大型復(fù)雜構(gòu)件鋼結(jié)構(gòu)加工制作綜合技術(shù)
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趙俊 左松
（中建二局安裝工程有限公司廊坊鋼結(jié)構(gòu)分公司，河北廊坊065000）
摘要：大連中心·裕景工程構(gòu)件截面大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鋼板多為厚板和超厚板，焊接變形較難控制，焊接難度大。針對構(gòu)件加工制作中的具體問題，對復(fù)雜構(gòu)件的加工工藝，包括裝配順序、焊接前后的熱處理工藝等予以介紹。
關(guān)鍵詞：復(fù)雜結(jié)構(gòu)；厚板焊接；熱處理；剛性支撐DOI:10.13206/j. gjg201603021
1 工程概況
大連中心·裕景工程是大連市新地標(biāo)建筑。本工程塔樓ST2分為地下4層，地上62層，鋼結(jié)構(gòu)包括：核心筒鋼柱、樓層鋼柱、組合柱、支撐、轉(zhuǎn)換桁架等。地下部分標(biāo)高-19. 600~-0.100 m，地上部分標(biāo)高-0.100~ 278. 57 mm，室外地面至屋頂標(biāo)高為257. 550 m，鋼結(jié)構(gòu)最高點(diǎn)標(biāo)高為278. 570 m。核心筒部分鋼骨柱大部分為H型鋼，組合柱為L形大截面鋼柱；轉(zhuǎn)換桁架分布于15、30、45層三個樓層，共12榀，桁架上、下弦桿和腹桿采用翼緣外伸箱形截面；組合柱為兩根箱形柱和一根H型鋼柱焊接而成的組合構(gòu)件；支撐為翼緣外伸箱形截面，立面桁架、支撐布置布置見圖1。建筑功能為小型家庭辦公兩用型辦公、酒店式公寓（SOHO公寓），建筑高度為279. 650 m，鋼結(jié)構(gòu)總用鋼量約2萬t。
2 鋼構(gòu)件結(jié)構(gòu)形式
該工程中除采用普通的H形、箱形截面形式外，還增加了很多特殊截面形式，如L形柱、K形柱，典型構(gòu)件形式如圖2、圖3所示。
3 典型L形鋼柱加工工藝
3.1 L形鋼柱特點(diǎn)
L形鋼柱的截面實(shí)體如圖4所示。它是由兩根箱形柱和一根H型鋼組成的。主體結(jié)構(gòu)截面為2 300 mm×2 300 mm。1~5號零件板厚均為85 mm，材質(zhì)為Q345 GJC225。其加工難點(diǎn)如下：
1)多次裝焊，焊縫數(shù)量多，隱蔽焊縫多。
2)焊縫不對稱，變形難以控制。
3)厚板焊接難度大。特別是兩箱形柱組焊L形柱的兩條焊縫，板厚為85 mm，坡口只能開單V形坡口，焊接位置為橫焊，焊接變形量大，需采用剛性固定，焊接應(yīng)力難以釋放。
4)構(gòu)件加工工期長，焊縫需要不間斷焊接。
5)L形位置不是直角，設(shè)計(jì)角度為93。，精度較難控制。
3.2 注意事項(xiàng)
3. 2.1 厚鋼板預(yù)熱
厚度40 mm以上的板焊接時需要預(yù)熱，預(yù)熱方式采用紅外線電加熱片加熱，配合保溫石棉，40 mm厚的板預(yù)熱溫度為60℃，60 mm厚的板預(yù)熱溫度為80℃，以此類推。60 mm以上的板焊接后需要后熱，后熱與預(yù)熱方式相同，后熱溫度為350℃，保溫時間應(yīng)依據(jù)構(gòu)件厚度確定：每25 mm板厚不小于0.5 h。
3.2.2層間溫度
焊接時所有焊縫的層間溫度要控制在60~250℃。焊接過程中，利用紅外線測溫儀進(jìn)行層間溫度的監(jiān)控，本工程均為厚板和超厚板焊接，散熱快，需要控制最低溫度。
3.2.3焊接順序
由于L形組合焊縫與中性軸不對稱，焊接中必須保證柱身的通長焊縫的焊接方向要一致，較長構(gòu)件要從中間向兩邊焊接。板厚為60 mm的板之間的焊縫必須要用分段退焊法焊接，以1 m為單位進(jìn)行分段，盡量采用多人同時分段焊接。由于栓釘焊接空間限制，裝配箱形前先把箱形內(nèi)側(cè)栓釘焊接上，為了保證肋板、工藝隔板的焊接質(zhì)量，肋板、工藝隔板兩側(cè)300 mm范圍不焊栓釘。
