北京某大型图书馆钢结构加工制作施工方案鲁班奖 钢桁架 超厚板Word格式文档下载.docx
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10．环境保护、职业健康、安全防护75
附主桁架构*件清单
工厂制作计划
工厂制作顺序
工厂组织机构图
主桁架立面图
屋顶钢结构布置图
1．总则
1.1适用范围
本方案适用于****二期工程暨****工程钢结构的加工制作。
1.2工程概况
1.2.1工程简介
****二期工程暨****工程，是国家重点文化建设项目，位于北京市*****号，主要建筑内容为数字图书馆的大型计算机机房、数字资源存储机房、数字处理间及数字图书馆辅助用房等，占地2.2万m2，总建筑面积8万m2，底层建筑面积约1.1万m2，建筑总高度约27米。
建筑外形效果图：
****二期的主楼由地下三层和地上五层组成；
地下车库为地下两层。
主楼三层以下的钢骨混凝土结构及六个钢筋混凝土筒体结构形成基座区；
屋顶区钢桁架结构坐落在六个核心筒上，外形尺寸116m×
105m，由6榀巨型主钢桁架、4榀次钢桁架（主桁架柱间支撑）和6榀屋面钢桁架及2000余件主、次钢梁、层间钢柱、梁间支撑等组成大楼四层、五层楼板及屋面承重结构。
最重单件构件达765t，钢结构总重约12300t。
结构分区情况见下图：
1.2.2本工程钢结构特点
（1）钢结构体量大：
本工程钢结构总重约12300t，其大部分集中在刚性节点的六榀主桁架、四榀次桁架及主、次桁架间刚接/栓接的主梁上。
最重构件为HJ-1，其重达765t（不含节点短肢），其外形尺寸为长116.6m*宽1.2m*高10.04m。
（2）结构形式箱型为主：
构件主要由焊接箱形构件、焊接H型钢及热轧H型钢等组成，但以箱型为主，且箱型截面尺寸最大宽度为1200mm，高1500mm，最大板厚为80mm。
（3）连接形式以焊接和栓接为主：
除钢屋架与巨型桁架的连接形式采用销轴连接外，其余均采用高强度螺栓连接和焊接的形式进行连接。
（4）杆件及节点出厂，现场组拼：
由于桁架外形尺寸高大：
主桁架高达10余米，长达100余米，一个单元的次桁架也高达10余米，长22.7米，工厂必须将所有主、次桁架分解成杆件及节点，加工成型，按编号运至现场组装。
1.2.3钢结构制作加工重、难点分析
（1）由于本工程结构复杂、且属超厚板工程，焊接工作量大且要求高（焊缝填充量估计在330吨左右），所以确定正确合理的钢结构加工工艺及焊接工艺是保证本工程钢结构加工质量的前提。
（2）由于本工程结构复杂，选择正确合理的构件检测方案将是本工程钢结构加工质量的有效保证。
（3）本工程采用大量的超厚板，且结构构造独特，结构在焊接过程中易产生严重的角变形、扭曲变形、局部或整体变形。
对于超厚板焊接结构，若焊接变形得不到有效控制，将会直接导致构件的外形尺寸精度严重超差，所以，如何控制本工程厚板焊接的变形，控制构件加工制作精度，是本工程钢结构加工制作中的突出难点。
（4）由于本工程多为封闭的厚板箱形焊接结构，焊缝填充量大,焊接应力集中，若构件的大量残余应力得不到释放，将大大降低构件的承载能力、抗疲劳强度，易造成结构脆性断裂，所以，如何采取经济合理的工艺措施，来消除（降低）构件内的残余应力是本工程加工制作的又一难点。
（5）厚板在加工焊接过程中易出现裂纹，甚至母材容易产生层状撕裂，一旦构件出现层状撕裂，会直接导致构件报废，所以如何采取有效的工艺措施，预防与控制焊缝的裂纹与母材的层状撕裂的发生，是本工程焊接的一大难点。
1.3编制依据
《钢结构工程施工及验收规范》GB50205—2001
《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ99-98
