鋼管桁架結構焊接質量控制分析

彭 沖

湖南省第四工程有限公司，湖南 長沙 410000

鋼管桁架結構的焊接質量直接影響建筑工程施工質量以及施工成本。在鋼管桁架結構焊接中，變形問題比較常見，不僅會影響鋼結構外觀，同時會對其使用性能造成不良影響，甚至導致焊件報廢，造成巨大的經濟損失。為了提高鋼管桁架結構的焊接質量，有必要對具體的質量控制措施進行分析，以提高施工效率。

1 鋼管桁架結構焊接工藝

1.1 焊前準備

（1）鋼管桁架焊接施工技術要求比較高，要求焊工通過專業考試，并持證上崗。在焊接施工中，焊工必須嚴格依據焊接施工規范，遵守施工規章制度。

（2）焊工應秉持認真、負責的工作態度，在鋼管桁架焊接施工中加強焊接細節質量控制。

（3）在鋼管桁架焊接施工中，如果發現焊接構件質量不合格，則焊工可拒絕焊接，并及時通知相關負責人。

1.2 焊前清理

根據施工方案確定焊縫，對焊縫區域30mm范圍進行清理，清除水、油污、銹蝕、油漆等。

1.3 焊前預熱

在鑄鋼節點焊接施工前，需提前預熱，根據焊接施工工藝試驗確定預熱溫度。

1.4 鋼管桁架相貫線焊接

（1）如果鋼管桁架重量超載，則可在地面根據構件質量進行分類，然后依據施工圖進行組裝和焊接施工，在各段時間，均需應用連接板進行連接處理。在分組、安裝和焊接施工完成后，要求立即對焊接質量進行檢驗，確保焊縫、焊接尺寸符合施工規定，再拆除連接點，采用吊車將構件運輸至安裝位置進行焊接。

（2）在鋼管桁架拼裝施工中，必須對各單元尺寸結構準確性進行控制，嚴格控制誤差，避免在高空拼裝過程中尺寸不準確，進而造成資源浪費；在單元拼裝施工中，按照從中間向兩邊、從下至上的拼裝順序。在局部處理方面，先處理大管和主管，后處理小管和支管，降低變形率。拼裝完成后，根據施工規定標號，劃分定位線。需注意的是，在單元拼裝以及焊接施工中，可將胎架作為施工平臺，以加強結構形狀控制。

（3）在鋼管桁架拼裝方面，必須嚴格依據施工規定，盡量減小拼裝誤差。

2 工程概況

某乙級綜合體育館由體育館和游泳館兩部分組成，其中體育館包括體育館屋頂鋼桁架結構、20.4m標高樓面鋼結構、21.2m標高鋼結構；游泳館包括游泳館屋頂鋼桁架結構、14.7m標高鋼結構。體育館和游泳館效果圖如圖1所示。體育館及游泳館屋頂鋼桁架采用倒三角形空間鋼管桁架結構體系。體育館平面尺寸為92.1m×126m，游泳館平面尺寸為48m×72m，其他標高層鋼結構為熱軋或焊接H鋼結構。體育館及游泳館屋頂鋼桁架材質為Q420B鋼材，其他標高層鋼結構材質為Q345B鋼材。

圖1 體育館和游泳館效果圖

在該工程施工中，桁架與網殼跨度的范圍在72～84m，高度范圍為2～6m。很多桁架桿件的厚度比較小，因此容易發生變形，制作精度控制以及運輸難度比較大。另外，中庭雙曲網殼以及倒三角鋼管桁架節點比較復雜，加工和拼裝難度比較大。

3 鋼管桁架結構焊接質量控制

3.1 安裝精度控制措施

（1）設計階段精度控制。對于復雜節點，需做好工藝評定分析。在加工前，采用Auto CAD軟件創建三維模型，然后將模型轉換為DXF文件，再輸入至WIN3D設計軟件中進行計算分析，在獲得構件角度、長度等參數后，即可輸入至PIPE-COAST軟件的切割數據單中，據此進行切割和加工處理。

