高层框架钢结构节点连接施工工法.docx

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高层框架钢结构节点连接施工工法

文件排版存档编号：

[UYTR-OUPT28-KBNTL98-UYNN208]

高层框架钢结构节点连接施工工法

高层框架钢结构节点连接施工工法

编制单位：

中冶京唐建设有限公司

日期：

2007年5月

1前言…………………………………………………………………………………………1

2工法特点……………………………………………………………………………………3

3适用范围……………………………………………………………………………………3

4工艺原理……………………………………………………………………………………3

5工艺流程及操作要点………………………………………………………………………3

节点的施工工艺流程………………………………………………………………3

节点高强螺栓施工…………………………………………………………………4

节点焊接……………………………………………………………………………8

6材料及设备…………………………………………………………………………………12

高强螺栓连接副……………………………………………………………………12

焊接材料……………………………………………………………………………12

设备…………………………………………………………………………………13

7质量控制……………………………………………………………………………………13

执行标准……………………………………………………………………………13

扭剪型高强螺栓施工质量检查和验收……………………………………………13

焊接检验……………………………………………………………………………13

质量保证技术措施和管理措施……………………………………………………14

8安全措施……………………………………………………………………………………15

9环保措施……………………………………………………………………………………18

10效益分析……………………………………………………………………………………18

经济效益……………………………………………………………………………18

社会效益……………………………………………………………………………19

11应用实例……………………………………………………………………………………20

本工法应用的工程项目……………………………………………………………20

应用效果……………………………………………………………………………20

1前言

随着钢结构市场领域的不断拓宽，高层框架钢结构不论是在工业建筑还是在民用建筑领域都已蓬勃兴起，钢框架结构以其环保、快捷的建设过程逐渐代替钢筋混凝土框架结构，成为钢结构施工企业的主要竞争市场。

目前，在我国不论是民用高层还是工业用高层钢结构框架，其框架连接节点形式基本相同，从设计角度均为刚性连接，主要形式为：

柱—柱连接为全焊接接点；柱—梁连接为栓焊混合接点（部分为全焊接点）。

图--1箱型截面柱全熔透对接图

图-2箱型截面柱全熔透对接图

图-3主、次梁不等高刚性连接图

图-4主、次梁等高刚性连接图

在安装施工过程中的主要控制环节都是框架柱的垂直度、框架柱的位移、框架梁的标高、框架安装节点的连接施工。

通过各类钢框架结构工程的施工，我们就影响其整体安装质量的环节----框架节点连接施工，进行了总结，并编制了本工法。

2工法特点

结合框架节点的连接形式，本工法从框架的垂直方向、水平方向、各节点间、单个节点间，对焊接顺序均进行了规定，强调了节点的焊接方法为CO2气保焊，详细明确了节点的高强螺栓连接施工工艺和焊接施工工艺，并通过实例说明了本工法是适用、可靠、过程安全、工艺合理并为各施工企业所用。

3适用范围

本工法适用于各类民用及工业建筑中的高层钢框架结构节点连接施工。

4工艺原理

本工法工艺核心部位的原理在于是钢框架节点的连接施工顺序和工艺。

因高层钢框架结构节点多为刚接，安装过程中，在节点的施工顺序和工艺上，不论是垂直方向还是水平方向；不论是相邻节点间还是每个节点的各个部位，都应本着减少焊接应力、控制变形、提高焊接速度、保证连接精度的原则进行合理规定，方可保证整个框架结构的施工质量。

5工艺流程及操作要点

节点的施工工艺流程

5.1.1垂直方向节点的施工顺序:

安装多层柱节时,应先固定顶层梁,再焊接柱与柱接口，然后固定下层梁,最后固定中层梁，在焊下层梁的同时安装上节柱。

5.1.2当钢框架梁与柱接头为腹板栓接、翼缘焊接时,按先栓接后焊接的顺序进行施工。

5.1.3水平方向节点的施工顺序:

