建筑钢结构焊接工程实例.docx
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建筑钢结构焊接工程实例
第四篇钢结构的连接构造及实例与图集
第五节建筑钢结构焊接工程实例
一、工程实例一———中国银行大厦箱形钢桁架的制作焊接
(一)工程概况
中国银行大厦东、南两方向主入口处各有两榀大跨度承重钢桁架,其上面承载八层
钢筋混凝土楼房,总重!
!
"#$。
每一榀钢桁架跨度""%&’,高度(%(’,宽度#%)*’,自
重达&$(图+,&,-()。
钢桁架采用."(&/0"#钢材。
钢板厚度为"#1("’’。
桁架上、
下弦杆均为箱型构件(图+,&,-*),箱体内不同位置设有隔板。
腹杆为工形结构,整
榀桁架制作预留折线拱,最大拱度为!
!
#’’。
为方便运输和安装,将每榀桁架的上、下
弦杆分为三节在工厂内制作。
将腹杆和端部竖杆在工厂内制作成十个十字交叉形运输单
元。
最长一节弦杆长度!
2%)’,重量+#%!
$,最轻的一节弦杆长度!
"%)’,重量&($,均
为超长超重的大型构件。
图+,&,-(钢桁架示意
图+,&,-*弦杆箱形截面简图
(二)主要技术要求和质量标准
(!
)钢桁架的设计制造执行.345《建筑钢结构的设计、制作及安装规范》、.6437
.849!
%!
《钢结构焊接规范》和如下设计要求:
!
箱体截面(任一处)几何尺寸允许偏差:
&’’;
—
!
#!
*—
第二章钢结构的焊接及实例应用
!
每节构件长度允许偏差!
"##,桁架总长度允许偏差!
$##;
"桁架高度偏差、拱度偏差%#;
#桁架对角线偏差不超过’##;
$每节构件扭曲小于(##。
(")每一榀钢桁架在工厂内分为%$个运输单元制作,在工地通过)&个工地接口组
焊成整体,为保证工地对接的间隙、错边等几何尺寸,要严格控制每一单元的几何尺寸
和变形。
(()箱形弦杆、工形腹杆所有焊缝均为全焊透焊缝。
钢板对接焊缝须符合一级焊缝
质量要求,箱体四道主焊缝和工形腹杆的腹板与翼缘连接焊缝符合二级焊缝质量要求。
(三)焊接工艺分析和焊接工艺的制定
(%)对钢材焊接性的评估。
本工程所用钢材为舞阳钢铁公司按美国*+,-标准生产
的*’."/0’&钢板,正火状态供货。
表)1"1"和表)1"1(为钢材的化学成分和机械
性能。
根据*2+34*5+6%7%《钢结构焊接规范》规定,用碳当量和冷裂纹敏感指数来评估
钢材的焊接性和确定预热温度,经计算*’."/0’&的碳当量89(%5):
8;-<4$;
(80;-=;>)4’;(8?
;2@)4%’:
&7)AB,冷裂纹敏感指数CD:
CD#;[E]4$&;&4
$&&:
&7’"B。
表)1"1"
8
+@
钢材的化学成分(B)
- + > &7%) 1&7"’ &7"A 1&7() %7%$ 1%7(’ &7&" (#FG) &7&%. (#FG) &7&$) 表)1"1( 屈服强度 (-CF) ! (.& 抗拉强度 (-CF) ! ’&’ 钢板的机械性能 延伸率 (B) ! "A 冷弯试验 H: "F%A&I 合格 冲击功 (J) %.A 由此可见,该钢种厚板焊接时淬硬倾向较大,焊接性较差,又时值冬季施工,产生 焊接冷裂纹的倾向偏大,根据CD计算和*5+6%7%确定焊接预热温度为%&&K%’&L。 (")焊材选用。 手工焊采用低氢型焊条J’&.;埋弧焊采用E%&-<"焊丝和氟碱型高 碱度+J%&%焊剂组合,可使焊缝金属韧性较高,扩散氢含量低,抗冷裂性能良好。 并且 焊接工艺性能好,电弧燃烧稳定,脱渣性好,尽管坡口较深(.’##)但第一、二、三 层熔渣易于清除,其余各层可自动脱渣,焊缝成形良好,适宜于大电流、高速度焊接, — %&%M— 第四篇钢结构的连接构造及实例与图集 经严格的焊接工艺评定达到强度、韧性和工艺要求。 焊材化学成分及熔敷金属的机械性 能见表! "#"! 及表! "#"$。 表! "#"! 焊材 & 焊材化学成分(%) ’()* + ’ ’,-.