淺談鋼結構拼裝焊接施工工藝流程及施工方案

周中吉

（上海振華重工（集團）股份有限公司，上海 200125）

鋼結構因為具有質量輕、材料均勻性好、韌性強、周期短，抗震性能好、制作簡單、密閉性能耗、有效空間大、拼裝過程簡單便捷等一系列優(yōu)點，深受建筑行業(yè)青睞，特別是高層大跨度建筑更可以凸顯鋼結構的應用優(yōu)勢。隨著近年來鋼結構應用實踐越來越多，人們對于鋼結構的應用從設計到外形都越來越多樣化。在整個鋼結構施工中，拼裝和焊接是最為關鍵的兩個環(huán)節(jié)。

1 施工案例

A綜合服務樓工程，建筑面積2萬余平方米，由主樓和副樓兩個部分組成，主樓和副樓之間的連接為鋼結構天橋，天橋結構的外側為玻璃幕墻，主要結構形式是鋼骨柱和鋼筋混凝土組合而成。經過計算和分析，得出制作鋼結構的鋼材料的消耗量預計為1446t，鋼結構主要包含三個部分人字斜柱、鋼骨柱和天橋。施工流程如圖1所示。

圖1 鋼結構施工流程

2 鋼結構現(xiàn)場拼裝流程和方案

2.1 拼裝準備工作

（1）在鋼結構拼裝前一周，將已經在工廠完成加工預制的鋼結構運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，并做好施工現(xiàn)場的“三通一平”：水通（給水）、電通（施工用電接到施工現(xiàn)場，具備施工用電條件）、路通（場外道路鋪到施工現(xiàn)場周圍入口處，滿足車輛出入條件）、場地平整（擬建建筑現(xiàn)場基本平整，不需要機械平整，人工簡單平整即可進入施工的狀態(tài)）。

（2）一般鋼結構會和配套胎架同時運送到施工現(xiàn)場，除了“三通一平”，還要做好配套胎架的劃線、定位、復驗，并對胎架進行焊接和固定。

2.2 鋼構件現(xiàn)場驗收

鋼構件運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場后，施工企業(yè)應立即組織構建質量檢查，準備好設計圖紙和鋼構件檢驗規(guī)范，首先檢查鋼構件數(shù)量、外觀、隨車攜帶的質量證明，做好檢查驗收記錄。如果構件質量檢查結果不合格，嚴禁將其投入施工使用，立即和構件生產廠家聯(lián)系退貨。對于質量檢查合格的鋼構件，暫時將其堆放在高度較高的場地，并在最下面設置墊木，避免鋼構件因為存放高度不同，發(fā)生結構變形。鋼構件的存放環(huán)境務必干燥，且分類堆放，便于查找和應用，如果施工過程中涉及鋼構件的二次倒運，為了防止鋼構件的損壞，則應該選擇合適的吊點。

2.3 安裝工藝方案

（1）安裝鋼構件前，需認真檢查鋼構件的相關標記，核對鋼構件的幾何尺寸和安裝孔距，各項檢查工作確保無誤后方可開展安裝工作。

（2）測量預埋件埋設深度，和設計圖紙進行比對，確保兩者之間保持一致。

（3）以吊裝的方式將配套胎架和臨時吊裝支架吊裝到位。

（4）利用汽車吊將桅桿分段及其他散件吊裝到指定位置。

（5）安裝桅桿上的膜張緊裝置。

（6）安裝與桅桿相連的臨時吊裝支架，再將橫向桁架送到指定位置和臨時做吊裝支架拼裝成型，用臨時支架加以固定。

（7）安裝縱向架，從中間向兩邊進行電焊定位。檢查縱向架位置、相對距離等各項參數(shù)，確保所有參數(shù)無誤方可進行定位焊接。

（8）以上工作結束后24小時可以對整個構架進行測量，將測量結果報送到監(jiān)理人員處。

3 鋼結構焊接施工流程和方案

3.1 焊接準備

焊接施工前，將CO2氣保焊、手工電弧焊等設備在施工現(xiàn)場準備好，按照后續(xù)鋼結構的尺寸等參數(shù)搭建符合應用要求的操作平臺，務必保證操作平臺以及焊接技術條件等都符合國家標準要求。焊接前，先閱讀焊接作業(yè)指導書，掌握各項工藝參數(shù)，焊接施工前檢查焊口并做好預熱，這里應注意的是，預熱溫度的確定和碳當量之間有著一定的關系，所以與預熱前應該對碳當量進行計算，如果碳當量處于0.45～0.6之間，那么預熱溫度應該處于100～150℃，如果碳當量超過0.6，預熱溫度應該超過200℃，如果碳當量不足0.45的鋼材，也需要根據(jù)實際情況做適當?shù)念A熱，特別是如果厚度超過25mm則必須預熱。焊接前，檢查坡口鈍邊、間隙、角度等，處理坡口兩側的銹斑，均勻加熱木材。為了保證預熱溫度達到相關標準和要求，測量預熱溫度，如果預熱溫度達標可以直接焊接，如果預熱溫度不達標則再次預熱。

