北京某超高層綜合樓焊接施工技術(shù)

北京某超高層綜合樓焊接施工技術(shù)**A階段主樓焊接施工中，解決了巨型截面柱焊接變形控制、鋼板墻超長焊縫焊接、各個(gè)斜向位置焊接、厚板負(fù)溫度焊接以及伸臂桁架焊接等難題，獲得了較高的焊接質(zhì)量。1工程概況**A階段主樓工程位于北京東三環(huán)與**大街交匯處西北角，主樓高330m。目前是北京最高的單體鋼結(jié)構(gòu)建筑。**主樓結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu)，用鋼量5萬t．地下3層，地上74層，屋頂設(shè)有停機(jī)坪。平面外輪廓尺寸在地面層約55．3m×55．3m，至74層時(shí)收到約44m×44m。主樓結(jié)構(gòu)分為核心筒和外框筒，核心筒為型鋼混凝土鋼板墻支撐結(jié)構(gòu)，型鋼巨型柱與實(shí)腹式工字形鋼梁及支撐形成支撐框架，核心筒柱柱之間采用鋼板墻和斜撐連接，單鋼板墻采用高強(qiáng)度螺栓連接，雙鋼板墻采用焊接連接。核心簡四個(gè)角的位置在地下三層連接有雙鋼板墻，其最高可達(dá)15m，雙鋼板墻與鋼柱焊接連接如圖所示。核心簡鋼柱截面由多個(gè)工字形、箱形、T形及其他形狀組成的復(fù)雜異形截面柱，所用鋼材均為Q345C和Q345GJC。外框簡形狀為平面削角正方形，在6—7層、28—29層、54—56層、69—74層設(shè)四道腰桁架，在28—29層以及54—56層腰桁架頂和底分別與核心簡有8道和16道伸臂桁架相連。伸臂桁架為箱形截面。腰桁架的斜桿及所有的框架梁均為H型鋼及箱形截面。鋼材材質(zhì)為Q345C和Q345GJC；伸臂桁架和腰桁架所用材質(zhì)為Q345GJD。2焊接工程重點(diǎn)、難點(diǎn)及技術(shù)措施2．1焊接重點(diǎn)、難點(diǎn)(1)鋼柱焊接工程量大，截面復(fù)雜巨大，焊接變形不易控制。僅以C1一T1為例，鋼柱截面達(dá)到2．6m×3．2m，80mm鋼板對接焊縫總長達(dá)到11．6m，僅一根鋼柱由14名焊工同時(shí)作業(yè)，需12h才能完成焊接。同時(shí)厚板組成多種異形截面，焊接位置困難。核心筒鋼柱截面多為非對稱組合截面，截面形式復(fù)雜巨大，板厚達(dá)到80mm(2)腰桁架焊接節(jié)點(diǎn)多而復(fù)雜，且鋼柱斜撐多為斜向連接，傾斜鋼柱板最厚為75mm，傾斜角度最大達(dá)22°，鋼柱焊接作業(yè)點(diǎn)多而復(fù)雜，焊接位置困難，焊接過程長，其焊接變形控制也是本工程的重點(diǎn)、難點(diǎn)。(3)雙鋼板墻超長(15m)立縫及橫縫焊接變形控制。(4)焊接施工跨越整個(gè)冬季，冬季特厚板焊接裂紋等缺陷控制也是本工程的重點(diǎn)。(5)合理地確定伸臂桁架焊接時(shí)間，以減小壓縮沉降差異對伸臂桁架焊縫內(nèi)應(yīng)力的影響。2．2解決措施2．2．1大焊接量解決措施針對現(xiàn)場焊接工程量大的特點(diǎn)，根據(jù)本工程需要配備足夠數(shù)量的優(yōu)秀焊工，在開工之前對現(xiàn)場典型厚板接頭焊接進(jìn)行專項(xiàng)培訓(xùn)，進(jìn)入現(xiàn)場的焊工對典型節(jié)點(diǎn)的焊接必須熟練，且焊接水平穩(wěn)定，焊接質(zhì)量高?