$/0 1/)*# ! /-1# /-11 ! /-12 /-/3 ! /-0$ 1-41 ! /-/! / /-/14 ! /-/3$ /-/1 表! "#"$ 焊材 屈服强度 ()+5) 熔敷金属机械性能 抗拉强度延伸率 ()+5)(%) 冷弯试验 67#518/9 冲击功(.) "#/: ’,-.$/0 1/)*#<’.1/1 "! 1/ "! 2$ "! 4/ "$$! "## "3/ 合格 合格 2/;#3/ 08 (3)箱形构件组对。 在底板上划出中心线和各隔板的位置线,将经机械加工的隔板 拼装在底板上,组对侧板时先焊垫板,垫板边缘与中心线平行,尺寸允许偏差=1>>。 利用龙门式起吊架工装和千斤顶使底板与侧板下部密贴,并使用侧向夹紧工装使侧板与 箱体内隔板贴合,然后进行定位焊,定位焊长度3/;$/>>,焊脚高度3;! >>,间距 3//;! //>>。 手工焊接内隔板与箱体底板和两侧盖板的连接焊缝,检查合格后组装箱 体上腹板,焊缝两端设引弧板和引出板。 (! )钢板预处理、下料、矫平及焊接坡口。 在钢板下料前,通过抛丸处理消除一部 分钢板自身组织内应力。 钢板拼接采用偏? 型坡口,下料后$/>>厚钢板用七辊校平机 矫平;0$>>厚钢板用压力机矫平。 钢板的拼接坡口如图! "#"34所示。 焊接时先焊大 坡口侧,用! 3-#>>焊条进行手工打底焊接,再用埋弧自动焊焊至坡口深度的3@! ,翻 身将小坡口一侧用碳弧气刨清根,再用埋弧焊焊满,最后翻身将大坡口侧焊满,如此焊 后基本无角变形。 图! "#"34拼接焊缝坡口形式与尺寸 ($)焊接方法。 箱体四条主纵焊缝为全焊透A形焊缝(图! "#"! /),焊接后,选 用! 3-#>>焊条打底三遍,从第四遍开始用! $>>焊丝进行双头双丝不共熔池的埋弧焊, — 1/#/— 第二章钢结构的焊接及实例应用 采用多层多道焊,严禁焊道增宽大于! "##,每道焊缝熔敷金属最大厚度$##。 图%&’&%"(形全焊透焊缝坡口尺寸 ())焊接工艺规范。 严格控制预热和层间温度,定位焊和正式焊接前在距焊缝两侧 各! ""##范围内预热到! ""*! +",,用点式温度计测量。 对于箱体纵向(形焊缝,用 自制多嘴火焰喷枪加热,对于钢板拼接焊缝采用’""##宽电加热履带加热,履带铺设 在焊缝下部,履带下部和焊缝上部加热时覆盖岩棉保温毯。 焊接层间温度控制在! ""* ! +",,用热电偶和点式测温计测量,采用小规范、小参数多层多道焊。 焊接规范见表 %&’&)及表%&’&-。 表%&’&) -+##厚板拼接焊接工艺参数 焊层 焊丝直径(##)焊接电流(.) 电弧电压(/)焊接速度(0#1#23) ! *$ % +*! " ! ! *! 5 ! 6*%5 表%&’&- %45 %45 %45 %45 %45 )%"*)-" )%"*)-" )""*)$" )’"*)+" )""*)%" (形焊缝焊接工艺参数 $! 4+ $! 4+ $"45 $"*$! $"*$! $+ $" $+*%" ’"*$" ’"*$" 焊层 ! *$ 焊丝直径(##)焊接电流(.) $4’ 电弧电压(/)焊接速度(0#1#23) % +*! " ! ! *! 5 ! 6*%5 %45 %45 %45 %45 )%"*)-" )""*)$" )’"*)+" )""*)%" $! 4+ $"45 $"*$! $"*$! $" $+*%" ’"*$" ’"*$" (-)合理的焊接顺序。 由于箱形截面上下不对称,焊缝分布对于中性轴上下不对 称。 还有与7形节点处隔板连接的横向(形焊缝,该焊缝的焊接加大了构件向盖板方 向凸出弯曲的趋势,采用合理的焊接顺序是控制焊接变形的最重要环节。 采用的焊接顺 序如图%&’&%! 所示,焊接层数见表%&’&5所示。 — ! "’! — 表! "#"% 焊接顺序 $ 第四篇钢结构的连接构造及实例与图集 图! "#"! $焊接顺序示意 焊接顺序与道数表 #&! ’()% *$+$$$# 焊接道数 & & & &$($%$&$&&+&’&’ 注: $,! 