了自平衡加載反力裝置，如圖10所示。反力架形成兩個封閉的受力環(huán)。反力架設計荷載取節(jié)點設計荷載的1.5倍。正式試驗前進行了兩次預加載。每次加載分兩級加載到設計荷載的40%。正式試驗時，對每個桿件的端部千斤頂進行同步加載，在施加每一級荷載完畢后，等待2 min，再測試應變片和位移計讀數(shù)。最大荷載加至設計荷載的1.3倍，分成13級加載，桿端軸力及彎矩加載示意如圖11所示。

表4 節(jié)點桿端加載值

圖10 節(jié)點加載裝置模型

圖11 桿端軸力及彎矩加載示意

3.5 測試方案

試驗時采用36個單向應變片，61個三向應變片，12個位移計，共計239個測點。所有測點的位置均避開了加勁肋和焊縫，具體布置如圖12、圖13所示。其中，單向應變片是監(jiān)控實際加載的軸力與理論加載軸力是否一致，三向應變片監(jiān)測構件相貫區(qū)域應力、應變分布的情況。

3.6 試驗結果

各級MISES應力結果如圖14所示。

3.7 結果分析

4號桿件與6號桿件的交匯處，節(jié)點的Mises等效應力值最高達280 MPa，已經(jīng)達到材料的強度設計值；另外在6號桿件與2號桿件的交匯處等效應力也達到了250 MPa左右。

節(jié)點的Mises等效應力值最高達292 MPa，出現(xiàn)在4號桿件與6號桿件的交匯處，在這里出現(xiàn)的原因主要是因為菱形環(huán)梁與外柱側(cè)壁交匯處尖角的存在，同樣在6號桿件與2號桿件的交匯處等效應力也達到了240 MPa左右。該處的高應力值是節(jié)點的受荷特點造成的，也是整個鑄鋼節(jié)點主要的高應力區(qū)。

通過分析比較可知，有限元分析與試驗所采用的加載方案所得結果吻合性較好。通過對試驗結果的定量分析評估，鑄鋼節(jié)點是安全可靠的。

4 現(xiàn)場焊接技術

杭州國際會議中心項目鋼結構工程的現(xiàn)場焊接具有技術要求高、復雜、工作量大等特點，是一項典型的系統(tǒng)工程，焊接工作是結構應力應變控制、焊縫質(zhì)量檢驗的全部內(nèi)容。

4.1 焊接工程的整體思想

現(xiàn)場焊接必須遵循的總體原則為：統(tǒng)一對稱、分區(qū)進行；自內(nèi)而外、隔層焊接；單桿雙焊、雙桿單焊；先栓后焊；分層合龍。

圖12 位移、應變測試方案

圖13 位移、應變測試方案

(1)統(tǒng)一對稱、分區(qū)進行。

主樓以平面圓為基準，分為八個焊接施工區(qū)，每個焊接施工區(qū)域布置一個焊接施工班組，保證每個班組的焊機數(shù)量與焊工人數(shù)相同，焊接電流、電壓及焊接速度盡量一致，以圓心為對稱點進行焊接。

(2)自內(nèi)而外、隔層焊接。

圖14 位移、應變測試結果

先將鋼柱、鋼梁以及斜撐安裝至第三節(jié)，確定各層螺栓連接已達到要求(即高強螺栓初擰30%，安裝螺栓緊固)，并進行精度確認后方可進行焊接工作。

首層鋼結構先進行內(nèi)環(huán)柱對接焊縫的焊接，然后依次進行內(nèi)部環(huán)向梁、外環(huán)柱對接焊縫、外部環(huán)向梁、徑向梁的焊接，最后進行框梁、隅撐、樓面連梁的焊接。

首層焊接結束后，進行第四層鋼結構的安裝，安裝固定后進行第二層和第三層鋼結構的焊接，焊接順序與首層鋼結構的焊接順序相同，以此類推，結構吊裝就位比焊接提前不少于一層，直至屋蓋安裝結束。

(3)單桿雙焊、雙桿單焊。

針對環(huán)向梁、徑向梁采用此焊接原則，如圖15所示，單桿雙焊即兩根梁與柱間的焊縫，采用兩人對稱焊，要求保證焊接速度一致，焊接電流、電壓參數(shù)一致。雙桿單焊即橫梁與立柱焊接，先焊接一端，待焊縫溫度冷卻至常溫再進行另一端的焊接。

