大型復(fù)雜構(gòu)件鋼結(jié)構(gòu)加工制作綜合技術(shù)淺述

邵俊濤

鶴壁天宏鋼結(jié)構(gòu)有限公司

大型復(fù)雜構(gòu)件鋼結(jié)構(gòu)加工制作綜合技術(shù)淺述

邵俊濤

鶴壁天宏鋼結(jié)構(gòu)有限公司

大型復(fù)雜構(gòu)件鋼結(jié)構(gòu)工程體系較為復(fù)雜，制作工藝要求較高，本文就其加工制作綜合技術(shù)進(jìn)行了簡單的分析。

大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)、加工制作；綜合技術(shù)

一、工程概況

本工程塔樓ST2分為地下4層，地上62層，鋼結(jié)構(gòu)包括：核心筒鋼柱、樓層鋼柱、組合柱、支撐、轉(zhuǎn)換桁架等。地下部分標(biāo)高-19.600～-0.100m，地上部分標(biāo)高-0.100～278.57mm，室外地面至屋頂標(biāo)高為257.550m，鋼結(jié)構(gòu)最高點(diǎn)標(biāo)高為278.570m。核心筒部分鋼骨柱大部分為H型鋼，組合柱為L形大截面鋼柱;轉(zhuǎn)換桁架分布于15、30、45層三個(gè)樓層，共12榀，桁架上、下弦桿和腹桿采用翼緣外伸箱形截面;組合柱為兩根箱形柱和一根H型鋼柱焊接而成的組合構(gòu)件;支撐為翼緣外伸箱形截面。建筑功能為小型家庭辦公兩用型辦公、酒店式公寓(SOHO公寓)，建筑高度為279.650m，鋼結(jié)構(gòu)總用鋼量約2萬t。

二、鋼構(gòu)件結(jié)構(gòu)形式

該工程中除采用普通的H形、箱形截面形式外，還增加了很多特殊截面形式，如L形柱、K形柱。

三、典型L形鋼柱加工工藝分析

1、L形鋼柱特點(diǎn)

L形鋼柱的截面實(shí)體是由兩根箱形柱和一根H型鋼組成的。主體結(jié)構(gòu)截面為2300mm×2300mm。1～5號零件板厚均為85mm，材質(zhì)為Q345GJCZ25。其加工難點(diǎn)如下：

1)多次裝焊，焊縫數(shù)量多，隱蔽焊縫多。

2)焊縫不對稱，變形難以控制。

3)厚板焊接難度大。特別是兩箱形柱組焊L形柱的兩條焊縫，板厚為85mm，坡口只能開單V形坡口，焊接位置為橫焊，焊接變形量大，需采用剛性固定，焊接應(yīng)力難以釋放。

4)構(gòu)件加工工期長，焊縫需要不間斷焊接。

5)L形位置不是直角，設(shè)計(jì)角度為93°，精度較難控制。

2、注意事項(xiàng)

2.1 厚鋼板預(yù)熱。厚度40mm以上的板焊接時(shí)需要預(yù)熱，預(yù)熱方式采用紅外線電加熱片加熱，配合保溫石棉，40mm厚的板預(yù)熱溫度為60℃，60mm厚的板預(yù)熱溫度為80℃，以此類推。60mm以上的板焊接后需要后熱，后熱與預(yù)熱方式相同，后熱溫度為350℃，保溫時(shí)間應(yīng)依據(jù)構(gòu)件厚度確定：每25mm板厚不小于0.5h。

2.2 層間溫度。焊接時(shí)所有焊縫的層間溫度要控制在60～250℃。焊接過程中，利用紅外線測溫儀進(jìn)行層間溫度的監(jiān)控，本工程均為厚板和超厚板焊接，散熱快，需要控制最低溫度。

2.3 焊接順序。要一致，較長構(gòu)件要從中間向兩邊焊接。板厚為60mm的板之間的焊縫必須要用分段退焊法焊接，以1m為單位進(jìn)行分段，盡量采用多人同時(shí)分段焊接。由于栓釘焊接空間限制，裝配箱形前先把箱形內(nèi)側(cè)栓釘焊接上，為了保證肋板、工藝隔板的焊接質(zhì)量，肋板、工藝隔板兩側(cè)300mm范圍不焊栓釘。

