復雜節(jié)點鋼柱制作技術

國家會議中心二期主體建筑采用框架支撐組合剪力墻結構體系，其中由中建二局廊坊鋼結構分公司承接的軸~軸部分工程量約4.6萬t。鋼桁架包括會議廳主桁架、宴會廳屋面桁架、屋頂花園屋面網殼和序廳屋面桁架，共0.7萬t；框架體系中，鋼柱以箱形柱為主，鋼梁以H型梁為主，共3.6萬t（圖1）。圖1軸~軸鋼結構（計算機截圖）1、鋼結構的特點（1）構件截面主要為H型鋼、雙腹板H型、箱形和變截面箱形等。桁架數量多達40余榀，最大跨度72?m，最大截面高7.5?m。板材使用的鋼材牌號包括Q355,Q345GJ,Q390GJ等，最大厚度為80?mm，對應的焊材種類繁多。（2）部分鋼柱托座數量多且形式不一，內部隔板縱橫交錯，縱隔板將橫隔板斷開，橫隔板間距較近，操作時空間狹小。（3）冬季制作構件時需考慮低溫對鋼材收縮的影響，適當增加收縮余量；溫度降低還會延長焊前預熱和焊后保溫工序占用的時間，延長構件制作周期。（4）會議廳桁架兩端鋼柱受力復雜，連接桿件多且截面多樣，導致鋼柱托座截面多樣，內部隔板也較復雜。本文介紹會議廳桁架兩端鋼柱（圖2）的制作要點。（a）

（b）

（c）圖2鋼柱模型示意（a）示意1；（b）示意2；（c）示意32、板材采購2.1定尺板采購本工程提料時，對材質相同、規(guī)格較一致、重量大或板厚較特殊的構件材料，選擇購買定長定寬板；對材質相同、寬度相同、長度不一且重量大的主料（多為鋼梁）或鋼柱內規(guī)格相同或寬度板厚隔板，選擇定寬不定長的鋼板。定尺時還需參考材料供貨周期，合理選擇板材尺寸。定尺前進行主材或大型零件預配料，預配料原則如下。（1）對同一施工分部的零件優(yōu)先組合，例如同一個工號中的零件優(yōu)先組合排版。（2）同構件的零件優(yōu)先組合，例如同一根組焊型材（H型或箱形）翼緣板或腹板厚度相同則可優(yōu)先組合排版。（3）同長度的零件優(yōu)先組合排版。（4）同寬度的零件優(yōu)先組合排版。（5）定尺長度需考慮構件加工時的季節(jié)適當增加焊接收縮余量（表1），定尺寬度需考慮翼緣板寬度方向余量（2?mm）和火焰切割機割嘴寬度（4?mm），還需考慮構件起拱和銑端預留量。表1長度方向常規(guī)加工余量取值2.2不定尺板采購對其他零件板，需對比其凈重與毛重的差值。對差值較小的矩形板按重量+常規(guī)損耗提料，對差值較大的異形板則先選取零件形狀占比較大的部分進行大致預排，再根據預排結果增加適量損耗或考慮定寬。3、零件下料下料前應清除鋼板表面的鐵銹、油污等雜物，檢查鋼板的不平度。對不滿足表2規(guī)定的鋼板用1?000?t液壓機矯平。精心進行軟件排版，排版時根據采購預排選擇鋼板，預排原則也適用于實際排版。表2鋼板局部平整度要求3.1主材下料（1）對長度不足的板材，下料前先采用雙面埋弧焊進行對接，施焊位置為平焊，焊縫等級為全熔透一級。焊接完成后測量鋼板的直線度，校正超差，經質檢人員探傷合格后方能下料。鋼板裝配允許錯邊量為：鋼板厚度t＜30?mm允許錯邊量t/10，且t≤2.0?mm；鋼板厚度t≥30?mm，允許錯邊量t/10，且t≤3.0?mm。（2）主料拼接須滿足以下要求：組焊型材（H型、箱形）翼板長度方向接料長度不得小于600?mm且不得小于2倍板寬；腹板長度方向接料不得小于600?mm，寬度方向均不允許接料；翼腹板拼接縫間距應大于200?mm，與孔位、勁板、節(jié)點間應至少錯開200?mm。3.2其他小零件下料考慮節(jié)約用料對異形小零件的需求，在排版時通常采用以下方法。（1）集中下料法：將數個工號中材質、板厚相同的零件集中在一起下料，統(tǒng)籌安排，大小搭配。（2）零件拼整法：對整體下料損耗較大的零件（如回字形隔板），在工藝許可的條件下，采用拼整的方法將零件拆分成多個零件，再進行拼焊。4、構件裝焊措施4.1裝焊順序桁架端頭鋼柱結構較復雜，需多次裝焊才能制作完成。鋼柱制作順序如圖3所示。將縱向隔板與上中兩層隔板組焊校正，組焊成圖3（a）所示的結構→將鋼柱兩腹板和a結構組焊，同時裝焊構造隔板，組焊完成后如圖3（b）所示→裝焊剩余橫隔板，焊接完成后裝電渣焊隔板，裝鋼柱翼緣板（圖3c、圖3d）→裝焊外部托座、吊耳卡板（圖3e）。（a）