圖15 單桿雙焊、雙桿單焊示意

(4)先栓后焊。

先對高強螺栓初擰30%，之后進行焊接，焊接結束，待焊縫冷卻之后，再對高強螺栓進行終擰。

(5)分層合龍。

主樓焊接時，每層設置焊接合龍，相鄰層合龍位置依次錯開45°，控制頂層合龍溫度。

4.2 主樓鋼結構焊接結構的指導思想

(1)焊接位置及技術的確定。

主結構全部采用全位置焊接，其重點控制是仰焊，初步?jīng)Q定仰焊采用SMAW。

(2)焊接順序。

根據(jù)主結構“統(tǒng)一對稱、分區(qū)進行；自內(nèi)而外、隔層焊接；分層合龍”的思想，焊接程序應當是：第一步，以柱為點，自內(nèi)而外，分區(qū)進行，對稱焊接；第二步，以梁為主，自內(nèi)而外，先環(huán)后徑，分區(qū)對稱，逐步合龍。注意隔層焊接。

焊接施工順序?qū)附幼冃渭昂负髿堄鄳τ泻艽蟮挠绊懀苯佑绊懙胶附淤|(zhì)量。應詳細制定結構整體以及典型部分焊接順序，焊接時盡量減小結構焊后變形和焊后殘余應力。

主樓焊接需遵從以下原則：

a.分區(qū)對稱焊接。

同一層焊接作業(yè)時遵循對稱施焊的原則，將施工平面劃分為八個焊接區(qū)域，每個區(qū)域內(nèi)配備相同數(shù)量的焊工、焊機，施焊時要保證焊接電流、電壓、焊接速度的一致。一個區(qū)域里依照由內(nèi)到外的焊接順序，保證相對圓心對稱的位置同時進行焊接。

在柱對接焊縫焊接結束后進行環(huán)向梁的焊接，之后進行徑向梁的焊接，焊接過程中需要保證同時、同步、同位置、同焊接參數(shù)。

b.隔層焊接。

主樓第一層構件焊接必須待第三層構件全部吊裝就位、全部螺栓初擰30%完成后再開始焊接，這是為了通過結構自重來約束焊接變形，控制安裝精度。依次往上保證吊裝作業(yè)比焊接提前不少于一層。

先安裝第一、二、三層鋼結構，帶鋼結構就位后，擰緊安裝用螺栓，連接用高強螺栓初擰30%，并經(jīng)驗收，該三層鋼結構的安裝精度達到要求，方可進行第一層鋼結構的焊接，包括第一節(jié)柱與第二節(jié)柱的對接焊縫、第一層鋼結構中的橫梁與斜撐。

在第一層鋼結構焊接結束之后，方可進行第四層的鋼結構安裝，安裝后進行第二層鋼結構的焊接，以此類推，直至第十九層鋼結構焊接結束。

4.3 鋼結構焊接合龍技術

繼國家體育場“鳥巢”鋼結構工程提出實施鋼結構工程成功以來，我國建筑鋼結構普遍重視合龍焊縫的焊接技術，進一步提高了控制鋼結構系統(tǒng)初始應力精度，保證了鋼結構系統(tǒng)長期安全運營。

合龍是焊接工序的收關之作，是鋼結構支撐塔架卸載的前提條件，合龍焊縫在一定程度上決定整體鋼結構體系的初始應力狀態(tài)。從嚴格意義上講，合龍焊縫屬于帶載焊接的范疇，具有很高的難度；同時合龍焊縫也具有極大的焊接殘余應力，容易形成焊接殘余應力集中的焊縫，因此存在一定的風險。

建筑鋼結構在初始溫度的條件下，從分散的帶臨時約束體系到封閉穩(wěn)定結構的結構體系轉(zhuǎn)換過程稱為合龍，使之成為封閉穩(wěn)定結構的焊縫叫合龍焊縫。鋼結構焊接合龍技術有六大要素：

