钢结构工程.docx

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钢结构工程

第五章钢结构工程

近十几年来，钢结构工程的施工技术和质量控制水平有了长足的进展，我国及我省相继建成了一大批高层及大跨度钢结构工程。

但近几年新出台的有关钢结构工程方面的技术标准较少，2006年，我省出台了江苏省地方标准《江苏省建筑安装工程施工技术操作规程》，其第五分册为钢结构工程，标准号为DGJ32/J31-2006。

该标准以已颁布实施的钢结构工程方面的主要技术标准为依据，并吸收了近年来钢结构工程施工新技术、新工艺、新材料、新设备等方面的创新成果，具有很高的技术含量，对保证钢结构工程的施工质量具有重要意义。

多数施工企业的质量管理人员接触到钢结构工程的机会不是很多，而复杂大型钢结构工程更只有专业钢结构施工企业才能承建，但考虑到本培训为质量员的继续教育，而非基础知识的学习，因此专门就对钢结构施工质量起决定因素的焊接选择若干内容，以期起到提高的目的。

第一节多层及高层钢结构安装焊接（《江苏省建筑安装工程施工技术操作规程》第五分册）

5.1.1一般特点

1结构的梁、柱、斜撑等各种构件空间交叉形成复杂节点形式，具有平、横、立、仰多种空间焊接位置，施焊难度大。

2因外场施工，受条件限制，焊缝冷却速度较快，收缩应力及拘束度大，易产生焊接延迟裂纹。

3高层建筑钢结构钢板厚度较大，焊接工艺要求高，质量控制难度大。

4高层建筑钢结构安装焊接收缩对柱轴心偏移和垂直度影响较大。

本条主要说明了多高层钢结构安装焊接工艺要求高，质量控制难度大的主要原因，具体概括成4条。

从事多高层钢结构安装焊接的质检人员对此应有较高的认识和理解。

5.1.2焊接质量管理及控制的一般要求

高层建筑钢结构的安装焊接由于节点的构造设计和施工条件的特点，对焊接工艺技术如焊接方法、焊接工艺参数选择、焊接顺序安排、焊工操作技术的培训与考核、焊缝质量检测和控制以及质量管理、质保体系的健全运行都提出了较高的、特殊的要求。

因此钢结构安装焊接施工除了应严格遵循有关施工规程中对材料质量及储存管理要求、焊接接头坡口尺寸检查及焊前清理要求、焊接设备的适用性要求、焊工操作技术的资质要求、焊接工艺评定的要求、施焊过程的一般工艺规程以及质量检查要求以外，还必须针对特定工程结构的具体情况制订出相应的焊接施工工艺规程。

可以说高层建筑钢结构的安装焊接是一个比较复杂的系统工程，对焊接的全过程和各个环节进行有效和系统的控制是确保焊接质量的关键。

因此本条对人员、工艺、技术、方法、管理等提出了控制要求，并强调必须针对特定工程结构的具体情况制订出相应的焊接施工工艺规程。

5.1.3结构安装焊接节点一般形式及坡口形状

1、H形框架柱安装拼接接头一般采用栓焊组合节点或全焊节点（图5.1.3-1（a）、（b）、（c））。

采用栓焊组合节点时，腹板为栓接，翼板用单边V形带垫板坡口全焊透连接（图5.1.3-1（d）），或部分焊透连接。

采用全焊透连接时，翼板一般采用单边V形带垫板坡口全焊透连接，腹板可以用K形坡口部分焊透连接（反面不清根，见图5.1.3-1（e））。

设计要求腹板全焊透时，如腹板厚度不大于20mm，可用单边V形带垫板坡口焊接（图5.1.3-1（f）），如腹板厚度大于20mm，宜用K形坡口，反面清根后焊接（图5.1.3-1（e））。

图5.1.3-1H形框架柱安装拼接节点及坡口形式

2、圆管及箱形框架柱安装拼接应采用全焊接头，并根据设计要求采用全焊透或部分焊透连接。

全焊透时坡口形式应采用单边V形带垫板坡口，见图5.1.3-2（b）。

3桁架或框架梁中，焊接组合H形、T形或箱形钢梁的安装采用全焊连接时，宜采用上、下翼板之间以及翼板与腹板之间拼接截面互相错位形式。

H形及T形截面组焊型钢错开距离宜不小于200mm，翼板与腹板之间的纵向连接焊缝还应留下一段焊缝在安装位置最后焊接，其长度应不小于300mm（图5.1.3-3）。

其上、下翼缘焊接宜采用X形坡口双面焊（清根）或V形带垫板坡口单面焊，应视构件拼焊时放置方式和施焊位置而定。

前者适用于地面胎架上预拼装焊接，将H型钢横置架高，两翼缘内侧用立焊封底，外侧坡口内清根后，用向上立焊方法填充焊；后者适用于H型钢正放时的安装焊接，上、下翼缘都采用俯焊位置焊接。