《钢结构高强度螺栓连接的设计、施工及验收规程》JGJ82-91
《低合金高强度结构钢》GB/T1591
《厚度方向性能钢板》GB/T5313
《圆柱头焊钉》GB/T10433
《低合金钢埋弧焊用焊剂》GB/T12470
本工程设计图纸及施工图设计说明
1.4所有在原设计上的修改和变更都必须经原设计者的确认和签字认可后才能进行，施工人员不得擅自进行修改和变更。
1.5在钢结构件的制作过程中，应严格遵守公司质量管理的各项规定，确保构件的加工质量。
遵守公司的生产安全规则和安全技术操作规程，确保生产安全。
2．材料
2.1钢材
本工程承重结构的钢材应保证抗拉强度、伸长率、屈服点、冷弯试验、冲击韧性合格和硫、磷含量符合限值。
对焊接结构尚应保证碳含量符合限值。
本工程钢桁架、钢柱、楼面主梁、钢屋架、钢支撑等采用的钢材的屈强比不应小于1.2；
应有明显的屈服台阶；
伸长率应大于20%；
应有良好的可焊性和合格的冲击韧性。
承重结构处于外露情况和低温环境时，其钢材性能尚应符合耐大气腐蚀和避免低温冷脆的要求。
本工程主要材料采用Q345C、Q235B，质量标准分别符合GB/T700《碳素结构钢》与GB/T1591《低合金高强度结构钢》，次要部位采用部分Q345B、Q235B材料。
主要钢材为定制，厚度为δ40～80mm有Z向要求的Q345C板材全部由舞阳钢厂轧制；
δ10～30mmQ345C钢材，从济钢和首钢采购。
钢材使用情况如下表：
表1
所用部位
钢材牌号
质量标准
主材
（未注明的钢材，包括型钢和板材）
Q345C
《低合金高强度结构钢》（GB/T1591）
当40mm≤δ≤60mm，为Q345CZ15
当δ＞60mm时，为Q345CZ25
耳板
Q235B
《碳素结构钢》GB/T700
焊接垫板
Q345B
《低合金高强度结构钢》GB/T1591
螺杆、销轴
45号
《优质碳素结构钢》GB699
2.2焊材
表2
焊接方法
母材钢号
焊材牌号、规格
手工电弧焊
Q235B、Q345
E4303E5015φ3.2、φ4.0
埋弧自动焊
H10Mn2+SJ101
φ4.0、φ4.8
Q235B
H08MnA+SJ101
CO2气体保护焊
Q235、Q345
ER50-6
φ1.2
电渣焊
ER50-6+JF600
φ1.6
钢埋弧焊用焊剂》GB/T12470的规定；
（3）保护气体采用100%CO2气体，其纯度不得低于99.95%（体积法），含水量不得大于0.005%（重量法）。
（4）焊剂SJ101在使用前必须在300～350℃烘干2小时，否则不得使用。
2.3高强度螺栓
本工程中凡未注明的螺栓均为10.9级摩擦型高强度螺栓，产品选用扭剪型高强度螺栓连接副。
普通螺栓的质量标准应符合《六角头螺栓》（GB5782）和《六角头螺栓-C级》（GB5780）的规定。
高强度螺栓的质量标准应符合《钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角螺母、垫圈与技术条件》（GB/T1228～1231）或《钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副》（GB3632～GB3633）的规定。
2.4栓钉
本工程中所用栓钉，其钢材牌号为Q235B，经冷加工制作而成。
栓钉的质量标准应符合《圆柱头焊钉》（GB10433）中的规定。
2.5油漆
柱、梁、钢桁架表面厂内仅涂底漆，为水性无机富锌底漆，干膜厚度100微米；
对除上述以外的构件，涂水性无机富锌底漆，干膜厚度100微米；
环氧云铁中间漆，干膜厚度为60微米。
2.6原材料质量控制
2.6.1原材料进厂验收
原材料进厂必须核对其质量合格证明文件、标志及检验报告等。