(1)第一要素——合龍溫度的確定。

合龍溫度就是鋼結構在合龍過程中的初始平均溫度，區(qū)別于大氣溫度，是結構使用中溫度的基準點，也稱安裝校準溫度。合龍溫度確定原則上由設計單位考慮，其確定原則如下：

a.確定結構合龍溫度時，首先考慮當?shù)氐臍庀髼l件，應使合龍溫度接近平均氣溫，也就是可進行施工天數(shù)中所占比例最大的氣溫。

b.確定合龍溫度時應充分考慮施工中的不確定因素，預留一定溫度的允許偏差。

c.合龍溫度應盡量設置在結構可能達到最低溫度之間，使結構受溫度影響最合理，從而達到最小構件截面減少用鋼量的目的。

根據(jù)杭州近年氣象資料分析確定合龍溫度，杭州的最高氣溫為43℃，最低氣溫為-8.6℃；年平均最高氣溫39.9℃，年平均最低氣溫-1.3℃。設正溫差為50℃，負溫差-30℃，而設計取值較大，安全裕度也就相應較大。考慮熱島效應，最終合龍溫度可定為17℃～25℃。

(2)第二要素——合龍溫度的監(jiān)測。

鋼結構施工過程的溫度監(jiān)測主要有三個目的：

a.測量鋼結構各部位的本體溫度和主要位置的大氣溫度、濕度，以判斷鋼結構溫度的滯后時間效應，并由此建立鋼結構本體溫度與大氣溫度、濕度及天氣預報之間的關系，通過天氣預報資料和合龍溫度初步確定合龍時間，以便組織合龍工作。

b.根據(jù)鋼結構各部位的本體溫度分布情況，確定合龍溫度測量基準點，確保合龍溫度的可操作性和準確性。

c.根據(jù)鋼結構本體溫度變化情況，確定最適宜的合龍時間段，保證合龍質(zhì)量和合龍工作有序進行。

(3)第三要素——合龍焊縫盡量對稱均勻設置。

從本質(zhì)上看，合龍焊接屬于帶載焊接范疇，因此合龍焊縫有很大的焊接殘余應力。為了保證本工程鋼結構系統(tǒng)一次初始應力均勻，確保系統(tǒng)穩(wěn)定，在19層鋼結構施工面上設置對稱、均勻的四條合龍線，每層位置相錯45°，直到19層，共計76條合龍線。合龍線所屬合龍焊縫是應力最集中的焊縫，因此均勻分布是首選原則。

杭州國際會議中心鋼結構工程在結構合龍時，采取同層對稱合龍，不同層的合龍點應相互間隔一定角度(45°)，如圖16所示。

圖16 合龍線及合龍點設置示意

第一層外環(huán)合龍點為A、E，內(nèi)環(huán)合龍點為A1、E1；第二層外環(huán)合龍點即為C、G，內(nèi)環(huán)合龍點為C1、G1；第三層外環(huán)合龍點即為B、F，內(nèi)環(huán)合龍點為B1、F1；第四層外環(huán)合龍點即為D、H，內(nèi)環(huán)合龍點為D1、H1；按照上述四層合龍點的劃分，對本工程主樓整體可進行各層合龍點的劃分。遵循同層對稱合龍，不同層的合龍點應相互間隔一定角度，使合龍點均勻分布在整個球體上的原則。

(4)第四要素——合龍焊縫負載轉(zhuǎn)移。

從焊接的本質(zhì)上講，合龍焊縫屬于帶載焊接。因為一旦形成封閉穩(wěn)定結構，就形成了系統(tǒng)的一次應力。而合龍焊縫便是應力最大的焊縫，隨著溫度變化，應力隨之變化，不僅在大小上變化，而且在方向上變化，這給合龍焊縫的焊接帶來很多困難，特別是在拉應力強大時焊接過程中極易形成熱裂紋。

根據(jù)焊接應用技術理論和經(jīng)驗，最有效的方法是用卡馬轉(zhuǎn)移負載，待焊縫形成后，割除卡馬。使一次應力全部轉(zhuǎn)移在卡馬上，然后再轉(zhuǎn)移在焊縫上，確保焊縫的安全。

