杭州国际会议中心焊接专项方案 精品.docx

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杭州国际会议中心焊接专项方案精品

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杭州国际会议中心项目钢结构工程现场焊接具有技术要求高、复杂、工作量大的特点,是一项典型的系统工程,焊接工作是结构应力应变控制、焊缝质量检验的全部内容。

1.编制目的及适用范围

1.1编制目的

为规范杭州国际会议中心钢结构工程现场焊接管理,指导现场焊接施工,特编制此方案。

1.2适用范围

本方案适用于杭州国际会议中心钢结构工程现场焊接施工。

2.编制依据及基本规定

(1)JGJ81-2002《建筑钢结构焊接技术规程》

(2)《杭州国际会议中心地上部分结构施工图》

(3)《杭州国际会议中心钢结构工程施工组织设计》

(4)2006年12月23日通过专家论证的《杭州国际会议中心铸钢件试验方案》

(5)2006年12月31日《杭州国际会议中心钢结构工程施工组织设计》及其评审会议纪要

(6)GB50205-2001-《建筑钢结构工程施工质量验收规范》

(7)GB/T1591-94-《低合金高强度结构钢》

(8)YB4104-2000-《高层建筑结构用钢板》

(9)GB/T5315-85-厚度方向性能钢板

(10)DIN17182-《高焊接性能铸钢》(德国)

(11)钢材指标

钢材和钢铸件的物理性能指标

弹性模量E(N/mm)

剪变模量G(N/mm)

线膨胀系数a(℃)

质量密度ρ(kg/m3)

206×103

79×103

12×10-6

7850

 

钢材强度设计值

钢号

厚度或直径(㎜)

抗拉、抗压和抗弯f(N/㎜2)

抗剪f v(N/㎜2)

端面承压(侧面顶紧)f ce(N/㎜2)

Q235

≤16

215

125

325

>16~40

205

120

>40~60

200

115

>60~100

190

110

Q345

≤16

310

180

400

>16~35

295

170

>35~50

265

155

>50~100

250

145

Q345GJ

≤16

310

180

400

>16~35

310

175

>35~50

304

170

>50~100

295

170

1)钢材应满足《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)的要求,钢材的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值不应小于1.2。

钢材应具有明显的屈服台阶,且伸长率应大于20%。

钢材应具有良好的可焊性和合格的冲击韧性。

2)型钢、钢板、钢铸件材料表

构件

名称

壁(板)厚

钢材

牌号

执行标准

备注

裙房屋

面桁架

<6mm(无缝钢管)

Q345B

《低合金高强度结构钢》GB/T1591

《结构用无缝钢管》GB/T8162

注1

6mm(高频焊管)

《低合金高强度结构钢》GB/T1591

《直缝电焊钢管》GB/T13793

屋面连

系钢管

<6mm(无缝钢管)

Q235B

《碳素结构钢》GB/T700

《结构用无缝钢管》GB/T8162

6mm(高频焊管)

《碳素结构钢》GB/T700

《直缝电焊钢管》GB/T13793

热轧H型次梁钢梯

Q235B

《碳素结构钢》GB/T700

《热轧H型钢和部分T型钢》GB/T11263

裙房框架梁、柱

Q345B

《低合金高强度结构钢》GB/T1591

注2

主楼

框架梁

Q345B

《低合金高强度结构钢》GB/T1591

《直缝电焊钢管》GB/T13793

注2

主楼

框架柱

t<20mm

Q345B

《低合金高强度结构钢》GB/T1591

《直缝电焊钢管》GB/T13793

注2

20m<t

50mm

Q345GJZ-C

(Z15级)

《高层建筑结构用钢板》YB4104

《厚度方向性能钢板》GB/T5313结构/T11263_______________________________________________________________________________________________________________________

注2

t>50mm

Q345GJZ-C

(Z25级)

《高层建筑结构用钢板》YB4104

《厚度方向性能钢板》GB/T5313

注2

铸钢

Gs-20Mn5V

DIN17182(德国标准)

注:

1 碳当量:

Ceq≤0.36%;焊接裂纹敏感性指数:

Pcm≤0.26%。

2碳当量:

Ceq≤0.42%;焊接裂纹敏感性指数:

Pcm≤0.29%。

3钢材质量应分别符合现行国家标准《碳素结构钢》GB/T700和《低合金高强度结构钢》GB/T1591的规定,其屈服比不得小于1.2,伸长率应大于20%,有良好的可焊性及明显的屈服台阶,钢材的屈服点不宜超过其标准值的10%。

4板厚等于或大于40mm时,为防止层状撕裂,要求板厚方向断面收缩率不小于现行国家标准《厚度方向性能钢板》GB/T5313中Z15级规定的容许值。

5承重结构采用的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和硫、磷含量的合格保证,对焊接结构尚应具有碳含量的合格保证。

6钢铸件采用的铸钢材质除满足DIN17182标准外,尚应满足现行国家标准《一般工程用铸造碳钢件》GB/711352-1989。

3)铸钢

铸钢材料机械性能表

钢号

厚度或直径(㎜)

屈服强度

σsN/㎜2

极限强度

σb(N/㎜2)

抗拉、抗压

抗弯N/㎜2

延伸率

σ5%

冲击功

Ak(J)

GS-20Mn5V

(调质)

≤50

≥360

500~650

324

≥24

≥75

>50≤100

≥300

500~650

270

≥24

≥75

注:

GS-20Mn5的化学成分(%):

c(0.17-0.23);Si(≤0.60);Mn(≤1.00-1.50);P(≤0.15-0.2);

S(≤0.020);Cr(≤0.30);Mo(≤0.15);Ni(≤0.40)。

3.工程综述

3.1钢结构概况

杭州国际会议中心的工程结构从整体上包括主楼和裙房两部分。

主楼与裙房通过主楼外侧弧形柱上的牛腿连接成一个结构整体。

其中主楼结构为钢框架—支撑体系,共由43榀平面钢框架组成。

各榀平面框架外柱与内柱的定位轴线在平面上为不同半径的同心

圆,平面框架在竖向剖面上呈现“C”形,四层以下的框架柱为竖直的框架柱,而四层以上的内框架柱为折线形斜柱,四层以上的外框架柱为圆弧形斜柱;结构在A2、A8、A16、A20、A26、A30、A38轴上的框架通长高度设置径向斜支撑;在A2与A44,A16与A17,A29与A30间通长高度设置环向斜支撑;框架的跨度约为12m,层高为3.5m、4.8m和6.25m不等。

整个球形结构的外侧框架柱距球心的最大距离约42m。

结构构件主要为箱型和H型构件。

框架柱为箱型构件,主要有□900×700×60(45),□900×600×60(55,50,45),□700×500×35,□700×600×40,□700×500×35,□600×600×35(30,25),□600×500×20等不同的规格;框架梁为H型钢梁,部分为箱形梁,主要有H900×250×14×32,H800×350×12×32,H700×250×12×32,□600×350×25×25等规格;支撑构件的截面主要有□800×400×43,□600×400×43,□400×300×21,H300×300×16(18)等规格;框架梁间的连梁和次粱主要有H400×250×8×12,H300×250×9×14,H200×150×6×9,H150×125×6×9等规格。

3.2钢结构设计重量

框架柱:

4600吨

框架梁:

3800吨

次结构:

3400吨

裙房桁架及其它:

1100吨

合计:

12900吨

4.焊接特点与难点

4.1焊接施工特点

(1)焊接工作量大,工期短,存在雨季施工;

(2)节点形式复杂,焊接质量要求高,钢柱对接,钢框架梁拼接,钢柱、梁对接的焊缝质量等级均为一级焊缝;

(3)厚板焊接多,集中在柱与柱对接位置上,钢板最厚为60mm;

(4)仰焊部位多,主要集中在箱形梁(牛腿)对接位置,弧形柱对接位置,弧型柱与挑梁(α<700)焊接位置;

(5)铸钢件与Q345GJC异种钢焊接质量控制困难,精度要求高,该节点处安装精度将影响到主楼整体结构的精度;

(6)焊接变形控制尤为重要,影响结构整体安装质量;

(7)高空焊接多。

4.2焊接施工难点

(1)钢结构焊接变形及残余应力的控制难度大。

(2)铸钢件焊接质量控制。

(3)焊接量大、工期紧。

4.3焊接方法

综合考虑焊接效率和操作难度,大体上横焊、平焊、立焊采用CO2气体保护焊(GMAW)填充,手工电弧焊(SMAW)盖面;仰焊采用手工电弧焊(SMAW);