（2）拼裝階段精度控制。在構件拼裝中，定位控制難度比較大，故在該工程施工中，各類構件統一在工廠制作，然后運輸至施工現場拼裝和焊接。在此過程中，需根據施工方案做好定位處理，保證焊接精度。①對于鋼管桁架以及網殼架，均可在工廠預拼裝，要求對桿件、各節點之間的焊接縫隙以及桁架尺寸進行檢查，同時根據安裝要求做好標記，便于提高現場安裝效率。②在胎架安裝施工前，對施工場地進行整平和硬化處理，根據計算設計符合拼裝要求的支撐結構體系。③在將桁架結構運輸至施工現場后即可焊接，如果天氣條件惡劣，需搭設防護棚。同時，在焊接過程中做好跟蹤測量，對焊接順序進行調整，保證焊接質量。④測量定位時，需利用三維坐標進行定位，以中庭雙曲網殼模型為依據，對胎架支撐點位進行嚴格控制，同時采用全站儀進行跟蹤定位，保證桁架拼裝完成后節點坐標與模型坐標保持一致。⑤對于屋蓋鋼管桁架，可在地面分段拼裝，然后進行整體吊裝，對于每榀分段桁架與已安裝完成的結構，需利用碼板做好固定處理，以保證整體結構的穩定性。

3.2 焊接應力應變控制

（1）焊接應力控制措施。在鋼管桁架焊接質量控制方面，應力控制的作用是有效減小應力峰值，保證應力分布均勻。對此，可采取以下幾種措施：①控制焊縫約束力。如果約束力比較大，則焊接應力也比較大，因此應盡量減小焊縫約束力，然后再焊接。在構件拼裝完成后，采用碼板對主弦桿進行臨時固定，相貫口處需預留間隙，使鋼管桁架處于自由狀態，然后進行焊接處理。②調整焊接順序。部分節點位置焊接工藝比較復雜，需綜合考慮貫口形狀以及焊縫調整焊接順序。首先對收縮量、約束力比較大的焊縫進行焊接，然后對收縮力及約束力比較小的焊縫進行焊接。③合理應用補償加熱法。在鋼管桁架焊接施工中，可能會出現冷裂紋，如果管壁厚度比較大，則應提前預熱，降低裂縫發生率。④對于大尺寸構件，可采用分段焊接施工技術，在焊接完成后進行矯正驗收，再拼裝焊接。

（2）焊接變形控制措施。在鋼結構焊接質量控制方面，應注意對于不同節點構造，需采用不同的焊接工藝，有效控制焊接變形。①采用合理的拼裝焊接順序。在該工程施工中，空間倒三角鋼管桁架拼裝和焊接施工順序如圖2所示。在實際施工中，需根據圖2中的編號拼裝腹桿并焊接，保證拼裝焊接施工順序科學合理。在中庭網殼片狀桁架拼裝焊接過程中，首先要做好上、下主弦桿定位，然后進行拼裝和焊接。在拼裝焊接施工中，應注意在標準水平面進行鋼結構拼裝。對于相貫口形狀、焊縫布置形式，必須保證對稱性，如果焊縫不對稱，則應先對焊縫比較少的一側進行焊接，再完成另一側焊接。如果管徑比較大，則可分段焊接，同時根據實際情況對焊接方向進行調整。②碼板固定。在鋼管桁架焊接施工中，部分構件在自身重力以及焊接應力的影響下固定難度比較大。對此，需確定胎架固定位置并拼裝，然后利用碼板對夾緊固定位置，盡量避免出現焊接變形。③選擇適宜的焊接方式以及焊接工藝。根據焊接工藝選擇焊接方式以及焊接工藝參數，然后進行焊接施工，嚴格控制焊接變形。

圖2 空間倒三角鋼管桁架拼裝焊接順序

4 結束語

文章主要結合實例，對建筑工程鋼管桁架拼裝焊接施工質量控制措施進行了詳細探究。在鋼管桁架焊接施工中，部分節點焊接工藝比較復雜，應根據項目建設要求，選擇適宜的焊材及焊接施工方式，同時對焊接工藝進行評定分析，加強焊接應力變形控制，進而提高焊接施工質量。