对于有基准间的柱网，应从基准间开始向四周扩展;无基准间的柱网应从角部开始向内延伸。

节点高强螺栓施工

5.2.1高强螺栓的试验和检验

1资料检验

高强螺栓连接副（螺栓、螺母、垫圈）应配套成箱供货，并附出厂合格证，质量证明书及质量检验报告。

应按所附资料内容逐项与设计要求、现行国家标准进行对照，不符合要求的连接副不得使用。

2高强螺栓副检验（指扭剪型高强螺栓）

施工前要对高强螺栓副进行紧固轴力试验,在施工现场待安装的螺栓批中随机抽取，每批抽取8套高强螺栓副进行复验。

3抗滑移系数试验

1）高强螺栓安装施工前应对连接面抗滑移系数进行检验。

2）抗滑移系数检验应以钢结构制造批为单位，由钢构件制造厂和安装单位分别进行，每批三组。

以单项工程每2000t为一制造批，不足2000t者视作一批，单项工程的构件摩擦面选用两种及两种以上表面处理工艺时，则每种表面处理工艺均需检验。

3）抗滑移系数用的试件由制造厂加工,试件与所代表的构件应为同一材质、同一摩擦面处理工艺、同批制作、使用同一性能等级、同一直径的高强螺栓连接副，并在相同条件下同时发运。

抗滑移系数检验用的试件宜采用如下图所示型式。

表5.2.1抗滑移试件规格（单位mm）

螺栓规格

芯板

侧板

板宽

边距

孔距

D

δ1

δ2

b

a1

a

16

16

8

75

40

60

20

20

10

100

50

70

22

22

12

105

55

80

24

25

14

110

60

90

5.2.2高强螺栓仓库保管

高强螺栓连接副按包装箱注明的规格、批号、编号、供货日期进行清理，分类保管，存放在室内仓库中，堆放时要用木板或货架与地面隔开，其高度不小于300mm。

堆积不要高于3层以上。

室内防潮，长期保持干燥，防止生锈和被脏物沾污染。

防止扭矩发生变化。

其底层应距地面高度不小于300mm以上。

工地安装时，应按当天需要高强螺栓的数量发放，剩余的要妥善保管，不得乱放，以免损伤螺纹，或被脏物沾污。

5.2.3高强螺栓施工管理

1施工管理者

在进行高强螺栓施工时，先确定高强螺栓的管理者，使其担当施工工程管理、质量管理及指导施工人员。

2天气管理（气候条件）

原则上降雨、降雪时不进行作业；若在作业中突然发生降雨或降雪时，首先应采取防雨水、雪措施，尽快将就位的螺栓按程序终拧。

应加快速度把没有拧完的锁紧完。

3摩擦面管理

在拧紧作业前，首先进行摩擦面的检查，如有生锈、油、涂料、残渣等降低摩擦面承载能力的附着物时，采取金属刷、砂纸、氧气—乙炔火焰进行去除。

5.2.4作业条件

1高强螺栓连接摩擦面处理经检验符合设计及标准要求。

2高强螺栓连接副紧固轴力复检符合标准要求。

3高强螺栓连接处摩擦面如采用生锈处理方法时，安装前应以钢丝刷除去摩擦面上的浮锈。

4对因板厚公差、制造偏差或安装偏差等产生的接触面间隙，应按表5.2.4处理,合格后方可进行高强螺栓的安装。

表5.2.4接触面间隙处理

项目

示意图

处理方法

1

t<1.0mm时不作处理

2

T=~时将板厚一侧磨成1:

10的缓坡,使间隙小于1.0mm。

3

t>3.0mm时加垫板,垫板厚度不小于3mm,最多不超过三层,垫板材质和摩擦面处理方法应与构件相同。

5.2.5操作工艺

1高强螺栓的穿入,应在结构中心位置调整后进行,其穿入方向应以施工方便为准,力求一致。

安装时应注意垫圈的正反面，螺母有圆台面的一面应朝向垫圈有倒角的面。

2高强度螺栓穿入时应能自由地穿入,如连接板的螺栓孔不同心，不能自由地穿入时，严禁强行穿入。

应该用铰刀进行修整，修整后的孔最大直径应小于倍螺栓直径。

3在修整孔前，应将四周螺栓全部拧紧，确保连接板紧贴，防止铁屑进入板缝内，然后再进行铰孔。

严禁使用气割法扩孔。

4扭剪型高强螺栓的拧紧分为初拧、终拧。

对于大型节点应分为初拧、复拧、终拧。

初拧扭矩值为*Pc*d的50%左右,可参照表5.2.5-1选用。

复拧扭矩值等于初拧扭矩值。

初拧或复拧后的高强螺栓应用颜色在螺母上涂上标记,然后用专用扳手进行终拧,直至拧掉螺栓尾部梅花头。

对于个别不能用专用扳手进行终拧的扭剪型高强螺栓,可按下式规定的方法进行终拧（扭矩系数取。

Tc=k·Ｐc·d

Tc----终拧扭矩值（N·m）；

Pc----施工预拉力值标准值（kN）见表5.2.5-1

d----螺栓公称直径（mm）

K----扭矩系数，（按下列公式计算）

（5.2.5-1）

公式式中T---施拧扭矩

D---高强螺栓的公程直径（mm）

P---螺栓预拉力（kN）

表5.2.5-1初拧扭矩值

螺栓直径d（mm）

16

20

（22）

24

初拧扭矩（）

115

220

300

390

表5.2.5-2高强螺栓施工预拉力（kn）

螺栓性能等级

螺栓公称直径（mm）

M12

M16

M20

M22

M24

M27

M30

级

45

75

120

150

170

225

275

级

60

110

170

210

250

320

390

5高强度螺栓终拧后,螺栓螺纹外露应为2至3扣,其中允许有10%的螺栓螺纹可外露1～4扣。

6一个接头上的高强螺栓，应从螺栓群中部开始安装，逐个拧紧。

初拧、复拧、终拧都应从螺栓中部开始向四周扩展逐个拧紧，每拧一遍均应用不同颜色的油漆做上标记，防止漏拧。

7扭剪型高强螺栓的紧固,一般初拧紧固轴力可以控制在50%～80%终拧紧固轴力值的范围。

对常用规格的高强螺栓（M20、M22、M24），初拧扭矩可控制在400～。

若采用转角法,初拧的转角控制在45°～75°之间,一般以60°为宜。

5.2.6扭剪型高强螺栓的施工过程

1先将扳手内的套筒套在螺栓梅花头上，然后，轻轻扳动扳手，将外套筒套在螺母上。

待完成本项操作后，最后晃动一下扳手，确认内、外套筒是否套好，调整套筒与连接板垂直。

2打开扳手开关，外套筒旋转至螺栓在断裂切口处断开。

3切口断裂后，关闭扳手开关，将外套筒从螺母上卸下。

此时注意拿稳扳手，特别是高空作业。

4起动扳手的顶杆开关，将套筒内拧断的螺栓梅花头顶出。

梅花头应收集在专用容器内，禁止随便丢弃，特别要防止高空坠落伤人事故发生。

5.2.7连接节点高强螺栓紧固顺序

在一个独立单元柱间所有梁连接后,经水平仪、经纬仪复测柱子的水平标高和垂直度，确认符合设计要求后，按先上层柱梁节点，后下层柱梁节点的顺序对螺栓进行终拧，每个节点由中间向两侧依次对称紧固。

在完成一个独立单元柱间所有梁的连接并经测量仪器复测符合设计和规范要求后，用上述同样的方法，向左右或前后再各扩展一个单元，形成三个稳定的节间体后，进行一次总体的校正复验，确认符合设计规范要求后，即可向两侧扩展，随吊装随校正。