 

5.焊接技术要求

焊缝质量性能要求

焊缝类型

焊接要求

焊缝等级

检测方法

擦伤比例(%)

箱型、H型钢柱对接焊缝

全熔透

UT/RT

100%

钢框架梁(牛腿)拼接焊缝

全熔透

UT/RT

100%

桁架圆管对接焊缝

全熔透

UT/RT

100%

一般构造焊缝

角焊缝

外观检查

20%

一级焊缝的合格等级应为现行国家标准《钢焊缝手工超声波探伤方法及质量分类》(GB11345)B级检验的II级及Ⅱ级以上;二级焊缝的合格等级应为现行国家标准钢焊缝手工超声波探伤方法及质量分类》(GB11345)B级检验的III级及III级以上。

全熔透焊缝的端部应设置引弧板、引出板或钢衬管,引弧板的材质应与焊件相同。

手工焊引弧板厚度5mm,焊缝引出长度大于或等于25mm。

自动焊接引弧板宽度50mm,焊缝引出长度大于或等于50mm。

焊接完毕后,必须切除被焊工件上的引弧板,并沿受力方向修磨平整,严禁用锤击落。

焊缝应具有良好的外观质量,角焊缝应符合二级焊缝的外观要求。

对于观众视线直接可见的焊缝,当视距不超过10m时,应作磨平处理;当视距超过10m时,应作磨光处理,焊缝余高不大于3mm。

6.本工程焊接变形及应变控制整体思想

6.1焊接工程的整体思想

杭州国际会议中心现场焊接必须遵循以下总体原则:

统一对称、分区进行;自内而外、隔层焊接;单杆双焊、双杆单焊;先栓后焊;分层合拢。

(1)统一对称、分区进行

主楼以平面圆为基准,分为8个焊接施工区,每个焊接施工区域布置一个焊接施工班组,保证每个班组的焊机数量与焊工人数相同,焊接电流、电压及焊接速度尽量一致,以圆心为对称点进行焊接。

(2)自内而外、隔层焊接

先将钢柱、钢梁以及斜撑安装至第三节,确定各层螺栓连接已达到要求(即高强螺栓初拧30%,安装螺栓紧固),并进行精度确认后方可进行焊接工作。

首层钢结构的焊接,先进行内环柱对接焊缝的焊接,进行内部环向梁的焊接,进行外环柱对接焊缝的焊接,再进行外部环向梁的焊接,之后进行径向梁的焊接,最后进行框梁、隅撑、楼面连梁的焊接。

首层焊接结束后,进行第四层钢结构的安装,安装固定后进行第二层和第三层钢结构的焊接,焊接顺序同首层钢结构的焊接顺序,以此类推,结构吊装就位比焊接提前不少于一层,直至屋盖安装结束。

(3)单杆双焊、双杆单焊

针对环向梁、径向梁采用此焊接原则,见下示意图,单杆双焊即两根梁与柱间的焊缝,采用两人对称焊,要求保证焊接速度一致,焊接电流、电压参数一致。

双杆单焊即横梁与立柱焊接,先焊接一端,待焊缝温度冷却至常温方可进行另一端的焊接。

(4)先栓后焊

先对高强螺栓初拧30%,之后进行焊接,焊接结束,待焊缝冷却之后,再对高强螺栓进行终拧。

(5)分层合拢

主楼焊接时,每层设置焊接合拢,相邻层合拢位置依次错开45°,控制顶层合拢温度。

合拢温度就是钢结构在合拢过程中的初始平均温度,区别于大气温度,是结构使用中温度的基准点。

也称安装校准温度,其确定原则如下:

1)确定结构合拢温度时,首先考虑当地的气象条件,应使合拢温度接近平均气温,也就是可进行施工的天数中所占比例最大的气温。

2)确定合拢温度应充分考虑施工中的不确定因素,预留一定温度的允许偏差。

3)合拢温度应尽量设置在结构可能达到的最低温度之间,使合拢结构受温度影响降到最低。

6.2主楼钢结构焊接结构的指导思想

(1)焊接位置及技术的确定

主结构全部采用全位置焊接,其重点控制是仰焊,初步决定仰焊采用SMAW。

(2)焊接顺序

根据主结构“统一对称、分区进行;自内而外、隔层焊接;分层合拢”的思想,焊接程序应当是:

第一步:

以柱为点,自内而外,分区进行,对称焊接;第二步:

以梁为主,自内而外,先环后径,分区对称,逐步合拢。

注意:

隔层焊接。

焊接施工顺序对焊接变形及焊后残余应力有很大的影响,直接影响到焊接质量。

应详细制定结构整体以及典型部分焊接顺序,以做到焊接时尽量减小结构焊后变形和焊后残余应力。

主楼焊接立面、平面总体顺序见下图示意:

焊接平面分区图

主楼焊接需遵从以下原则:

1)分区对称焊接

同一层焊接作业时遵循对称施焊的原则,将施工平面划分为8个焊接区域,每个区域内配备相同数量的焊工、焊机,施焊时要保证焊接电流电压,焊接速度的一致。

一个区域里依照由内到外的焊接顺序,保证相对圆心对称的位置同时进行焊接;

如上图所示将主楼分为A、B、C、D、A′、B′、C′、D′8个区,对C、C′以圆心对称的两个区进行分析,按照从内向外焊接的原则,焊接顺序如下:

C7(C′7)、C8(C′8)、C9(C′9)、C10(C′10)、C11(C′11)、C12(C′12)先进行焊接每一是工区的7~8#柱在焊接时不分先后,但必须保证以圆心为对称的柱柱对接焊缝同时焊接,在C、C′区间内C7对应的C′7……C12对应C′12,在内柱焊接结束之后,进行外柱的焊接,同样保证C1、C′1同时焊接,C2、C′2同时焊接,直至C6、C′6

焊接结束。

在柱对接焊缝焊接结束后进行环向梁的焊接,之后进行径向梁的焊接,焊接过程中需要保证同时,同步,同位置,同焊接参数。

2)隔层焊接

主楼第一层构件焊接必须待第三层构件全部吊装就位,全部螺栓初拧30%完成后再开始焊接,这是为了通过结构自重来约束焊接变形,控制安装精度。

依次往上保证吊装作业比焊接提前不少于一层。

如上图所示,先进行第一、二、三层钢结构的安装,带钢结构就位后,将安装用螺栓拧紧,连接用高强螺栓初拧30%,并经验收,该三层钢结构的安装精度达到要求,方可进行第一层钢结构的焊接,包括第一节柱与第二节柱的对接焊缝、第一层钢结构中的横梁与斜撑;

在第一层刚结构焊接结束之后,方可进行第四层的钢结构安装,安装后进行第二层钢结构的焊接,以此类推,直至第十九层钢结构焊接结束。

3)局部焊接顺序

a.弧形箱柱对接焊缝焊接工艺

主楼内外环三层以上钢柱都为弧形柱,钢柱倾角各不相同,对接焊接时将高空操作平台安装在柱对接位置以下约1.3m处,配备两名焊工。

施焊前,焊工应检查焊接部位的组装质量,如不符合要求,应修磨补焊合格后方能施焊。

坡口表面不允许带有污泥杂质、油污、氧化皮等影响焊接的物体。

焊接时,2人对称施焊,先完成40%A、B的焊接,接着完成C、D40%厚度的焊接,再依次完成A、B;C、D剩余的焊接。

每层起弧点要相距30~50mm,每焊一层要认真清渣,焊到柱转角处要放慢焊条运行速度,使柱角成方角。

第一层的起弧点要距端部50mm左右。

箱型柱对接焊接顺序

(a)焊道起点的错位;(b)焊接顺序

b.H型钢柱对接焊接工艺

H型钢柱位于电梯井,两根柱子通过一段H型钢连接成一组合构造柱,两根柱子同时进行焊接,采用对称施焊,两名焊工先同时从翼缘板中间往两边焊接,后焊腹板。

焊接顺序示意图如下:

H型钢柱焊接顺序示意图

c、圆管柱对接焊接工艺

主楼圆管柱截面为Q345B材质。

其对接要求两名焊工(A、B)沿圆周分区同时、对称施焊,每一层焊接的起弧点相距30~50mm,避免缺陷集中在一处。

当管径大于1000mm时可采取分段退焊的方法。

焊接顺序示意图如下:

d.H型钢梁对接焊缝焊接工艺

梁柱,梁梁连接多采用栓焊混合的形式,在完成高强螺栓初拧后进行焊接,焊接时先焊下翼缘,后焊上翼缘,最后焊腹板。

在焊接梁的下翼板时,从中间由两人同时对称往外焊接,在腹板两侧坡口内轮换分层填充至填满坡口,再焊接上翼缘的全焊透焊缝,方式同下翼缘,如下图所示。

各道焊缝的起弧点要适当错开,以避免夹渣、未熔合等缺陷集中在一处。

H型钢梁焊接顺序示意

e.箱型、菱型钢梁对接焊缝焊接工艺

主楼箱型梁主要分布在内外环梁及少数径向梁上,其腹板采用栓焊混合连接。

焊接时首先由两名焊工在梁外侧同时用立向上焊接位置对称焊接箱型梁的两腹板,然后由一名焊工逐条完成下翼缘对接焊缝,再由一名焊工完成上翼缘对接焊缝,最后由两名焊工同时焊接预留未焊的腹板与翼缘之间的纵向俯角和仰角焊缝。

焊接顺序见下图示意:

6.3焊接合拢

6.3.1合拢温度确定的基本原则

合拢温度就是钢结构在合拢过程中的初始平均温度,区别于大气温度,是结构使用中温度的基准点。

也称安装校准温度,其确定原则如下:

(1)确定结构合拢温度时,首先考虑当地的气象条件,应使合拢温度接近平均气温,也就是可进行施工的天数所占的比例最大气温。

(2)确定合拢温度应充分考虑施工中的不确定因素,预留一定温度的允许偏差,作调整用。

(3)合拢温度应尽量设置在结构可能达到最低温度之间,使结构受温度影响最合理,从而达到最小构件截面减少用钢量的目的。

6.3.2杭州国际会议中心钢结构合拢温度的计算分析

根据杭州近年气象资料,杭州的最高气温为:

43℃;杭州的最低气温为:

-8.6℃;年平均最高气温为:

39.9℃;年平均最低气温为-1.3℃。

设正温差为50℃,负温差为-30℃。

(1)取合拢温度为14℃:

最高14℃+39.9℃=53.9℃>50℃(合理)

最低(-14℃)+(-1.3℃)=-15.3℃>-30℃(不合理)

(2)取合拢温度为18℃:

最高:

18℃+39.9℃=57.9℃>50℃(合理)

最低:

(-18℃)+(-1.3℃)=-19.3℃>-30℃(不合理)

计算结果显示,两项不合理均在低温范围,杭州的最低温度几乎不可能达到-30℃;最高温度不至于超过50℃的日子,所以14℃±4℃是最经济的合拢温度。

而设计取值较大,安全裕度也就相应较大。

考虑热岛效应,最终合拢温度可定为17℃~25℃。

对于夏季合拢层应在早上六七点左右进行合拢作业,春秋季,取适当的时间进行合拢作业。

6.3.3合拢点划分

合拢焊缝是应力最集中的焊缝,因此均匀分布是首选原则。

杭州国际会议中心钢结构工程在结构合拢时,采取同层对称合拢,不同层的合拢点应相互间隔一定角度(45°)(如下图)。

第一层外环合拢点为A、E,内环合拢点为A1、E1;第二层外环合拢点即为C、G,内环合拢点为C1、G1;第三层外环合拢点即为B、F,内环合拢点为B1、B1;第四层外环合拢点即为D、H,内环合拢点为D1、H1;按照上述4层的合拢点的划分,对本工程主楼整体可进行各层合拢点的划分。

遵循同层对称合拢,不同层的合拢点应相互间隔一定角度,使整个合拢点均匀分布在整个球体上的原则。

6.3.4合拢焊缝负载转移

合拢焊缝负载转移最有效的方法是用卡马转移负载,待焊缝形成后,割除卡马。

使一次应力全部转移在卡马上,然后再转移在焊缝上,确保焊缝的安全。

由于本工程合拢口数量众多,且合拢段的安装随着工程的总体安装进程在不同时间里进行,合拢段的安装质量不仅影响结构安装过程中的安全,而且影响最终的合拢和结构的总体施工质量及结构使用过程中的安全,因此,必须采取合理的安装工艺措施,确保合拢段与相关构件的安装及结构的顺利合拢。