钢材的表面有锈蚀、麻点或划痕等缺陷时，其深度不得大于该钢材厚度允许负偏差值的1/2，钢材表面的锈蚀等级应符合现行国家标准《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》GB8923规定的C级及C级以上，钢材端边或断口处不应有分层、夹渣等缺陷。
材料进厂后，由专检人员按相应的国家标准及设计总说明的相关要求验收确认，然后由保管员作好验收标记，并按规定进行材料存放、保管和发放。
2.6.2原材料复验
按照《钢结构工程施工及验收规范》GB50205—2001中第4章的规定，对40mm以上有Z向性能要求的钢板及跨度大于60mm的主要受力构件所用钢板，应进行抽样复验，其复验结果应符合现行国家产品标准和设计要求。
对一级焊缝所用焊接材料应进行抽样复检。
对进厂的有Z向要求的钢板，每10张抽检一张，探伤质量等级为三级。
钢材及焊材具体复验要求由监理、业主、总包单位提出，经专家组论证后确定。
2.7本工程中凡未注明的高强度螺栓摩擦面抗滑移系数μ均不得小于0.45（Q235）及0.50（Q345）。
应根据设计要求，做高强螺栓摩擦面抗滑移系数试验。
2.8进入车间施工的材料应平整无弯曲和变形，否则应进行矫正。
矫正可用机械或火焰矫正的方法进行，火焰矫正的加热温度应根据钢材性能确定，一般不得超过650℃，低合金钢材料严禁用水激冷。
钢材矫正后的允许偏差（mm）见下表：
表3钢板一般的外形要求
简图
允许偏差（mm）
f≤1.0（t＞14）
f≤1.5（t≤14）
f≤L/1000，且≤5.0
3．加工制作工艺
3.1放样
3.1.1放样和车间施工、验收用的钢卷尺等计量工具，必须经计量部门与本工程使用的标准尺进行校核，并标贴修正值后才能使用，标准测定拉力为5Kg。
3.1.2放样作业依据施工详图进行，在进行放样时必须认真核对图纸，加放焊接和铣削的加工余量并作出标记。
3.2号料、划线
3.2.1号料前应先确认材料的材质、尺寸和规格，按零件图和下料加工清单及排版图进行号料。
3.2.2钢梁、钢柱板材拼接时，应符合下列要求：
a、焊接BOX钢柱/钢梁的翼缘板拼接缝和腹板拼接缝两者的间距应大于200mm。
b.焊接H型钢梁，翼板拼接缝和腹板拼接缝之间的间距应大于200mm。
上下翼板的对接焊缝不应设置在同一截面上，也应错开200mm以上，翼缘的拼接应避开梁跨度的1/3范围，翼缘板拼接长度不小于2倍板宽，腹板拼接长度不小于600mm；
c.热轧H型钢梁长度方向拼接时，焊缝应采用Z型接口，且应避开梁跨度的1/3范围，最小拼接长不得小于1米，且拼接缝应避开节点及孔群100mm以上；
d.板材下料应与钢板轧制方向一致，拼接焊接应在杆件组装前进行，材质为Q345的板材拼接焊后至少24小时后，才能对焊缝进行UT探伤。
3.2.3号料时，使用的钢材应平整且无损伤和缺陷，否则应进行矫正或剔除。
3.2.4在钢板上划线和做记号时，不得使用凿子，洋冲印的深度0.5mm，对于需弯曲的钢材不能使用洋冲和凿子作标记。
3.2.5号料所划的切割线必须正确清晰。
号料尺寸允许偏差为1.0mm。
3.2.6号料后，应按公司质量管理的规定，做好材质标记的移植。
3.3切割、铣削加工
钢材的切割原则上采用火焰自动切割或数控切割，次要部位的零件可以采用火焰半自动切割。
材料切割后，自由边缘必须进行打磨。
3.3.1条料切割加工
（1）切割加工方法
厚度≥12mm的条料的切割加工采用直条切割机加工，同一条料两边同时切割。
也可采用集气瓶进行供气，半自动切割机同时进行切割。
如下图示：
（2）切割准备：
a.切割前对变形钢板必须火焰矫正合格后方允许切割；
b.将钢板吊上切割平台，放置时应调钢板边缘与轨道平行，不平行度不大于3mm。
并应调整钢板表面水平，保证切割时割嘴到钢板表面距离偏差控制在3mm以内；
c.划线：
根据排料图以及零件图划出切割加工线，划线时应按零件图加放切割余量。