腹板厚度不大于20mm时，宜采用X形带垫板坡口双面焊或V形坡口单面焊并反面清根后封焊，也可采用V形带垫板坡口单面焊，都适用于在地面胎架上型钢横置拼焊或安装位置型钢正放时的拼焊。

H形梁拼接拘束度不大时，也可采用上、下翼板之间不错位，仅翼板与腹板错位的简化形式。

图5.1.3-2箱形及圆管框架柱安装拼接接头坡口

图5.1.3-3桁架或框架梁安装焊接节点形式

箱形截面构件翼板腹板接口错开距离宜大于500mm，其上、下翼缘及腹板的焊接宜采用V形带坡口单面焊。

其他要求与H形截面时相同。

箱形梁拼接拘束度不大时也可采用腹板与翼板不错位的简化连接形式。

由于轧制工艺所限，轧制H型、T型钢梁的拼接一般采用齐头拼接，但腹板连接处两端应开弧形孔，避免焊缝交叉产生三向应力。

以上三种截面形式均可采用栓焊混合节点形式，即腹板用高强螺栓连接，翼板用全焊透连接。

4框架柱与梁刚性连接时，一般采用以下连接节点形式：

1）柱上有悬臂梁（或称肩梁）时，梁的腹板与悬臂梁腹板一般采用高强螺栓连接，安装时可先用普通螺栓临时连接，便于梁的定位。

梁翼板与悬臂梁翼板用单边V形带垫板坡口单面焊全焊透连接（图5.1.3-4（a））。

2）柱上无悬臂梁时，梁的腹板与柱上已在工厂焊好的承剪板用高强螺栓连接，梁翼板则直接与柱身用单边V形带垫板坡口单面全焊透连接（图5.1.3-4（b））。

3）梁与H型柱弱轴方向刚性连接时，梁的腹板一般与柱的纵筋板用高强螺栓连接。

梁的翼板则与柱的横隔板用单边V形带垫板坡口单面全焊透连接（5.2.3-4（c））。

图5.1.3-4框架柱与梁刚性连接节点形式

注：

图-1～图-4中坡口的尺寸均按《建筑钢结构焊接技术规程》（JGJ81-2002）中表4.2.2～表4.2.7中的相应规定。

5斜撑与梁、柱或弦杆的焊接，应按图5.1.3-5所示的斜T形节点形式，根据斜交角θ的大小，确定坡口角度要求及相应的焊缝有效厚度。

如根部间隙超过1.5mm（但不大于5mm），应增加焊脚高度以达到要求的焊缝有效厚度。

图5.1.3-5斜T形接头形式

注：

1.（E）（n），（E＇）（n）=有效焊缝厚度取决于根部间隙（Rn）的大小，（n）代表1～5。

2.t=较薄焊件厚度。

3.图（d）采用表5.2.3-6中折减值Z来确定有效焊缝厚度。

表5.1.3-6二面角30°≤θ≤60°时焊缝有效厚度折减值Z表

二面角θ

焊接方法

焊接位置V或O

Z（mm）

焊接位置H或F

Z（mm）

60°＞θ≥45°

手工电弧焊

3

3

药芯焊丝自保护焊

3

0

药芯焊丝气保护焊

3

0

实芯焊丝气保护焊

-

0

45°＞θ≥30°

手工电弧焊

6

6

药芯焊丝自保护焊

6

3

药芯焊丝气保护焊

10

6

实芯焊丝气保护焊

-

6

本条属于知识性内容，主要介绍了多高层钢结构各种构件之间常用的连接节点及焊接坡口形式。

5.1.4安装焊接工艺

1安装焊接一般顺序

1）在吊装、校正和栓焊混合节点的高强螺栓终拧完成若干节间以后开始焊接，以利于形成稳定框架。

2）焊接时应根据结构体形特点选择若干基准柱或基准节间，由此开始焊接主梁与柱之间的焊缝，然后向四周扩展施焊，以避免收缩变形向一个方向累积。

3）一节柱之各层梁安装好后应先焊上层梁后焊下层梁，以使框架稳固，便于施工。

4）栓焊混合节点中，应先栓后焊（如腹板的连接），以避免焊接收缩引起栓孔位移。

（5）柱-梁节点两侧对称的两根梁端应同时与柱相焊，以减小焊接拘束度，避免焊接裂纹产生，和防止柱的偏斜。

6）柱-柱节点焊接由下层往上层顺序焊接。

由于焊缝收缩，加上荷重引起的压缩变形，可能使标高误差累积，在安装焊接若干柱节后应视实际偏差情况及时要求构件制作厂调整柱长，以保证高度方向和安装精度达到设计和规范要求。