3.2 焊接施工

焊接施工前裝好引弧板和焊墊板，務必保證兩者之間焊接足夠牢固，檢查表面清潔程度，確保表面清潔程度和坡口相一致，緊貼墊板和母材，并將其緊緊連接。焊接第一層焊道的時候，封堵坡口內墊板、母材之間的連接位置，然后逐層累焊，直到坡口填滿，每一層焊道完成焊接后都要及時清理雜物和焊渣，檢查焊接位置的完整性，如果存在缺陷應該及時修補。焊接施工中，如果受外界因素的影響不得不暫停焊接，那么進行保溫緩冷處理，繼續(xù)焊接前必須重新預熱，預熱溫度達標后方可繼續(xù)焊接。

在本工程中，鋼結構基本單元完成安裝后可以從中心位置開展焊接，并將中心位置作為基礎位置，完成基準位置焊接后逐漸向兩邊焊接。如果焊縫程度較長，那么一般采用分段焊接的方法，從中間向兩邊開展焊接，焊接過程中，對于焊接設備、焊接人員都應該對稱布置，避免不對稱導致的焊接變形問題。如果構件屬于形狀不對稱類型，先做好小部件的組焊和矯正，抵消焊接過程中發(fā)生的變形。

4 鋼結構拼裝質量控制

（1）鋼結構在加工廠家出發(fā)前，采購部門和廠家相關部門一起檢驗構件的質量，同時出具鋼構件的質量檢查報告，檢查鋼構件的完整性，并附構件的發(fā)貨清單及組裝的順序代碼。安裝鋼構件的過程中嚴禁應用短料拼接主要構件（施工圖紙?zhí)厥庖?guī)定的除外），嚴禁在墩頂位置和面板位置設置橫向接縫，對于腹板的應用務必采用整塊鋼結構。鋼結構運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場后，實際拼裝前必須對其二次檢驗，避免鋼構件發(fā)生變形等問題，如果有必要、有條件可以對鋼構件展直矯正。對于像本工程中復雜的鋼結構，一般先進行預拼裝，預拼裝成品運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場后，再組織開展后續(xù)的現(xiàn)場拼裝。

（2）綜合考慮施工現(xiàn)場實際情況以及具體的吊裝要求，選擇拼裝鋼結構吊裝機械，吊裝前，為了保證地基承載能力滿足吊裝設備的相關要求，應用壓實機械對施工現(xiàn)場的場地進行壓實，施工場地四周設置排水溝渠，為了避免聚水，場地需有一定的坡度。

（3）選擇其中設備的時候，計算每一段構件的機械重量，然后以最大值乘以2為標準，選擇起重設備，如果構件體積或者重量較大，需2臺起重設備吊裝，那么首先計算吊裝重量，然后根據(jù)計算結果綜合考慮選擇合適的吊裝機械設備。如果在吊裝鋼構件的過程中現(xiàn)場條件有限，進一步分段和切割構件，為了避免影響整個工程的質量，盡量減少切割段數(shù)、提高吊裝設備的能力。

（4）拼裝鋼構件的過程中，及時檢查鋼構件的平面尺寸和預拱度，一旦發(fā)生異常立即調整和糾正，務必保證整個結構不會發(fā)生任何變形。如果在運輸、吊裝或者拼裝過程中鋼構件發(fā)生了油漆脫落問題，完成焊接拼裝后應該及時噴涂面漆，噴涂面漆不僅是為了外觀，還可以避免鋼構件在后續(xù)應用過程中被銹蝕。