宽度方向应根据割嘴型号加放割缝余量；
d.切割前应将预切割缝两侧50mm的油污等杂物，清除干净；
（3）切割：
a.调整割嘴与钢板的距离（10～15mm）并确认割嘴中心与切割线对正；
b.点火后根据切割火焰焰心对割嘴位置调整，使焰心与切割线对齐（偏差应控制在0.5mm以内）；
c.切割工艺参数按下表选取：
表5气割切割工艺参数
割嘴
型号
孔径
切割厚度mm
割缝余量
氧气压力Mpa
丙烷压力Mpa
切割速度mm/min
2
1.00
12-30
0.6-0.7
0.05-0.06
3
1.25
30-40
2.5-3
0.06-0.08
4
1.50
40-70
0.65-0.75
0.08-0.1
5
1.75
>
70
3.5-4
0.7-1.0
0.15
d.切割加工开始后应检查零件宽度是否符合要求，并检查切割面有无切割缺陷，当有缺陷产生时应及时调整切割工艺参数；
e.条料端部应用自动火焰切割，严禁用手工火焰切割。
（4）切割清理检查
a.切割完工后清理切割件，并自检检查切割件质量，检查项目及允许偏差应符合要求，并应做好自检记录；
b.检查合格后对零件进行标识，标识内容：
工程名称、零件编号、规格、材质、钢板炉批号。
标识位置：
距条料端头500mm处；
c.报专检检查合格后转入下道工序。
3.3.2厚度≥12mm规则形状（矩形）件的切割加工采用半自动火焰切割，其他形状的零件采用数控火焰切割加工；
厚度为9mm以下的钢板可采用剪切，但剪切面上的硬化层应予以除去，并必须矫平直。
3.3.3切割面的精度要求如下：
表6
项目
图例
允许偏差
切割断面的粗糙度
坡口面．100μm
自由边．50μm
切割断面的局部割痕d
d
坡口面．d1.0mm
自由边．d0.5mm
切割断面的垂直度e
e
t
e0.05t、且2.0mm
表7气割的精度要求
允许偏差
零件的长度
长度±
1.0mm
零件的宽度
板制H钢的翼、腹板：
宽度±
零件板：
切割面不垂直度e
t≤20mm，e≤1mm；
t≥20，e≤t/20且≤2mm
割纹深度
0.2mm
局部缺口深度
对≤2mm打磨且圆滑过渡
对≥2mm电焊补后打磨形成圆滑过渡
3.3.4当达不到上述要求时应用砂轮打磨，必要时进行堆焊补修后，再用砂轮打磨平整，以保证切割断面的质量。
3.3.5有铣削加工要求的零部件，刨（铣）加工后的允许偏差：
表8
序号
项目
1
两端铣平时构件长度
±
3.0
两端铣平时零件长度
0.5
铣平面垂直度
0.30
铣平面倾斜度（正切值）
≤1/1500且≤0.50
表面粗糙度
0.03
6
表面缺陷
应无杂刺、渣、波纹，对各种不允许缺陷应修磨匀顺
3.3.6坡口
（1）板材用半自动切割坡口。
坡口的尺寸应符合焊缝的设计要求。
坡口尺寸偏差要求详见下表：
表9
坡口角度△a
a+△a
△a=±
2.5°
a+△a
5°
坡口钝边△a
1.0°
（2）当焊接坡口边缘发现钢材有夹层缺陷且缺陷长度已超过25mm时，应用UT探伤检测其深度，如深度不大于6mm，应用砂轮机打磨清除后焊接填满；
如深度大于25mm时，应采用超声波探伤测定其尺寸，当单个缺陷面积或缺陷的总面积不超过被切割钢材总面积的4%时为合格，否则应由工艺科提出处理意见后，方可继续施工。
3.4制孔
3.4.1螺栓孔、高强螺栓孔必须采用钻孔的方法，钻孔在数控钻床和摇臂钻床上进行，或可用空心钻、磁力钻进行钻孔。
3.4.2划线钻孔时，使用划针划出基准线和钻孔线，螺栓孔的孔中心和孔周敲上五点梅花冲印。
便于钻孔和检验。
3.4.3连接板钻孔允许叠钻，但叠钻的厚度必须控制，以保证眼孔垂直于钢材的平面。
且最上面的板必须要划好线，不允许用钻好的钢板直接套上去钻孔。
3.4.4钻出的孔应为圆柱状，并垂直于钢材的平面，垂直度偏差不大于0.05t，且小于1mm，钻孔孔径偏差0～+0.5。
