干煤棚制作.docx
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干煤棚制作
大跨度双层柱面焊接节点
干煤棚网壳制作工法
上海电力建筑工程公司
大跨度双层柱面焊接节点
干煤棚网壳制作工法
上海电力建筑工程公司楼海英
1前言
外高桥三期工程干煤棚采用落地式双层柱面网壳结构，网架形式为正放四角锥，网壳厚度3.5m，长度方向共有（1～31）轴，全长120m，跨度为104.5m，壳体高度42.2米（支座球中心铰点至拱顶球中心）。
节点为焊接球，焊接球规格为WS300×10、WSR4000×16、WSR500×24共三种，选用Q235B。
焊接球节点2349个，重约176t。
钢管规格有φ89×4.5、φ114×4.5、φ140×5、φ159×6、φ168×8、φ180×8、φ194×10、φ219×16共8种，钢管选用Q235B钢，采用20号无缝钢管，钢管共有9120根，重约679吨。
节点钢板采用Q235B，焊条选用E43型，焊接球与杆件采用剖口熔透焊，焊口18372只，焊缝等级为二级。
2工法特点
2.1焊接节点网架在地面制作场地分块制作完成，高空分块安装，减少高空焊接工作量。
2.2在网架制作过程中，严格控制焊接球的空间定位和弦杆几和尺寸，焊接时则只需弦杆两端截面与焊接球紧密贴合即可达到“杆过圆心”这一质量控制要求。
3适用范围
本工法适用于各种跨度焊接类钢网架的制作施工。
4工艺原理
根据安装方案需要将网架分成若干块体，通过地面制作胎架完成网架块体制作，制作过程控制焊接球的空间定位和弦杆几和尺寸，达到块体制作质量要求。
5施工工艺流程及操作要点
5.1制作施工顺序
该网架划分为244个块体，最重约7.47t。
制作顺序从1轴到31轴。
块体制作施工顺序：
设备进场
杆件下料
坡口及端面加工工
喷砂除锈
涂刷底漆
制作平台搭建、验收
施工准备
材料及半成品进场
零部件质量检验
块体拼装制作
块体质量检验
涂刷中间漆和面漆
5.2制作平台（胎架）施工
制作平台基础采用素土夯实，铺200mm厚碎石，平整压实，上铺设钢板。
制作胎架质量控制以网架焊接球的座标为控制点，网架球支点用Φ140×4管座，上弦设支架及操作台。
通过对胎架立杆的控制达到对网架焊接球节点的三维定位：
在制作场地进行平面二维放线、经纬仪测量，确定每根立杆的中心位置；对立杆高度进行计算，通过水平仪测量，复核每根胎架立杆顶的标高。
实际施工中我们采用“以球定杆”的方法，即在网架制作过程中，严格控制焊接球的空间定位，弦杆则只需两端截面与焊接球紧密贴合即可达到“杆过圆心”这一质量控制要求。
同时为适合不同轴线网架单元成型尺寸的不同，制作胎架顶端设置可装卸支撑点附加段，通过附加段可方便调节焊接球标高，使制作现场一组胎架能满足全部31轴网架的制作任务。
设5个制作平台（三种类型），如图：
图5.2-1制作平台A
图5.2-2制作平台B
图5.2-3制作平台C
5.3网架制作
5.3.1焊接球采用成品球，对厂家所生产焊接钢球进行全数检查，焊接球焊缝按二级焊缝质量标准进行；每一规格按5%数量抽查（且不少于3个）进行超声波探伤检查。
焊接球表面质量用弧形套模、卡尺和观察检查。
严格控制焊接球直径、圆度尺寸。
5.3.2在制作前对钢管焊接收缩量进行试验；确定每种杆件焊接收缩量；如钢管壁厚≤6mm，每条焊缝放1mm～1.5mm；壁厚≥8mm，每条焊缝放1.5mm～2mm。
5.3.3钢管杆件落料及端面加工采用SDJ400型坡口机，钢管两端开坡口30°。
5.3.4钢管两端内加衬套（管）与钢球焊接，钢管杆件与空心球之间留有3.5mm间隙予以焊透。
5.3.5根据杆件直径及两端焊接球直径的不同，计算每根杆件的断料长度。
编制杆件加工表，方便断料人员操作。
段料长度按下表计算：
I=L-
-