具体工艺措施如下:

(1)为控制合拢时合拢口的间隙大小,减少合拢口的焊接量和焊接残余应力,确保合拢口的焊接质量,在进行合拢段的安装时,要尽量控制合拢段安装时合拢口的间隙大小,该间隙大小要考虑温度变形计算结果和焊接收缩变形,如达不到预定的要求,可调整合拢段先焊一端的坡口间隙。

(2)为确保合拢段施工过程中的安全,合拢段安装就位后,除设计要求的合拢口不进行焊接连接外,其它接口部位均需及时焊接完毕,以增强结构的整体稳定性。

(3)为确保合拢口在施工过程中因温度变化而自由伸缩,合拢口采用卡马搭接连接,卡马的大小和数量需根据该接口部位的受力计算确定。

此受力计算不但要考虑合拢段安装过程中搭接受力要求,而且要考虑合拢过程中合拢口的受力要求。

6.4裙房钢结构焊接指导思想

(1)裙房桁架整体结构焊接顺序

根据安装要求。

裙房桁架分段吊装,在高空进行焊接,焊接前先用安装螺栓与临时支撑固定桁架,以一榀主桁架为例进行说明,如下图所示,

主桁架高空焊接示意图

上图中所示桁架截面为倒三角截面,A1、A2、A3、A4、B1、B2、B3、B4、为上弦杆对接处,C1、C2、C3、C4为下弦杆对接处,为减小焊接时引起的焊接应力,焊接顺序如下:

C2→C3→C1→C4→B2→B3→B1→B4→A2→A3→A1→A4,在同一截面的焊接对接口完全冷却后,方可进行该截面的其它对接口的焊接。

待一榀桁架对接接口焊接结束后,进行腹杆间的焊接。

焊接方法为手工电弧焊和二氧化碳气体保护焊,焊接工艺参见焊接工艺评定报告。

(2)圆管柱对接焊缝焊接工艺

裙房圆管柱截面为Q345B材质。

其对接要求两名焊工(A、B)沿圆周分区同时、对称施焊,每一层焊接的起弧点相距30~50mm,避免缺陷集中在一处。

当管径大于1000mm时可采取分段退焊的方法。

焊接顺序示意图如下:

圆管柱焊接顺序

7.焊接准备

7.1焊接工艺评定

焊接工艺评定按下列程序进行:

(1)由技术员编制工艺评定任务书(焊接方法、试验项目和标准);

(2)焊接责任工程师审核任务书并拟定焊接工艺评定指导书(焊接工艺规范参数);

(3)焊接责任工程师将任务书、指导书安排焊接实验室责任人组织实施;

(4)焊接责任工程师依据焊接工艺评定指导书,监督由本企业熟练焊工施焊试件及试件和试样的检验、测试等工作;

(5)焊接实验室责任人负责评定试样的送检工作,并汇总评定检验结果,编制焊接工艺评定报告;

(6)工艺评定报告经监理单位和焊接责任工程师审核,企业技术总负责人批准后,正式作为编制指导生产施工的焊接工艺的可靠依据。

7.1.1工艺评定项目

杭州国际会议中心需进行工艺评定的项目如下:

(1)评定的钢材:

Q345B、Q345BZ、Q345GJZ-C(Z15)、Q345GJZ-C(Z25)、GS-20Mn5V

(2)实际工程板厚规格有(㎜):

6、8、9、10、11、12、14、16、18、20、25、30、32、35、40、45、50、55、60共19种。

(3)焊接工艺评定板厚度与工程覆盖板厚原则

试件厚度工程适用范围表(如下)

焊接方法类别号

评定合格试件厚度

工程适用厚度范围

板厚最小值

板厚最大值

1、2、3、4、5、8

≤25

0.75t

2t

>25

0.75t

1.5t

6、7

不限

0.5t

1.1t

9

≥12

0.5t

2t

根据工程实际截面板厚类型,我们选定了

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