2.4 焊接工藝。引、熄弧板按照J(rèn)GJ81—2002《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程》嚴(yán)格執(zhí)行，對于所有接料焊縫、焊接H型鋼、箱形的主焊縫必需加同材質(zhì)同厚度的引、熄弧板;60mm以上厚板全熔透焊縫坡口角度為25°，間隙為8～10mm，半熔透焊縫坡口角度為35°，熔深為2/3板厚。能采用埋弧焊的焊縫必須用埋弧焊填充、蓋面，焊接過程中，嚴(yán)格按照焊接工藝評定中的焊接參數(shù)施焊。厚板多層、多道焊接應(yīng)一氣呵成，必須中斷的，應(yīng)加石棉保溫;再焊接時(shí)，必須將鋼材加熱到最低預(yù)熱溫度以上方可施焊。

2.5 剛性固定。裝配成槽形、箱形和組裝L形時(shí)為了防止焊接變形，在型體內(nèi)側(cè)要設(shè)加固三角板，厚度為25～40mm，間距為1000～1500mm。兩端頭必須加焊三角板，以保證端頭截面尺寸滿足精度要求。

3、L形鋼柱裝焊方案

3.1 構(gòu)件的焊縫要求。1～6、8、13號零件板之間的焊縫、16～18號零件板組焊工字鋼的焊縫，以及工字鋼和L形柱之間的焊縫均為牛腿上、下500mm全熔透，兩端頭100mm全熔透，其余部分半熔透。7、12號零件板的焊縫為全長半熔透。9、10、11、14、15號零件板處的肋板均為半熔透。焊縫在構(gòu)件兩端時(shí)四周都要焊接，在構(gòu)件中間時(shí)由于操作空間的限制，只焊接三邊。焊接三邊時(shí)，9號零件板在3號板方向的焊縫不焊，10號零件板在2號零件板方向的焊縫不焊，14號零件板在2號零件板方向的焊縫不焊，11、15號零件板在蓋板方向的焊縫不焊。11、15號零件板為牛腿翼緣板時(shí)焊縫為全熔透。中間工字鋼上的牛腿焊縫均為全熔透。

3.2 裝焊箱形構(gòu)件。將1、6、7號零件板組裝成槽形構(gòu)件，并把9～11號零件板空檔中的橫向肋板(除了上端封頭板)裝上，在兩端裝上加固三角板。先把橫向肋板及固定三角板的焊縫焊接完成，再蓋2號零件板。然后把箱形兩端的加固三角板、肋板焊接完成，再焊4條主焊縫。主焊縫先對稱焊接7號零件板一側(cè)的兩條焊縫再焊6號零件板一側(cè)的焊縫。焊成箱形后，裝配3號零件板，對3號零件板上的兩條主焊縫進(jìn)行對稱焊接。

3.3 裝焊工字形構(gòu)件。將4、5、12號零件板裝成工字鋼，并把14、15號零件板空檔中的橫向肋板(除了上端封頭板)裝上，在兩端裝上加固三角板。先焊接橫向肋板及固定三角板的焊縫，再焊接主焊縫。

3.4 組焊L形柱。把前兩步裝焊成的箱形與工字形組裝在一起。焊接2號零件板與4、5號零件板之間的焊縫。先把2號零件板與5號零件板之間的焊縫半熔透區(qū)域打底、填充7～8道，使其焊接熔深達(dá)到25mm左右;然后焊接2號零件板與4號零件板之間的焊縫，把此焊縫焊接完成;再繼續(xù)焊接2號零件板與5號零件板之間的焊縫。組焊L形在特制的胎架上進(jìn)行，方便焊接的同時(shí)，也可控制焊接變形。

3.5 裝焊成品。焊接完成L形柱后，把上端的封頭板裝焊上，然后進(jìn)行銑端。銑端后裝中間的工字鋼及三個(gè)方向的牛腿。牛腿焊接完成后再裝8、13號蓋板。最后再焊接外側(cè)的栓釘。牛腿上的補(bǔ)強(qiáng)板在牛腿裝焊完畢后再裝焊。

[1]石永久，王萌，王元清.鋼框架不同構(gòu)造形式焊接節(jié)點(diǎn)抗震性能分析[J].工程力學(xué)，2014，29(7)：75-83.

[2]郁有升.鋼框架梁翼緣削弱型節(jié)點(diǎn)的試驗(yàn)研究及理論分析[D].西安：西安建筑科技大學(xué)，2014.