序号全为手弧焊三遍。 在焊接过程中经常用! +-’钢丝测量基准线弯曲数值,一经发现基准线弯曲超过 &..,则及时调整焊接顺序,避免发生严重变形。 工地接口两侧各’++..范围内,箱体 的四条主焊缝不在工厂焊接。 待工地对接焊缝焊接完毕再焊满该四条焊缝,以减小工地 对接焊时的拘束度。 焊接时层间温度控制在$++,#++/,焊接过程中除盖面层外均用风 铲敲击焊缝,以减小焊接应力,减小变形量。 弦杆箱型纵缝焊接时,0形节点处两侧盖 板之间加临时焊接支撑板防止收缩。 箱体经焊接矫正合格后,测量长度并进行二次去头 修整。 (%)焊后加热处理。 对接焊缝进行消氢和消除应力热处理,热处理在焊后立即进 行,从室温升至&++/开始保温$#+.12,从&++/升到(#+/过程中控制升温速度不大于 *+/34,保温$’+.12,然后以不大于*+/34的降温速度冷却至&++/再空冷至室温。 (四)制作焊接质量 焊缝经外观尺寸检查合格,并经$++5超声波探伤检查。 对接焊缝"级评定合格, 达到一级焊缝质量要求;箱体四道主焊缝#级评定合格,达到二级焊缝质量要求。 单个构件几何尺寸和变形检查结果表明,变形控制良好,合乎标准要求,验收合 格。 二、工程实例二———中国工商银行总行营业办公楼 钢结构工程安装焊接 (一)工程概况 中国工商银行总行营业办公楼的地下部分是&层劲性钢筋混凝土结构。 地面以上部 分是全钢结构。 主要楼区由一座$#层的矩形楼房(东边和西边两个“6”形,中部入口 — $+##— 第二章钢结构的焊接及实例应用 处由连廊相连,东西方向长! ""#"$,南北方向长! %&$)和一座! "层的弧形楼房组成, 总高&"#’$。 配楼是"层的弧形楼,与主楼区的弧形楼房合抱,围成一个直径! (($的 大圆环。 该工程钢结构为偏心支撑抗弯框架体系,在地下一层插入)%根焊接*形和箱形钢 柱,做成劲性钢筋混凝土结构。 主楼矩形区有""根热轧*型钢柱和"根焊接箱形柱; 主楼弧形部分和弧形配楼各有)%根热轧*型钢框架柱。 (二)焊接技术难点 (! )钢材。 该工程设计要求结构用钢材为美国+&’%(&(级)、+),热轧型钢,翼缘 最大板厚-’$$。 由于进口型钢的规格不全,采用国产! ./厚钢板和0%)&钢板组焊代 替,国产钢板最大厚度! (($$,增加了焊接的难度。 上述钢材的典型化学成分和力学性 能见表"1%1-。 表"1%1- 钢材种类及规格 钢材化学成分与力学性能 化学成分 (2) 力学性能 3 45./6 4! 7(.68)! 9(.68)"& (2): ;)8! <(= ! ./(&($$,-($$)(#! &(#)&! #%)(#("(#(%")%( ! ./(! (($$)(#! &&(#"(&! #%! (#(! )(#(! < +&’%,&(级>! "? (#%! (#%)! #%&(#((-(#(%,"! ( "’( ! ( %’ %& 完好 &((翼缘厚<-$$ +),>%"? ! )! 翼缘厚)’$$ (#! &(#(&(#-&(#(()(#()%))) "&! (%)节点形式。 #柱与柱之间的连接为全焊透和部分焊透连接,热轧*型钢柱翼缘板厚最大为 -’$$,箱形柱最大板厚为&($$(由国产! ./钢板组焊)。 节点坡口形式及尺寸见图" 1%1"%。 $各楼层梁柱之间在工地直接连接,钢梁上下翼缘与钢柱之间为全焊透,腹板与钢 柱承剪板为高强度螺栓连接。 %梁的交叉连接多、偏心支撑与框架梁的焊接多而且密。 ())焊缝无损检测要求。 按设计要求和国家标准《钢焊缝手工超声波探伤方法和探 伤结果分级》(@A! ! )"&—<-)进行超声波探伤,但高于《钢结构工程施工及验收规范》 (@A&(%&(———-&)的要求,对全焊透和部分焊透的焊缝都实施A1&级检验,! ((2超 声波探伤。 对承剪板的贴角焊缝,要进行磁粉探伤检测。 (三)安装焊接前期技术准备及焊接工艺措施 (! )对代用的钢材进行化学成分力学性能复验,防止质量超标的钢材混用。 — ! (%)— 第四篇钢结构的连接构造及实例与图集 图! "#"! #工商行钢结构工程现场焊接主要节点示意 注: $%示意图以&型柱为例,现场箱形柱全部为全焊透连接; #%上、下柱腹板不等宽时,下柱有柱顶板,上柱与柱顶板采用双面贴角焊缝,焊缝高度#%$ ! ’,’为上柱翼缘宽。 (#)对焊条进行熔敷金属扩散氢含量测试,选用扩散氢含量较低的(#()*+,$--.) 焊条。 /0#气体保护焊所用的工业纯/0#气体,经过倒置气瓶#! 1后放水再测试其熔敷金 属扩散氢含量。 其两组试验的[&]平均值为! *+,$--.。 符合低氢焊条标准规定的 [&]含量水平。 ())进行了与工程实际板厚相同的斜2型焊接冷裂纹试验。 3-**厚$456钢板, 预热$--7;839#热轧&型钢翼缘板厚: ;**,预热$3-7。 用/0#保护焊及低氢焊条 手工电弧焊,焊后均无裂纹发生。 为工程焊接时预热温度的选用提供了依据。 (! )焊接工艺评定。 鉴于当时国内高层建筑中极少使用3-**以上普通$456钢组 焊&形及箱形截面构件,以及已购的839#钢的实际含硫量较高,对工程中具有代表性 的接头形式进行焊接工艺评定。 试验钢材规格包括839#热轧&型钢(翼缘厚度 : ;**),国产$456钢板(厚3-**),8)4热轧&型钢(翼缘厚#! **)。 焊接位置为柱 "柱拼接横焊及柱"梁连接节点中翼缘板的俯焊。 焊接坡口及尺寸均与设计图一致。 焊 接工艺评定使用的焊接参数为: 手工电弧焊———焊条直径: ! ! **; — $-#! — 第二章钢结构的焊接及实例应用 电流: ! "#$! %#&; 焊速: ! ’#(()(*+。 -.气体保护焊———焊丝直径: ! ! /.((; 电流: 填充层.%#$0.#&;盖面层.’#$.1#&; 电压: .1$023; 焊速: 0’#$2’#(()(*+; 焊丝伸出长度: 约.#((; 气体流量: .#$%#4)(*+。 ’#((厚箱形柱板预热! ##5;%1((厚6形柱板预热! ’#5;.2((厚6形梁翼板预 热’#5;层间温度范围的下限均为! ##$! ’#5。 焊后经外观及超声波检测合格后,按7,7%! —1! 规程要求进行力学试验,并增加冲 击、硬度试验项目。 试验结果: 接头抗拉强度高于母材标准下限值;接头各区8! ’5冲 击功不小于."7,接头各区硬度(69! #)均低于.’#。 证明各项性能达到并超过设计要 求和有关规程要求。 此评定结果作为工程安装焊接工艺规程的制订依据。 (’)对用! ##((厚! : ;+钢板组焊的6形柱端部进行了超声波探伤,对被检钢柱中 共有五根柱端有轧制夹层的部分,用碳弧气刨在.’((深内刨除,磨成斜坡状凹槽后, 经预热! ’#5,用! 0/.((<’#! ’焊条以薄层施焊填满,冷却2%=后用超声波检测合格, 方可准备正式施焊。 (: )制订了充分的抗冷裂纹焊接工艺措施。 对厚板焊接适当提高预热温度,并且在 焊后立即用石棉保温材料包扎缓冷。 零度以下施工时,除了预热温度增加’#$! ##5以 外,对厚2#((以上的材料施加焊后消氢热处理措施(加热至.##$.’#5,保温时间按 每.’((板厚#/’=计)。 预热及后热规定详见表28.8! #。 表28.8! # 各种规格的构件预热、后热温度规定 环境温度#5以上 环境温度#5以下 节点类型 钢材板厚((() ’# 预热 (5) ! ## 焊后保温 缓冷 ! 预热(5)后热(.##$.’#5) ! ’#保温! =缓冷 箱形柱8柱! : ;+>! : ;+ 6形柱8柱&’".>&’". 0. 1"、%1 ""、: % : 0、’0 2%、22 %# ! ’# ! .# ! ## %# — ! ! ! ! ! ## .’# .## ! ’# ! .# — 保温.=缓冷 保温.=缓冷 保温.=缓冷 保温! =缓冷 ."、0#、.2’# — — ! #.’