，F(xiàn)場采用CO2：氣體保護(hù)焊接，焊接效率高、變形小。焊前預(yù)熱和焊后后熱保溫采用電加熱，加熱效率高，溫度控制準(zhǔn)確。電加熱采用計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制，可對復(fù)雜截面多點(diǎn)多面同時(shí)進(jìn)行加熱．且在焊接過程中自動(dòng)控制層間溫度。2．2．2焊接應(yīng)力及變形控制措施(1)同時(shí)對稱輪換焊接核心筒最大的鋼柱由14名焊工同時(shí)對稱焊接，該焊接方法能夠保證厚板鋼柱各個(gè)面同時(shí)收縮，在減小了各個(gè)截面焊接變形收縮差異的同時(shí)，也為各個(gè)焊接面焊接應(yīng)力的有效釋放提供了條件，減小了焊接應(yīng)力，從而有效地控制了鋼柱焊接變形。(2)改進(jìn)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)采用窄間隙小坡口形式，盡可能地減小焊接熱輸入量；對于復(fù)雜異形截面鋼柱除了周邊翼緣板以外，其余截面均開雙面坡口；改進(jìn)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，在提高焊接效率的同時(shí)，對焊接變形也能起到有效的控制作用。圖中陰影部分所示為開雙面坡口的位置，其余位置為單面坡口，箭頭所指的單面坡口為其朝向，箭頭所指的雙面坡口為t／3板厚的一側(cè)；單雙面坡口形式如圖所示。(3)先焊頂層鋼梁后焊鋼柱對于外框筒結(jié)構(gòu)，鋼柱截面為600mm×600mm，鋼梁截面為550mm×610mm2．2．3鋼板墻焊接技術(shù)措施對于超長的鋼板墻立縫及橫縫焊接，現(xiàn)場采用分段倒退的焊接方法以減小焊縫內(nèi)應(yīng)力。2．2．4斜撐及傾斜鋼柱的焊接技術(shù)措施針對斜撐及傾斜鋼柱多為斜立和斜仰位置焊接的特點(diǎn)。在本工程開工之前，我們就斜立、斜仰焊接專門組織焊工進(jìn)行焊工培訓(xùn)，在焊工培訓(xùn)中總結(jié)出了較成熟的焊接工藝，通過培訓(xùn)及附加考試挑選了一批掌握了斜立、斜仰焊接技術(shù)的焊工。在掌握斜立、斜仰焊的焊工中確定一批焊接質(zhì)量穩(wěn)定的焊工從事特殊位置的工作。并將焊工培訓(xùn)及附加考試成熟的工藝制定成工法卡，最終有效地保證斜立、斜仰焊縫的焊接質(zhì)量。2．2．5特厚板冬季(負(fù)溫度)焊接質(zhì)量控制措施冬季焊接需重點(diǎn)加強(qiáng)焊前預(yù)熱和焊后后熱保溫措施。首先是搭設(shè)雙層保溫棚并帶棚頂，以保證其棚內(nèi)的焊接環(huán)境溫度高5℃。冬季焊接提高預(yù)熱溫度5O℃。同時(shí)將焊后后熱的溫度提高5O℃2．2．6有針對性的焊工附加考試根據(jù)本工程的結(jié)構(gòu)形式及節(jié)點(diǎn)形式，在對于鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場焊工操作水平情況和現(xiàn)場實(shí)際情況分析之后，在鋼結(jié)構(gòu)正式施工之前，對工程中的十字接頭狹小空間焊接、厚鋼板雙面坡口清根以及斜立斜仰焊接進(jìn)行了一個(gè)多月的專項(xiàng)培訓(xùn)，并進(jìn)行了附加考試，有效地保證了本工程斜向位置及特殊節(jié)點(diǎn)的焊接質(zhì)量。