(5)第五要素——合龍焊接最好在夜間進行。

由于鋼構件直接暴露于室外，冬季時，鋼構件的溫度與室外氣溫基本相同。夏季時，室外氣溫最高，太陽照射強度最大，太陽照射將引起構件溫度顯著升高。結構在迎光面與背光面的溫差，以及屋面、立面鋼構件的溫差將形成梯度較大的溫度場分布。

溫度變化將在結構中引起很大的內(nèi)力和變形，對結構合龍的安全性產(chǎn)生顯著影響。由于合龍溫度是以鋼結構桿件的平均溫度為準，因此合龍工程必須在構件受熱均勻的環(huán)境中進行。也就是說，合龍工程必須在沒有日照的夜間，并且在構體溫度均勻時進行，這是合龍工程對環(huán)境溫度的具體要求。

(6)第六要素——合龍焊縫焊接必須同時進行。

合龍焊縫焊接要同時進行主要有兩個原因：

其一，合龍溫度的限制。只有在相同的構件和環(huán)境溫度條件下，所形成的焊縫受溫度影響最小；環(huán)境溫度隨時間的推移會發(fā)生變化，時間一長很有可能超出合龍溫度的范疇，使合龍焊接不能進行，所以要同時焊接。

其二，從嚴格的意義上講，合龍焊縫的焊接屬于帶載焊接范疇，如果兩條或兩條以上的焊縫不同時焊接，那么先焊的焊縫負載要小，焊接的殘余應力小，而后焊的焊縫則剛好相反，負載比先焊的焊縫大得多，容易形成應力集中，焊縫中心也容易出現(xiàn)熱裂紋。這種情況在“負載轉(zhuǎn)移”的卡馬焊接時要特別小心，一個斷面上的所有卡馬必須在同一段時間內(nèi)完成，也就是說，不能一個卡馬焊好后再焊另一個卡馬，而是所有卡馬同時焊接；如果卡馬太多，要采取巡回焊接的技術，使所有卡馬完成焊接的時間大致相同；GMAW、FCAW-G非常適合合龍焊縫和卡馬的焊接。這樣能夠使一個斷面的卡馬負載基本均勻，這種應力狀態(tài)的形成對正式焊接主焊縫十分有利。所以只有同時焊接所有的合龍焊縫，合龍焊縫才能獲得基本相同的負載，從而使鋼結構體系形成基本均勻的一次初始應力狀態(tài)，達到封閉穩(wěn)定的目的，為卸載的成功提供有力的技術支持。

4.4 鑄鋼件與異種鋼焊接技術

(1)本工程使用鑄鋼件部位有兩處，共43個。鑄鋼焊接特點如下：

a.主樓箱形柱與弧形柱轉(zhuǎn)換部位。該轉(zhuǎn)換部位采用鑄鋼GS-20Mn5V(調(diào)質(zhì))材料，上下箱形結構采用Q345GJC鋼材；接頭焊接為鑄鋼件與建筑結構鋼的異種鋼接頭焊接，其連接接頭的焊接坡口形式如圖17～圖19所示。

圖17 鑄鋼件和鋼梁對接焊縫

圖18 鑄鋼件和上部鋼柱對接焊縫

b.群房桁架部分支座處管套式鑄鋼件，鑄鋼材料為GS-20Mn5V，鋼管材質(zhì)為Q235B。

(2)鑄鋼件與異種鋼焊接的工藝原則。

a.正確選用焊條及相應焊材是異種鋼焊接成功的關鍵。b.在焊接接頭不產(chǎn)生裂紋等缺陷的前提下，若強度和塑性不能兼顧，則應選塑性較好和韌性好的焊條和焊材。焊縫金屬性能只需要符合兩種母材中的一種即認為滿足使用技術條件要求。c.選用相同等級結構鋼焊條時，優(yōu)先考慮抗裂性能好的低氫型焊條。在滿足性能要求的前提下，選用工藝性能好、價格低、易于采購的焊條。d.確定預熱溫度，一般應根據(jù)淬硬裂紋傾向大的一側(cè)母材和焊縫金屬合金化程度的大小綜合確定，應當由焊縫工藝評定來進行確定。e.焊工要專門進行培訓，應具有焊接質(zhì)量保證體系和技術責任制，并在監(jiān)理的督促下進行。