2各种节点焊接顺序

1）H形柱-柱焊接顺序：

H形柱的两翼缘板首先应由两名焊工同时施焊，这样可以防止钢柱因两翼缘板收缩不相同而在焊后出现严重的偏斜。

腹板较厚或甚至超过翼板厚度时，要求在翼板焊至1/3板厚以后，两名焊工同时移至腹板的坡口两侧，对称施焊至1/3腹板厚度，再移至两翼板对称施焊，接着继续对称焊接腹板，如此顺序轮流施焊直至完成整个接头（见图5.1.4-1方案Ⅰ）。

以上焊接顺序适用于腹板厚度较大时，翼板与腹板互相轮流施焊的目的在于减小腹板焊接时由已焊完的翼板所形成的拘束度，对防止腹板焊接裂纹的产生有重要作用。

如腹板厚度较小，可以由两名焊工先焊完两翼板后，再同时在腹板两侧对称焊接（见图5.1.4-1方案Ⅱ）。

腹板厚度不大于20mm厚时，也可采用V形带垫板坡口单面焊完成腹板焊接。

2）十字形柱-柱焊接顺序：

十字形柱的截面实际上是由两个H形截面组合而成，其柱-柱安装拼接的施焊与H形柱的焊接顺序相似，也要求由两名焊工对称焊接。

首先焊接一对翼缘，再换侧焊接另一对翼缘，然后同时焊接十字形腹板的一侧，最后换至另一侧焊接十字形腹板。

如果翼缘大于30mm，则和前述的H形柱焊接顺序方案Ⅱ一样，翼板不宜一次焊满后才焊腹板，而应在两对翼缘均焊完1/3板厚以后，接着焊接腹板至1/3板厚，并继续在翼板和腹板之间轮流施焊直至焊完整个接头（见图5.1.4-2）。

3）箱形柱-柱焊接顺序：

箱形柱中对称的两个柱面板要求由两名焊工同时对称施焊。

首先在无连接板的一侧焊至1/3板厚，割去柱间连接板，并同时换侧对称施焊，接着两人分别继续在另一侧施焊，如此轮换直至焊完整个接头。

这样两人对称的同步施焊顺序既便于操作又便于控制钢柱的偏斜，见图5.1.4-3。

4）圆管柱-柱焊接顺序：

圆管柱的拼接,一般要求2～3名焊工沿四周分区同时、对称施焊。

如果管径大于1m时，还可以由多名焊工同时用分段退焊法施焊（见图5.1.4-4）。

图5.1.4-1H形柱-柱焊接顺序示意图5.1.4-2十字形柱-柱焊接顺序示意

图5.1.4-3箱形柱-柱焊接顺序示意图5.1.4-4圆管柱-柱焊接顺序示意

（A）、（C）焊至1/3板厚割耳板（B）（D）焊至

1/3板厚（A）（B）（C）（D）或（A）+（B）、（C）+（D）

5）倾斜圆管柱-柱焊接顺序：

由于焊接操作条件限制焊接姿势不能进行连续变化，因此，宜将焊接接头分成四个部分进行焊接，每两层之间的焊道的接头应相互错开，两名焊工焊接的焊道接头也要注意每层错开：

先在仰焊位置由A、B焊工分别向左、右方向焊接，A焊工焊接123部位；B焊工焊接143部位，焊接时同时要求基本同步；

A、B焊工第一次焊接完1/3至1/2板厚后，切去吊装耳板，进行打磨修整后继续焊接（管径大于1m时，宜由4名焊工同时在图5.1.4-5所示的四个部位同时施焊）。

具体见图5.1.4-5所示。

图5.1.4-5斜立圆管柱-柱拼接接头焊接顺序

6）H形梁翼缘与柱或梁的焊接顺序：

在下翼板的腹板两侧坡口内顺序轮换分层填充焊接至填满坡口，再焊接上翼缘的全焊透焊缝，下翼缘填充焊通过腹板的圆弧孔时各道次焊缝的熄弧点要适当错开，以避免夹渣、未熔合缺陷聚集在同一截面上。

7）箱形梁与梁的焊接顺序：

首先由两名焊工在梁外面同时用立向上焊接位置对称焊接箱形梁的两腹板，然后由两名焊工一左一右同时焊接箱形梁下翼缘的拼接焊缝，再由一名焊工逐条焊接上翼缘的两条拼接焊缝，最后由两名焊工同时焊接预留未焊的腹板与翼板之间的纵向俯角焊缝和仰角焊缝。

3安装焊接工艺方法

1）一般采用药皮焊条手工电弧焊，还宜采用CO2保护半自动焊。

2）焊接坡口应在满足焊条（丝）能达到坡口底部的条件下尽可能采用小角度、小间隙。

具体形状及尺寸应按照