（b）

（c）

（d）

（e）圖３鋼柱裝焊順序（a）示意1；（b）示意2；（c）示意3；（d）示意4；（e）示意5；4.2厚板焊接措施正式施焊前需進行焊接工藝評定，根據合格的焊評報告選用合適的焊接參數，如焊材選用、焊接電流電壓、焊接速度、層溫控制、焊前焊后措施等。

4.2.1防層狀撕裂的工藝措施（1）改善坡口形式。將坡口對稱優(yōu)化，例如采用雙面坡口代替單面坡口等；適量減小坡口角度及間隙，減少焊接填充量，以減少熱輸入；將T形接頭轉換為十字接頭等。（2）優(yōu)化焊接位置。在構件易于調整的條件下，用橫焊、平焊代替立焊、仰焊，調整焊接位置可改善焊接熔深和熱輸入情況，提高母材抗撕裂性能。4.2.2焊接變形控制工藝措施采用雙面坡口對稱焊接，對稱截面采用構件中心對稱的方法施焊。長焊縫采用多人對稱施焊法和分段退焊法，焊接方法為多層焊。通過調整焊接順序和焊接方法減小熱輸入量，采用對稱施焊也可減少構件彎扭現象。4.3鋼構件冬季制作技術措施因構件在車間制作，溫度比外界溫度高，受天氣影響小。冬季主要影響因素為溫度，故制作時主要考慮溫度因素。4.3.1焊前預熱與焊后保溫焊接作業(yè)區(qū)環(huán)境在0~10℃時，需對焊接區(qū)域各方向不小于2倍板厚且不小于100?mm范圍內的母材進行加熱，且焊接過程中溫度均不得低于20℃，焊接位置溫度不得高于250℃，預熱要求見表3。表3鋼材最低預熱溫度要求針對焊前預熱，廠內自行研制了一種工裝：采用長2?m的?50×3的圓管為主桿，一端封堵，另一端設置開關閥，中間每隔100?mm開孔與長100?mm的?30×30圓管焊接，形成導管，外設支架掛鉤等。將該工裝與甲烷管道接通，管道設置回火閥，在車間內設置可燃氣體探測裝置，以降低危險。通過掛鉤與支架將工裝安放至指定位置加熱。預熱結束后測量預熱溫度，測量位置為焊接位置的反面，測溫點位于離電弧經過前焊接點各方向不小于75?mm處。焊接過程中使用石棉被保溫，必要時可采用火焰加熱保證層間溫度的綜合要求。4.3.2其他注意事項零件組裝前須將接縫兩側各50?mm范圍內的鐵銹、油污等雜質清理干凈，接縫位置應干燥，不得殘留水分。冬季焊接時應適當增加焊道層數并應連續(xù)施焊，若焊接中斷需及時保暖，重新焊接時溫度不得低于預熱溫度。焊縫返修前需將焊縫加熱50℃以上再用碳弧氣刨清除焊縫缺陷，補焊過程同上。5、打砂油漆受打砂設備的限制，部分構件無法完整通過打砂機，因此在構件加工時根據實際尺寸及重量調整制作步驟，將打砂構件（或組合）的尺寸和重量控制在打砂設備的限制內。制作工序有2種：一是先進行鋼板打砂（或打砂并噴涂–20?μm車間底漆），然后下料、組裝焊接、油漆；二是先進行鋼板下料、組裝焊接，托座與柱身暫不安裝，待打砂完成后再組焊托座，最后涂刷油漆?？紤]到廠內打砂設備最大允許通過尺寸為1?800?mm×3?400?mm，允許最大單重為18?t，故結合廠內產能，對超