（5）鋼構件在對接拼接的時候需要應用到精密儀器，務必保證精密儀器的規(guī)格和測量精度符合要求。

（6）在拼裝鋼結構的過程中，為了提高拼裝質量可以分段拼接，拼接單位為節(jié)，拼裝過程中注意設置好預拱度。預拼裝前檢查鋼結構的尺寸、孔眼位置等，一旦發(fā)現(xiàn)誤差立即糾正排除。比如如果孔眼誤差不超過3mm，可以先應用鉸刀銑孔，完成銑孔后確保孔眼直徑不超過原來直徑的1.2倍；完成預裝后重點檢查鋼構件的中心線位置、交線中心等位置，并且在構件上標記出相應的標記，方便后續(xù)查找應用。如果條件允許，可以安裝臨時支撐和定位器等，縮短后續(xù)查找時間。如果在拼接的過程中應用的是假隔艙方法，精心設計接頭、節(jié)段的位置，并且對其編號，確保構件整體的拼裝流暢進行。

（7）鋼結構連接中，高強度螺栓連接質量直接決定了整個鋼結構的連接質量，為此，在拼裝前檢查高強度螺栓，務必保證螺栓有正規(guī)的出廠證明，另外重點檢測螺栓的表面抗滑移系數(shù)，定期檢查各批次螺栓的軸力。完成高強度螺栓的軸力檢查后，檢查每一個螺栓的安裝質量，確保不存在欠擰、超擰情況，從而將高強度螺栓的功能充分發(fā)揮出來。

（8）安裝鋼構件的時候，鋼構件的孔眼直徑必須和螺栓直徑之間相匹配，嚴禁隨意更改孔徑大小。為了保證安裝的時候孔徑不會發(fā)生變化，須應用胎架模具防止預制鋼結構發(fā)生變形，另外在運輸構件的過程中采取必要的固定保護措施。安裝構件的時候，采用固定保護措施運輸構件。在構件的安裝中，必須保證接觸面面積超過構件表面積的2/3，并且注意控制接觸面邊緣之間的距離不能超過0.8mm。

5 鋼結構焊接質量控制

焊接介質材料的選擇：選擇焊接介質材料的時候，必須保證介質的化學成分、力學性能以及強度等都和木材之間具有較高的適應性，綜合考慮焊接工藝綜合評定結果以及現(xiàn)場試焊結果選擇最合適的焊材的品牌，如果焊接的時候應用的焊接方法為手工焊，應采用E50XX型焊條。如果焊接同種材質的鋼構件，那么選擇焊接介質的時候，遵循焊接介質與焊接接頭、母材材質同等的原則。如果在焊接不同材質的鋼構件，則遷就強度級別較低的材料，本工程中涉及碳鋼和低合金鋼的焊接，則考慮低合金鋼的強度，選擇焊接介質材料。

焊接過程中的質量控制措施：

（1）焊接過程中盡可能降低焊接應力。可以采取的方法有：

①控制焊接長度盡量合適，盡量減少焊縫數(shù)量和尺寸。在焊接過程中受高溫的影響，局部會產生熱膨脹，從而產生焊接應力，為了控制焊接應力，應盡量控制熱集中現(xiàn)象，對于角焊縫應采用細長焊縫。

②控制焊接限制。一般來說，在焊接過程中如果約束程度越大，那么產生的焊接應力將會越大，為了控制約束程度處于合理范圍內，不能應用剛性固定的方式控制鋼構件變形。

③控制好合理的焊接順序和焊接方向。如果鋼構件焊縫較多，那么綜合考慮構件的配置和焊縫的布置情況，做好焊縫順序的安排，比如本文工程中，先焊接收縮程度較大的焊縫，然后焊接收縮程度較小的焊縫。

④降低焊接接頭的剛度。在實際焊接施工中如果焊接剛度較大，盡可能減小焊接后的殘余應力，一般在實際焊接施工中采用反向變形法。

（2）焊接施工中可能會發(fā)生焊接變形，為了更好地控制焊接變形，可以采取以下方法：

①避免多個焊縫在同一個點交叉。

②焊接必須均勻對稱，接頭位置務必保證足夠整潔光滑。

③鋼構件搭接的位置，不能存在角焊縫，并且控制搭接焊縫長度不能超過25mm，以避免出現(xiàn)背襯問題。

④焊接中，母材厚度方向往往會產生一定的收縮力，也要采取有效的措施盡量減小母材厚度方向的收縮應力。

6 結語

總而言之，在鋼結構施工中，介質材料的選擇、拼裝工藝和焊接工藝的選擇都會對整個施工結構的施工效果產生影響，所以，深入探索拼裝工藝和焊接工藝流程和方案，對于提高鋼結構施工質量具有一定的現(xiàn)實意義。