3.2.4焊接工藝
引、熄弧板按照J(rèn)GJ 81-2002《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程》嚴(yán)格執(zhí)行，對于所有接料焊縫、焊接H型鋼、箱形的主焊縫必需加同材質(zhì)同厚度的引、熄弧板；60 mm以上厚板全熔透焊縫坡口角度為250，間隙為8～10 mm，半熔透焊縫坡口角度為350，熔深為2/3板厚。能采用埋弧焊的焊縫必須用埋弧焊填充、蓋面，焊接過程中，嚴(yán)格按照焊接工藝評定中的焊接參數(shù)施焊。厚板多層、多道焊接應(yīng)一氣呵成，必須中斷的，應(yīng)加石棉保溫；再焊接時，必須將鋼材加熱到最低預(yù)熱溫度以上方可施焊。
厚板焊縫返修前，必須加熱到比預(yù)熱溫度高20℃以上，碳弧氣刨清根后將滲碳層打磨干凈后馬上施焊。
3.2.5剛性固定
裝配成槽形、箱形和組裝L形時為了防止焊接變形，在型體內(nèi)側(cè)要設(shè)加固三角板，厚度為25~40mm，間距為1 000～1 500 mm。兩端頭必須加焊三角板，以保證端頭截面尺寸滿足精度要求。
3.3 L形鋼柱裝焊方案
構(gòu)件截面如圖5所示。
3. 3.1構(gòu)件的焊縫要求
1～6、8、13號零件板之間的焊縫、16~18號零件板組焊工字鋼的焊縫，以及工字鋼和L形柱之間的焊縫均為牛腿上、下500 mm全熔透，兩端頭100 mm全熔透，其余部分半熔透。7、12號零件板的焊縫為全長半熔透。9、10、11、14、15號零件板處的肋板均為半熔透。焊縫在構(gòu)件兩端時四周都要焊接，在構(gòu)件中間時由于操作空間的限制，只焊接三邊。焊接三邊時，9號零件板在3號板方向的焊縫不焊，10號零件板在2號零件板方向的焊縫不焊，14號零件板在2號零件板方向的焊縫不焊，11、15號零件板在蓋板方向的焊縫不焊。
11、15號零件板為牛腿翼緣板時焊縫為全熔透。中間工字鋼上的牛腿焊縫均為全熔透。
3.3.2裝焊箱形構(gòu)件
將1、6、7號零件板組裝成槽形構(gòu)件，并把9～1 1號零件板空檔中的橫向肋板（除了上端封頭板）裝上，在兩端裝上加固三角板。先把橫向肋板及固定三角板的焊縫焊接完成，再蓋2號零件板。然后把箱形兩端的加固三角板、肋板焊接完成，再焊4條主焊縫。主焊縫先對稱焊接7號零件板一側(cè)的兩條焊縫再焊6號零件板一側(cè)的焊縫。焊成箱形后，裝配3號零件板，對3號零件板上的兩條主焊縫進(jìn)行對稱焊接，如圖6所示。
3.3.3裝焊工字形構(gòu)件
將4、5、12號零件板裝成工字鋼，并把14、15號零件板空檔中的橫向肋板（除了上端封頭板）裝上，在兩端裝上加固三角板。先焊接橫向肋板及固定三角板的焊縫，再焊接主焊縫，如圖7所示。
3.3.4組焊L形柱
把前兩步裝焊成的箱形與工字形組裝在一起。焊接2號零件板與4、5號零件板之間的焊縫。先把2號零件板與5號零件板之間的焊縫半熔透區(qū)域打底、填充7~8道，使其焊接熔深達(dá)到25 mm左右；然后焊接2號零件板與4號零件板之間的焊縫，把此焊縫焊接完成；再繼續(xù)焊接2號零件板與5號零件板之間的焊縫，如圖8所示。
組焊L形在特制的胎架上進(jìn)行，方便焊接的同時，也可控制焊接變形。
3.3.5裝焊成品
焊接完成L形柱后，把上端的封頭板裝焊上，然后進(jìn)行銑端。銑端后裝中間的工字鋼及三個方向的牛腿。牛腿焊接完成后再裝8、13號蓋板。最后再焊接外側(cè)的栓釘。牛腿上的補(bǔ)強(qiáng)板在牛腿裝焊完畢后再裝焊。
4結(jié)束語
大連中心·裕景工程鋼結(jié)構(gòu)已經(jīng)全部制作和安裝完成。加工過程中，合理的厚板焊接工藝，拼裝過程中的裝配順序和嚴(yán)格的尺寸控制，焊接前后的熱處理工藝，有效的剛性固定和焊接方法以及焊工的技能水平均是本工程巨型鋼柱得以順利加工的必要條件。