-t（5.3.5）
式中I——杆件下料长度（mm）；
L——焊接球节点中心距（mm）；
R1和R2——两端焊接球半径（mm）；
r——杆件内壁半径（mm）；
t——焊接收缩余量（mm）；见表5.3.5
表5.3.5焊接余量
序号
规格（mm）
收缩余量（mm）
坡口（度）
衬环（mm）
1
Φ76×3.75
2
30
Φ67×3
2
Φ89×4
2
30
Φ79.5×3
3
Φ114×4
2
30
Φ104.5×3
4
Φ140×4
2
30
Φ130.5×3
5
Φ159×5
2
30
Φ147.5×3
6
Φ168×8
2.5
30
Φ150.5×3
7
Φ180×10
2.5
30
Φ158.5×3
8
Φ194×10
2.5
30
Φ172.5×3
9
Φ219×12
3.0
30
Φ193.5×3
10
Φ219×14
3.0
30
Φ189.5×3
5.3.6所有管球焊接或点焊的焊工，必须经考试合格并取得合格证书，持证焊工必须在其考试项目及其认可范围内施焊。
5.3.7焊接球与杆件焊接采用衬套（管）定位，套管外径比钢管杆件内径小1.5mm，长度为40mm～70mm。
焊接球与杆件的连接采用坡口熔透焊，焊缝质量等级为二级，并应按规范要求进行二级质量标准检验；焊前要检查杆件装配间隙及坡口等，是否满足要求。
5.3.8块体尺寸确定后，对要进行定位焊的部位，坡口要清理干净，定位焊采用三点，每处点焊不小于30mm
5.3.9焊条使用前按要求烘干，使用时放入焊条保温桶内随用随取。
5.3.10网架节点在拼装时，为减少焊接变形与焊接应力；拼装采用中间向两端或四周发展的焊接顺序，这对焊接球节点在焊接时能够比较自由地收缩。
其次还可以将整个网架划分成若干圈，先装内圈的下弦杆，构成下弦网格再装腹杆及上弦杆，然后再按此顺序装外面一圈，依此向外扩展直至到边。
（1）先焊下弦，下弦先焊弦杆（主杆）后焊斜腹杆。
（2）先焊上弦，上弦先焊弦杆（主杆）后焊斜腹杆。
（3）轴线由中间向两边扩散。
（4）同一杆件两端不得同时施焊。
具体流程见图5.3.10焊接流程图。
图5.3.10焊接流程图
5.3.11焊接过程应连续完成。
5.3.12管球仰焊、平焊处的起始及收弧接头，每层做到相互错开，不集中在一处，以在垂直线左右5mm-15mm为好。
5.3.13腹杆仰焊处由于操作条件较差，为了防止未熔化、夹渣、咬肉等缺陷，仰焊部分也用多层多道焊。
5.3.14每一层焊毕，清理干净焊渣、飞溅，并检查焊缝是否有不允许存在的缺陷，如裂纹、未熔合、夹渣、密集气孔等，如发现清除后重焊。
5.3.15焊缝高度与宽度：
焊缝宽度不小于坡口边缘2mm为宜，焊缝加强高2mm~4mm为宜。
每层焊缝厚度以焊条直径0.8倍为宜，每条焊缝运条宽度不大于焊条直径5倍，超过者采用多道焊手法。
焊接高度和宽度见图5.3.15。
图5.3.15焊缝高度和宽度剖面
5.3.16焊接完毕，焊工进行自检，自检合格后交焊工组长互检，互检合格后交专职质量员验收，焊接完毕后经外观检查合格，焊工必须把坡口边缘120mm处打磨露出金属光泽接受超声波检查；并在管子上面打上自己钢印号，以备检查。
6材料与设备
6.1材料
6.1.1支座钢板、钢球、钢管采用Q235B，符合现行国家标准《碳素结构钢》GB/T700；钢管采用高频焊管，符合GB/T13793-92中的Q235B钢，热轧无缝钢管符合GB8162-87中的20号优质碳素钢。
6.1.2焊条采用E4315，符合《碳钢焊条》GB/T5117标准。
6.2设备
设备见下表6.2
6.2设备表
序号
机器具名称
单位
数量
规格
1
7022塔吊
台
1
2
25T汽车吊
台
3
SDJ400Ⅱ型坡口机
台
1
4
逆变电焊机
台
10
CX400
5
半自动切割机
台
1
6
仿形切割机
台
1
7
手工割刀
把
15
8
火焰矫正烘枪