(3)鑄鋼件焊接工藝。

a.預熱溫度150℃；b.層間溫度150℃～200℃；c.鑄鋼GS-20Mn5V是改善了可焊性的鑄造調(diào)質(zhì)鋼，焊接性能良好，但是由于接頭板厚，原則上擬采用稍高的焊前預熱溫度防止裂紋。作為調(diào)質(zhì)鋼材，要控制熱輸入量和道間溫度的上限，以防止近縫區(qū)軟化，同時采取道間錘擊工藝，松弛接頭焊接收縮應力。d.預熱。鑄鋼件與異種鋼施應進行焊前預熱，采用2～3把烘槍進行火焰預熱。預熱溫度170℃。待溫度降至150℃時方可進行焊接。e.后熱。焊接結束后，用烘槍對焊縫進行后熱處理。后熱溫度200℃，之后采用50mm厚的保溫棉對焊縫后熱處理部分進行包裹，緩冷至室溫。

圖19 鑄鋼件和下部鋼柱對接焊縫

(4)鑄鋼件節(jié)點焊接順序。

鑄鋼節(jié)點如圖20所示。

圖20 鑄鋼節(jié)點示意圖

該鑄鋼節(jié)點除去立柱與弧形柱對接牛腿外，還包括了八個牛腿。如何控制焊接變形，保證整體結構的焊接精度，是一大難點。

由于該節(jié)點的重心不在立柱的支撐上，在該層鑄鋼件焊接時先進行立柱與鑄鋼節(jié)點焊接(當?shù)谒膶愉摻Y構安裝就位之后)，即1處的焊接，采用兩人對稱焊接，如圖21所示。

節(jié)點部位焊接順序：先進行鑄鋼件與下部立柱的焊接，再進行環(huán)向菱形梁與鑄鋼件的焊接(兩人對稱焊接)，之后進行徑向H型鋼梁與鑄鋼件間的焊接，再進行下部斜撐與鑄鋼件的焊接，之后進行鑄鋼件與上部鋼柱的焊接，再進行上步斜撐的焊接。

焊接順序：1→4→2、3→5→6→7→8→9、10。

圖21 鑄鋼節(jié)點對稱焊接示意及實況

(5)菱形箱形梁與鑄鋼件焊接順序。

在進行菱形梁與鑄鋼件焊接時，焊接順序如圖22所示，腹板兩人對稱焊接結束之后，進行下翼板的焊接，最后進行上翼板的焊接。

圖22 菱形箱形梁與鑄鋼件焊接順序示意

[1]建筑用鑄鋼節(jié)點技術規(guī)程(CECS-送審稿)[S].

[2]宋 或.建筑結構試驗[M].重慶：重慶大學出版社，2001.

[3]祝效華.ANSYS高級工程有限元分析范例精選[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004.

Research on welding technology of giant balls of steel structure engineering

GAO Liang1，WU Rao-qing2
(1.Changjiang Jinggong Steel Structure(Group)Co.，Ltd.，Shaoxing 312030，China；2.China Zhongshe Construction Engineering Group，Shaoxing 312072，China)

According to the order，strictly carry out welding procedures，digestive innovation the″bird's nest″steel structure technology，to achieve the layered folded 45°fold line fault even decorate，make fold goes well；According to the structure″unified especially symmetrical，division，and from the inside out，layer between welding，layered fold″thought，welding procedure shall be is：the first step：column for the point，since the inside and outside，zoning，welding symmetrically；The second step：to the beam is given priority to，from inside and outside，after the first ring size，symmetry，and gradually fold division.Note：the layer between the welding.The idea has certain theoretical depth and welding technology is feasible，and construction steel structure welding engineering application.In the thick plate welding technology，prevent layered tear has certain breakthrough and development，especially in the production process，prevent members of layered tore his actions are effective implementation and application.The full implementation of the″bird's nest″cast steel welding process and success，cast steel welding quality，obtained the owner and supervision's consistent high praise.

heterotypic frame supported steel structure for high rise building；steel structure closure；cast steel welding

TG457.11

B

1001-2303(2011)09-0005-11

2011-03-23

高 良(1981—)，男，高級工程師，主要從事焊接技術及管理工作。