3異形截面柱焊接變形控制**鋼結(jié)構(gòu)核心簡鋼柱在T1節(jié)時(shí)共有22根。至，I'27節(jié)鋼柱減少為14根。每根鋼柱由多個(gè)H形、箱形、[形組成的復(fù)雜異形截面，T1鋼柱最厚的板厚為80mm。最大的鋼柱截面為3710mm×2550mm3．1多人同時(shí)對稱焊接技術(shù)針對異形截面柱焊接量大、焊接變形不易控制的特點(diǎn)，核心簡異型截面柱焊接采用了多名焊工同時(shí)對稱的焊接方法。多人同時(shí)對稱焊接即將鋼柱的所有翼緣板和腹板同時(shí)進(jìn)行焊接，對于鋼柱對稱位置分別安排兩名焊工同時(shí)作業(yè)或由一名焊工輪換作業(yè)。C1鋼柱共分為C1A、C1B兩根單柱，由14名焊工同時(shí)對稱進(jìn)行焊接作業(yè)，為了更好組織多名焊工同時(shí)作業(yè)的問題。我們給每一名焊工嚴(yán)格規(guī)定焊接步驟和焊接方向，保證多名焊工同步協(xié)調(diào)作業(yè)。開始焊接時(shí)首先焊接各部分最外側(cè)翼緣板，當(dāng)翼緣板焊接1／3板厚以后，每名焊工根據(jù)焊接順序號(hào)的規(guī)定轉(zhuǎn)至另一個(gè)面進(jìn)行焊接，同樣。當(dāng)每名焊工第2步焊接至1／3板厚以后轉(zhuǎn)至第3步焊接，如此反復(fù)每名焊工完成自己的焊接任務(wù)。當(dāng)雙面坡口的一側(cè)焊接至t／3之后再進(jìn)行反面清根打磨，之后再開始進(jìn)行雙面坡口另一面焊接。反面清根后需要進(jìn)行仔細(xì)檢查，確認(rèn)沒有可見缺陷后才能正式焊接。為保證鋼柱各個(gè)面焊接的同步，焊接量少的焊工應(yīng)該適當(dāng)降低焊接速度保持與焊接量多的焊工同步，以確保各個(gè)焊接面焊接速度基本相同。3．2對稱輪換焊接工藝為防止在焊接過程中的焊接弧光影響焊工正常作業(yè)以及多名焊工在鋼柱一側(cè)焊接引起柱身發(fā)生偏斜。要求焊工不能同時(shí)在鋼柱的一側(cè)焊接，焊工需在鋼柱的兩側(cè)對稱輪換焊接，而在鋼柱一側(cè)的焊工應(yīng)相互錯(cuò)開焊接時(shí)間。該焊接方法能有效地控制焊接層間溫度，又能控制焊接變形。3．3焊接過程測量3．3．1鋼柱垂直度監(jiān)測為更有效地監(jiān)控鋼柱焊接變形，在焊接首根鋼柱過程中用經(jīng)緯儀對鋼柱進(jìn)行雙向垂直度的實(shí)時(shí)跟蹤測量，如果發(fā)現(xiàn)鋼柱出現(xiàn)過度偏斜，應(yīng)隨時(shí)調(diào)整焊接順序或在變形部位的另一側(cè)增加焊接量以糾正變形。在實(shí)際的焊接過程中。焊后鋼柱的垂直度控制在5mm之內(nèi)，滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。3.3．2鋼柱焊接收縮量的測量超高層建筑因鋼柱板厚、分節(jié)多的特點(diǎn)，其鋼柱焊接收縮量對結(jié)構(gòu)標(biāo)高控制有一定影響，因此在結(jié)構(gòu)焊接的過程中需要調(diào)整鋼柱標(biāo)高以滿足結(jié)構(gòu)總體標(biāo)高要求。