彻底完成三个节间的校正和高强螺栓的终拧后，从中间节间开始进行焊接工作。

节点焊接

5.3.1焊接方法的确定

因框架节点多、焊缝多、焊接量大，要加快焊接速度、提高焊接质量，必须采取焊接热影响区小、焊接变形小、焊接速度快、焊接效率高的CO2气保焊。

5.3.2焊接程序

焊前准备加热除锈安装焊接垫板及引弧板焊接检查填写作业记录

5.3.3焊前准备

焊接材料检验与保管

1检查焊接材料的合格证、检验报告等材质证明齐全。

焊接材料的品种、规格、性能等应符合设计及现行国家产品标准。

2不得使用生锈的焊丝,焊丝保管要妥当，应存放在仓库内保持干燥。

5.3.4焊前检查

1检查柱、梁接头截面几何尺寸及长度

2检查焊口清理情况

3检查焊口尺寸和对口精度是否符合要求

4检查焊接部位防风措施是否到位

5检查垫板和引弧板的安装情况

6焊工操作平台、脚手架、等都要安装到位，保证必要的条件。

7焊接设备检查，焊机型号正确，焊机要完好，必要的工具应配备齐全，电源线路要合理、安全可靠。

8检查焊接参数是否调整适当，符合焊接工艺评定及相关规范的要求。

9检查焊工合格证是否满足本工程的要求。

5.3.5焊接工艺试验和工艺评定

1焊接工艺评定要根据所承担工程的设计节点形式、钢材类别、规格、采用的焊接方法、焊接位置等，制定焊接工艺评定方案，拟定相应的焊接工艺评定指导书。

由技能熟练的焊工焊接试件，切取试样并送有国家技术质量监督部门认证资质的检测单位进行检测试验。

2焊接工艺评定报告即作为工程施工中编制焊接工艺的重要依据。

5.3.6柱与梁的焊接施工顺序及焊接工艺

1高层钢结构框架的焊接施工顺序总的原则是：

结构对称、节点对称、全方位对称。

2单节柱焊接应先焊上层梁,后焊下层梁,以便框架稳固和便于施工。

3柱—梁上对称的两根梁一般情况下应同时施焊,而一根梁的两端不得同时焊接，要先焊梁的一端，待焊缝冷却至常温后，再焊另一端。

4柱—柱接点焊接时，柱的对称两个翼缘应有两名焊工同时施焊。

钢柱现场焊接必须由焊接技术水平较高的焊工施焊，现场焊缝为对接焊缝，质量等级为一级。

5箱型柱对接接头采取加引弧板的方法进行焊接，施焊时，柱两对边的焊缝首次焊接的层数不宜超过4层，焊完第一个4层，切去引弧板并清理焊缝表面后，转90°焊另两个相对边的焊缝。

这时可焊完8层，再转至另两个相对边，如此循环直至焊满整个柱接头的焊缝为止。

6不加引弧板焊接柱与柱接头时,要有两名焊工在相对位置以逆时针方向在距柱角50mm处起焊.焊完一层后,第二层及以后各层均在离前一层起焊点30～50mm处起焊.每焊一遍应认真清渣,焊到柱角处要稍放慢速度,使柱角焊缝饱满.最后一层盖面焊缝,可采用较小的电流进行焊接.