孔的边缘应光滑无毛刺。
3.4.5用摇臂钻床加工孔时，划线孔位偏差控制在0.5mm以内，孔心用样冲标识，并应标明孔径大小，划线后必须对划线检查确认合格后方允许加工。
对于直径大于50mm的孔采用数控火焰加工后，打磨切割面。
3.4.6制孔的精度要求如下：
表10
孔的偏心
L
圆心线L基准线
LL
-1L+1
孔的间距偏移
P
P1+P1
P2+P2
-1P1+1
-2P22
孔中心至边缘的距离
a
a2+a2
a1+a1
a1-2
a2-2
3.4.7对于销轴连接孔,应采用机加工精制孔，销轴孔内表面粗糙度为1.6级，公差为0～0.5。
3.5组装
3.5.1组装前，组装人员必须熟悉****的施工详图、加工工艺等有关技术要求，检查组装用零件的编号、材质、尺寸、数量和加工精度等是否符合图纸和工艺要求，确认后才能装配。
3.5.2装配用的平台和胎架应符合构件装配的精度要求，并具有足够的强度和刚度，经检查验收后才能使用。
3.5.3构件装配时必须按照工艺流程进行，组装前焊缝两侧各50mm范围以内的铁锈、氧化铁皮、油污、水分清除干净，并显露出钢材的金属光泽。
3.5.4施焊前，焊工应检查焊接部位的组装和表面清理的质量，如不符合要求，应修磨补焊合格后方能施焊。
如果坡口组装间隙超过允许偏差时，可在坡口单侧或两侧堆焊、修磨使其符合要求，但当坡口组装间隙超过较薄板厚度2倍或大于20mm时，不允许用堆焊的方法增加构件长度和减小组装间隙。
3.5.5箱型的翼板和腹板下料后须进行矫正，拼装后按焊接工艺进行焊接和矫正。
3.5.6构件组装完毕后应进行自检和互检，最后提交质检人员检验和验收，在检验中若发现问题，应及时进行修理和纠正。
3.5.7当采用夹具组装时，拆除夹具时不得损伤母材；
对残留的焊疤应修磨平整。
3.5.8焊接连接组装的允许偏差：
表11
项次
简图
焊接组装件
端部偏差a
aa
-2.0≤a≤+2.0
长度偏差
-0.5～0
3
宽度偏差
4
对角线偏差
1.0
水平隔板电
渣焊偏差
2.0
内隔板拼装
间隙偏差
7
隔板与梁
翼缘的错位量
t1≥t2且t1≤20
t2/2
t1≥t2且t1>
20
4.0
t1<
t2且
t1≤20
t1/4
t1>
5.0
8
T型连接的间隙
<
16
≥16
9
对接接头
底板错位
≤16
1.5
16<
t<
30
t/10
≥30
10
对接接头间隙偏差
埋弧焊
气保焊
0～1.0
11
直线度偏差
12
根部开口带
垫板间隙偏差
13
焊接组装
构件端部偏差
加劲板或隔
板倾斜偏差
14
连接板、加劲板
间距或位置偏差
15
翼缘板
倾斜度
b≤400
b>
400
结合部位
16
截面
尺寸偏差
h≤800
1.5
h＞800
3.6箱型柱、梁制作工艺
3.6.1工艺流程
原材料进厂
检验、矫正
节点板
隔板
本体
牛腿翼腹板
底板、顶板
下料、切割
翼、腹板
划线、钻孔
装焊衬垫板
矫正、划线
喷砂处理
铣边
组装焊接
检验
型组装
非电渣焊
隔板焊接
UT探伤
焊接、探伤
矫正
柱长度铣削
组装、焊接
探伤、矫正
装顶部节点板
焊接、矫正
包装、发运
喷砂防腐
3.6.2主材下料
（1）如果主材长度不足，在条料切割前应先行拼接:
a.下料前必须对钢板的不平度进行检查。
按拼接图要求,对钢板进行划线，将要拼接的翼板或腹板吊上水平胎架，两头拉直中心线进行拼板，焊前并用卡具将两边缘卡牢，以防焊接时产生侧向弯曲，如图示：
b.焊接均采用双面埋弧自动焊，焊后翻身再焊，焊后拆除引、熄弧板后进行火工校正，并同时再测量板两边缘的直线度，超差须校正，校正后焊缝需100%超声波探伤。
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