根據(jù)本工程的實(shí)際情況，結(jié)合《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中關(guān)于鋼柱焊接收縮的參考數(shù)值，現(xiàn)場對C1、C3異形截面柱內(nèi)典型截面進(jìn)行了焊接收縮測量，受到現(xiàn)場鋼柱拘束度及其他各種因素的影響，其測量結(jié)果與規(guī)范的參考數(shù)值基本吻合。測量記錄方法為：通過焊接前、焊后兩個(gè)階段將圖示中的標(biāo)記線之間的尺寸與最遠(yuǎn)端兩根標(biāo)記線之間500mm的距離變化來測出鋼柱焊接收縮量。從焊接收縮量的測量數(shù)據(jù)分析。80mm鋼柱焊接收縮量主要集中在1．5mm，該數(shù)據(jù)也是本工程調(diào)整結(jié)構(gòu)標(biāo)高的依據(jù)之一。3．4柱柱之間連接板焊接3．4．1反變形減小鋼柱焊接變形受到運(yùn)輸條件及塔吊起重量等因素的限制，在核心筒鋼柱中，C1、C3、C6、C7四根鋼柱各分為兩個(gè)單柱，即A柱和B柱。兩根單柱之間采用鋼板進(jìn)行連接，每節(jié)鋼柱A和鋼柱B之間用22塊460mm×50mm×775mm的連接板連接。其中連接板一側(cè)在加工廠焊接完成，另一側(cè)在現(xiàn)場焊接。為防止該連接板單側(cè)焊接收縮變形造成C1B和C1A向內(nèi)側(cè)傾斜。根據(jù)鋼柱的截面形式及板厚分析。通過對鋼柱豎向連接板位置以及兩根柱間距進(jìn)行分析計(jì)算，C1A與C1B之間鋼柱在校正時(shí)將鋼柱詢外側(cè)(焊接收縮相反方向)偏移3．4．2補(bǔ)償加熱減小焊縫內(nèi)應(yīng)力豎向連接板一側(cè)在工廠焊接完成，另一側(cè)在現(xiàn)場焊接，對于22塊50mm連接板單側(cè)焊接，其焊縫總長度達(dá)l6．5m，厚板超長焊縫焊接易造成另一側(cè)工廠焊縫內(nèi)應(yīng)力集中甚至出現(xiàn)撕裂的現(xiàn)象。在現(xiàn)場焊接的過程中采用補(bǔ)償加熱的方法進(jìn)行施工，補(bǔ)償加熱即除了焊接過程中對連接板本身加熱以外，還需要對連接板兩側(cè)的柱身連接板對應(yīng)的位置進(jìn)行加熱，且補(bǔ)償加熱的區(qū)域不小于300mm。由于復(fù)雜的異形截面柱焊接沒有現(xiàn)成的經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，我們深入分析研究，通過上述方法，最終對鋼柱以及柱柱間連接板焊接變形控制起到有效的控制作用。焊接后鋼柱的垂直度控制在5mm之內(nèi)。4鋼板墻焊接本工程在F16層以下為增加結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。在核心筒內(nèi)柱柱之間設(shè)置了大量鋼板墻連接。鋼板墻分為單鋼板墻和雙鋼板墻，單鋼板墻連接采用高強(qiáng)度螺栓連接；雙鋼板墻連接采用焊接連接；在運(yùn)輸條件允許的情況下，雙鋼板墻的高度隨鋼柱分為三層一段，鋼板墻最高為15m，鋼板墻板厚為40mm。對超長鋼板墻采取分批分段焊接，易造成鋼板墻扭轉(zhuǎn)且焊縫內(nèi)應(yīng)力較大，通過分析研究?，F(xiàn)場采用多人同時(shí)對稱分段倒退的焊接方法，提高了焊接速度，有效地控制了焊接變形。