7H型柱和箱型柱的对接接口焊接顺序分别如图5.3.6-1和所示：

图5.3.6-1H型柱接柱焊接顺序图

H型柱—柱接口焊接顺序：

、

焊完后焊

、

图5.3.6-2箱型柱接柱焊接顺序图

箱型柱---柱接口焊接顺序：

、

焊接至1/3板厚----割耳板----

、

1/3板厚----

、

、

、

或

+

、

+

。

8在柱子两相对侧面有梁的中柱（两个对面）和边柱（一个对面）处两个焊工为一组在对面进行焊接;柱与梁的焊缝有上下翼缘两条,先焊梁的下翼缘,后焊上翼缘。

9梁和柱子的对接接头焊接,应设长度大于3倍焊缝厚度的引弧板。

10焊接工作完成后,焊工应在焊缝附近打上自己的代号钢印。

11对经检查发现的不合格部位的焊缝必须进行返修。

修补后的焊缝应用砂轮进行修磨,并按要求重新进行检查。

对于低合金结构钢焊缝，在同一处的返修次数不得超过2次。

对经过2次返修仍不合格的焊缝，要会同设计或有关部们研究处理。

5.3.7厚板焊接工艺

对于高层钢结构框架中的厚板焊接，除按上述要求进行管理和操作外,尚应按设计要求和国家及行业标准、规范、规程中的相关规定制定专项焊接工艺,防止焊接缺点产生。

1焊前预热

为减少内应力，防止裂纹，改善焊缝性能，焊接前必须对母材预热，预热温度如表5.3.7。

表5.3.7预热温度表

钢材

牌号

接头最厚部件的板厚t（mm）

t<25

25≤t≤40

40

60

t>80

Q345

-

60℃

80℃

100℃

140℃

Q235

-

-

40

60

t>80

注：

（1）T型接头应比对接接头的预热温度高25～50℃。

（2）操作地点环境温度低于常温时（高于0℃）应提高预热温1525℃。

2预热方法

采用火焰加热，并应注意均匀加热。

用测温笔在离焊缝中心75mm的地方测温，测温点应选取加热区的背面。

3焊接过程采取的措施

1）由于后层对前层有消氢作用，并能改善前层焊缝和热影响区的组织，采用多层多道焊，每一焊道完工后应将焊渣清除干净并仔细检查和清除缺陷后再进行下一层的焊接。

2）每层焊缝始终端应相互错开50mm左右。

3）层间温度必须保持与预热温度一致。

4）每道焊缝一次施焊中途不可中断。

5）焊接过程中采用边振边焊技术或锤击消除焊接应力。

6）焊接过程要注意每道焊缝的宽深比大于。

4控制变形措施

1）采取合理的焊接顺序及坡口形式可降低焊缝内应力。

2）厚板接料尽量采取不对称的X型坡口，并且对称施焊。

3）焊后可采用缓冷措施，根据室内温度可以用自动控制仪加热装置，用红外线测温仪对焊缝进行测温控制时间，焊接应尽量一次完成。

5防止层状撕裂措施

1）采用合理的节点型式:

A在T形、十字形及角接接头中，当翼缘板厚度等于或大于20mm时，为防止翼缘板产生层状撕裂，宜采取下列节点构造设计。

B采用较小的焊接坡口角度及间隙，并满足焊透深度要求；

C在角接接头中，采用对称坡口或偏向于侧板的坡口；

D采用对称坡口；

E在T形或角接接头中，板厚方向承受焊接拉应力的板材端头伸出接头焊缝区；

2）CO2气体保护焊这一焊接方法,其本身即是一个控制焊接变形的措施。

3）提高预热温度施焊。

6焊后消除应力措施

1）消氢处理的加热温度应为200-250℃，保温时间应依据工件板厚按每25mm板厚不小于、且总保温时间不得小于1h确定。

达到保温时间后应缓冷至常温。

2）消氢处理的加热和保温方法按厚板焊接中的规定执行。

3）用锤击法打击药皮可起到消除应力的作用。

5.3.8防风措施方法

当风速大于3m/s（二级风）应采取防风措施，提高焊接质量，避免焊缝有气孔产生，雨天不得进行焊接。

焊接时，应采用接火盆或防火毯，不得直接焊接，防止焊火下落把下方的安全网点着引起火灾，接火盆的做法：

图5.3.8接火盆作法图

6材料及设备

高强螺栓连接副

6.1.1高层钢结构框架接点的连接高强螺栓一般采用扭剪型高强螺栓。

6.1.2扭剪型高强螺栓连接副含有一个螺栓、一个螺母、一个垫圈；其性能等级目前只有级一种。

6.1.3扭剪型高强度螺栓连接副应由制造厂按批配套供货,并必须有出厂质量保证书。

6.1.4扭剪型高强度螺栓连接副出厂时,分别随箱带有紧固轴（预拉力）检验报告。

6.1.5高强螺栓连接副的各项技术条件必须符合《钢结构用扭剪型高强螺栓连接副》GB3632～3633-83的规定。

焊接材料

CO2气体保护焊选用焊丝ER50—6；CO2气体应符合国家现行标准《焊接用二氧化碳》（HG/T2537）的规定，其二氧化碳含量（V/V）不得低于%；水蒸气与乙醇总含量（m/m）不得高于%；并不得检出液态水。