— ! ## — 节点类型 第四篇钢结构的连接构造及实例与图集 环境温度"#以上 钢材板厚(! ! )预热焊后保温 环境温度"#以下 (#) 缓冷 预热(#)后热($""%$&"#) ’形柱(柱)&*$+,-./0*(,""),&" 2*、22、2"3" 柱(梁)&*$(梁) ! — $&" $" 保温$1缓冷 — $-、22 &" — "" — (*)严格控制焊接坡口的尺寸和表面状况,凡安装间隙超过标准允差规定的构件, 或背面垫板焊接处有缺陷的构件均在地面预检后加以修磨、补焊。 (3)焊接时根据构件断面形式采取相应的对称焊接顺序;柱(柱焊接时’形柱的 两对称翼缘板由两名焊工同时施焊;箱形柱则由两名焊工同时焊接对称的两侧柱面板, 焊接$%4层后两焊工同时换侧对称焊接另两侧柱面板。 柱(梁焊接时,由于是5形接 头,易产生层状撕裂,预热及后热温度均按柱板厚规定。 在焊接顺序上采取了按结构体 形分区选择东西两根内角柱先焊及每柱侧两根对称梁的接口同时焊接的措施。 图4($ (42为钢柱焊接顺序图。 图4($(44为钢梁焊接顺序图。 以上所述焊接顺序既减小了 焊接拘束度以防止裂纹产生,同时保证钢柱的垂直度达到规定要求。 (0)除了按设计要求对焊缝接头进行超声探伤以外,还对柱(梁角对接焊缝的柱板 一侧进行针对层状撕裂的扫查,作为内控项目。 (,")建立工程项目焊接质量保证体系,对施工全过程进行监控,见图4($(4&。 通过以上各项技术措施的严格执行,克服了焊接难点,得到了优良的工程质量。 三、工程实例三———上海浦东国际金融大厦高层钢 结构工程安装焊接 (一)工程特点 上海浦东国际金融大厦工程中央核心筒为钢筋混凝土结构及劲性钢筋混凝土结构, 外围框架的梁为钢梁,变截面及变截面以上部分为钢柱,通过钢梁与核心筒连接(图4 ($(4-主体结构立面图)。 地下一层插入43根’形钢柱和钢管柱,做成劲性钢筋混凝 土结构,通过钢梁与核心筒连接,钢结构总重量0$4$6。 (,)钢材。 该工程柱和大梁按设计要求采用日产7.40")、7.40"8、7.940",小梁 采用774""。 离心铸钢圆管柱壁最厚4&! ! ,在国内属首次使用,给焊接增加了一定难 度。 上述钢材的典型化学成分和力学性能,见表4($(,,。 — "$-— 表! "#"%% 钢材种类 及规格 第二章钢结构的焊接及实例应用 图! "#"! $钢柱焊接顺序示意 钢材化学成分与力学性能 化学成分(&) 力学性能 ’ ()*+, (! -(*,.)! /(*,.)"(&)01$.%234 (*! 536$78839%739%2%9! : 393%23933! $7% (*! 53;$#8839%739$5%977393%%3933$! #3 (* 53! 78839%=39! ! %9%=393#%393%#$2$ 73: 7$: 7#5 #: #2 #59: 完好 完好 完好 — %3#: — 第四篇钢结构的连接构造及实例与图集 图! "#"! ! 钢梁焊接顺序平面示意 (#)焊接节点。 圆管柱最大壁厚! $%%,柱与柱拼接为全焊透焊接,用套环或用垫 衬直接焊在圆法兰上(图! "#"! &圆管柱节点);钢梁与柱连接为腹板栓接,翼缘板焊 接(图! "#"! ’带牛腿钢梁节点)。 (二)焊接技术措施 (()对离心铸钢圆管柱两端())%%范围内进行超声波探伤检验,如检出超标缺陷, 则用碳弧气刨铲除后打磨干净,再按既定的焊接工艺规程补焊复原表面。 (#)已经培训持有相应施工焊接条件下的压力容器或厚板钢结构合格证的焊工,还 须按本工程的实际情况,在业主、监理、设计方的监督下进行附加考试,考试合格后方 准上岗正式焊接。 (*)焊接工艺评定。 +,-! .)离心铸钢(壁厚! $%%)、+,! .)/(板厚#$%%)、0形 梁(翼缘厚#$%%)。 焊接位置为柱"柱横焊、柱"梁平焊、1形角立焊。 焊接方法柱" 柱、柱"梁为23#气保焊,1形接头为手工电弧焊,坡口形式及尺寸按设计要求。 全部 — ()#’— 第二章钢结构的焊接及实例应用 图! "#"
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