分段倒退法焊接即對超長焊縫分為1．0～1．5m的若干段，對所有焊縫采用多名焊工同時(shí)對稱的方法進(jìn)行焊接，在每名焊工焊接的區(qū)域內(nèi)采用分段倒退的焊接方法。且雙鋼板墻兩側(cè)的焊縫同時(shí)進(jìn)行焊接。本工程最長的雙鋼板墻為15m，共由2O名焊工同時(shí)焊接一塊鋼板墻。每2個(gè)焊工之間采用硬防護(hù)和防火布密封。防止垂直方向焊接火花傷害焊工，具體焊接方法如圖所示。圖中，鋼板墻立焊縫長度達(dá)到15m，將其分為10段。每段1．5m，每段焊縫由1名焊工進(jìn)行焊接作業(yè)。鋼板墻兩側(cè)共2O名焊工同時(shí)進(jìn)行鋼板墻焊接作業(yè)；在每一名焊工焊接的范圍內(nèi)采取分段倒退的焊接順序，即將每個(gè)焊工將自己的焊接區(qū)域劃分為3段，采取先焊焊縫的上半段、后焊下半段的焊接順序，如圖中節(jié)點(diǎn)所示。圖中的箭頭表示焊接方向。本工程所有的雙鋼板墻超長立縫焊接以及鋼板強(qiáng)橫縫焊接均采用了分段倒退的焊接工藝，有效控制了雙鋼板墻焊接變形。5斜撐及傾斜鋼柱焊接技術(shù)本工程核心筒鋼柱在l6層以上柱柱之間均采用了斜撐連接，最小斜撐截面僅為450mm，如果斜撐的下翼緣坡口朝向斜撐以里，焊工操作空間不足，設(shè)計(jì)時(shí)將該位置坡口朝向斜撐外側(cè)，該位置的焊接則為斜仰焊。每道腰桁架柱柱對接的位置為斜橫焊。針對這些特殊位置的焊接，現(xiàn)場在總結(jié)了焊工考試及工藝評定的基礎(chǔ)上，根據(jù)焊工大多自左向右焊接的操作習(xí)慣，通過研究分析，如果將焊槍與焊接面沿焊道方向及垂直于焊道方向均控制在85°～90°，能增加焊接熔池在焊道內(nèi)的附著能力，減少焊道內(nèi)未熔合及夾渣等缺陷，獲得較高的焊接質(zhì)量。且現(xiàn)場對于斜向位置的焊接采用了焊縫成型更好的TWE一711藥芯焊絲。在焊接過程中制定更為嚴(yán)格的焊接工藝，保持中速焊接。通過焊后無損檢測，焊縫一次自檢合格率達(dá)到了95％以上，獲得了較高的焊接質(zhì)量。外框柱斜橫焊及斜立焊完成的焊縫如圖所示。6伸臂桁架焊接技術(shù)6．1伸臂桁架焊接伸臂桁架分別位于結(jié)構(gòu)的28—29層、54—56層。在28—29層，伸臂桁架共由8根箱形梁組成，在53—54層，由l6根箱形梁組成。伸臂桁架共分為兩部分：即水平方向和斜向伸臂桁架，伸臂桁架分別位于核心筒四個(gè)角。為減小核心筒與外框筒壓縮沉降不同對結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響，通過分析，對斜向伸臂桁架安裝好后僅和結(jié)構(gòu)臨時(shí)鉸接連接，而水平伸臂桁架隨結(jié)構(gòu)安裝順序進(jìn)行焊接。斜向伸臂桁架焊接待結(jié)構(gòu)整體安裝至74層頂以后再進(jìn)行焊接，焊接方法與水平向伸臂桁架焊接順序相同。6．2伸臂桁架節(jié)點(diǎn)焊接順序伸臂桁架箱形接頭焊縫數(shù)量多，鋼板厚，在節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)中將箱形梁的下翼緣設(shè)置為平焊，在箱形梁的上翼緣增加了蓋板。因桁架腹板厚度較厚，為防止腹板焊接時(shí)造成翼緣與腹板T形焊縫撕裂，在箱形梁腹板與翼緣板接