设备

表主要施工机械、设备、工具、仪器配置

序号

机械名称

规格型号

数量

备注

1

高强螺栓初拧搬手

根据工程情况定

根据具体情况定

2

高强螺栓终拧搬手

根据工程情况定

根据具体情况定

3

CO2气保焊接机

NBC—500、500KRⅡ

根据具体情况定

4

焊缝尺寸检测尺

-

根据具体情况定

5

超声波探伤仪

-

根据具体情况定

7质量控制

执行标准

7.1.1高层框架节点连接施工应符合下列标准的规定：

《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205—2001

《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ81--2002

《钢结构高强螺栓连接的设计、施工及验收规程》JGJ82—91

《钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副》GB3632～3633--83

《二氧化碳气体保护焊用钢焊丝》GB8110--87

《低合金高强度结构钢》GB/T1591--94

《建筑结构用钢板》GB/T19879—2005

扭剪型高强螺栓施工质量检查和验收

7.2.1终拧检查：

扭剪型高强螺栓终拧检查,以目测尾部梅花头拧断为合格.对于不能用专用扳手拧紧的扭剪型高强螺栓,应按大六角高强螺栓检查方法办理.

7.2.2扭剪型高强螺栓施工质量应有下列原始检查验收记录:

1高强螺栓连接副复验数据；

2抗滑移系数试验数据；

3扭矩扳手检查数据；

4初拧扭矩（见表5.2.5-1）；

5施工质量检查验收记录。

焊接检验

7.3.1现场对接接口要求焊缝质量等级为一级，焊接完毕后进行外观检验，外观检验合格方可进行无损检测。

7.3.2焊缝外观检验

Q345B钢为低合金结构钢,在焊接完毕24小时后方可进行100%外观检验,要求焊缝的焊波均匀平整,表面无裂纹、气孔、夹渣、未熔合和深度咬边，且不应有明显的焊瘤和未填满的弧坑。

7.3.3焊缝的无损检测

焊缝在完成外观检查，确认外观质量合格后，按图纸要求进行超声波无损探伤检测，其标准执行“GB11345—89钢焊缝手工超声波探伤方法和结果分级”规定的检测等级。

对不合格的焊缝，根据超标缺陷的位置，采用刨、切除、砂磨等方法去除后，以与正式焊缝相同焊接工艺方法补焊，并以同样的标准核验。

质量保证技术措施和管理措施

7.4.1施焊前的要求

1焊接质量的控制应以焊接工程师挂帅，组织技术人员、质检人员成立焊接质量监控小组，对焊接质量计划及质量检验计划全过程进行监控。

2焊接人员要求:

1）参与工程的所有焊工（含定位焊工）必须经过培训取得上岗证书，并在其允许范围内工作。

2）焊工在焊接过程中应严格遵守工艺操作规程，并对其焊接的产品质量负责。

3）对焊前准备不符合技术要求的构件，焊工有权拒绝操作并报主管工程师。

4）焊接工程师应具备建筑钢结构焊接生产、施工的总体规划管理和技术指导的工作能力。

3焊接材料的保存、发放、回收、等必须严格按照“焊接材料管理细则”实施。

4焊接前必须经过工序交接，确保构件组装合格后再转入焊接工序。

5每班焊接前必须经过试焊，确认焊接设备处于良好技术状态后方可正式焊接。

6CO2焊接应采取防风措施。

7.4.2焊接质量控制程序

7.4.3焊接过程要求

1气温降至0℃以下时，对焊接部位周围100mm范围内用氧-炔焰加热，加热温度为80-150℃，测温点距焊缝100mm。

2焊接过程应派专人监督检查，低温焊接全过程要求必须有质检员旁站监督，保证焊接参数在焊接工艺文件允许的范围内。

主要检查内容如下：

1）焊前检查焊缝的坡口形式、角度、间隙、钝边，焊接区清理情况，引熄弧板的设置，焊工资质，焊接预热温度及范围，焊接材料的保管等。

2）焊接过程中检查焊接规范参数、层间温度控制情况、焊接顺序。

3）焊后检查焊缝的外观成形、焊缝的允许偏差、后热处理的温度及保温时间、焊后消应力处理、焊缝的无损