把
4
9
角向磨光机
台
8
10
千斤顶
只
10
11
水准仪
台
1
12
经纬仪
台
1
13
烘箱
台
1
14
保温筒
只
15
15
有效计量钢卷尺
把
15
16
划针、钢丝
把
若干
17
直尺、角尺
把
若干
18
钢丝绳，卸卡
副
若干
19
空压机及喷砂设备
套
1
20
超声波探伤仪
CTS2000
台
1
7质量控制
7.1质量标准
《网架结构技术规程》（JGJ61-2003）
《钢结构设计规范》（GB50017-2003）
《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205-2001）
《建筑钢结构焊接技术规程》（GJG81-2002）
《网架结构工程质量检验评定标准》（JGJ78-91）
《网架与网架工程质量检验及评定标准》（DGJ08-89-2000）
《冷弯簿壁型钢结构技术规范》（GB50018-2002）
《钢网架焊接球节点》（JGJ75.2-91）
《网架结构设计及施工规程》（JGJ7-91）
《建筑工程施工质量验收统一标准》（GB50300-2001）
《焊接球节点钢网架焊缝超声波探伤及质量分级法》（JBJ/T-3034.1-1996）
7.2质量控制
7.2.1风速大于8m/s、雨、雪天气没有防风防雨措施严禁施焊。
7.2.2冬季0℃焊前对焊口进行15℃预热。
7.2.3质量检查及检验过程控制：
7.2.3.1焊接检验：
包括检查、验收两项内容，因而焊接检验不能仅仅局限于焊接完毕后，应贯穿在焊接作业的全过程中，即焊接施工前、焊接施工中、焊接施工后。
7.2.3.2焊前检查
a）工程使用钢材及焊接材料，使用前必须检查和验收，不合格者不得使用。
b）焊接钢球进行全数检查，焊接球焊缝按二级焊缝质量标准进行;每一规格按5%数量抽查，（且不少于3个）进行超声波探伤检查。
焊接球表面质量用弧形套模、卡尺和观察检查。
严格控制焊接球直径、圆度尺寸。
焊接球直径、圆度、壁厚减薄量等尺寸及允许偏差应符合规范的规定；每一规格按数量抽查5%，且不少于3个；用卡尺和测厚仪检查。
c）接头的组装、坡口的加工、焊接区域的清理、定位焊的质量、衬板贴紧情况；坡口表面不得有夹层、裂纹、加工损伤、毛刺及火焰切割熔渣等缺陷。
d）焊接前应检查坡口及坡口两侧的清理质量，其清理宽度及清理后的表面应符合规范的规定。
7.2.3.3中间检验
a）定位焊缝焊完后，应清除渣皮进行检查，对发现的缺陷应去除后方可进行焊接。
b）当对焊缝层次有明确规定时，应检查焊接层数。
c）对规定进行层间无损检验的焊缝，无损检验在外观检验合格后进行。
d）对中断焊接的焊缝，继续焊接前清理并检查，消除发现的缺陷后方可施焊。
7.2.3.4焊后检查
a）除焊接作业指导书及工艺卡有特殊要求的焊缝外，焊缝应在焊完后立即去除渣皮、飞溅物，清理干净焊缝表面，然后进行焊缝外观检查。
b）焊缝感观应达到：
外形均匀、成型较好，焊道与焊道、焊道与基本金属间过渡较平滑，焊渣和飞溅物清除干净。
不得有裂纹、夹渣、未熔合、焊瘤、弧坑、表面气孔等缺陷，焊接区不得有飞溅物。
咬边及焊缝外观尺寸应该符合标准（规范）规定。
c）探伤数量：
地面块体制作抽查20%；高空拼装抽查50%。
8安全措施
8.0.1严格执行《建筑施工高处作业技术规范》、《施工现场临时用电安全技术规范》和《建筑机械施工安全技术操作规程》中的有关规定。
8.0.2现场设专职安全员，明确岗位职责，及时检查安全防护设施及安全隐患，监督制止违章操作。
8.0.3实行安全教育培训制度，特殊工作人员持证上岗制度，施工人员进行上岗前安全知识培训和操作技能培训。
8.0.4现场用电必须采用三相五线制动力线；装漏电保护器；做到一机一闸，做好“接地”，“接零”。
8.0.5施工现场设置动火区，在重点地方挂灭火器。
8.0.6对于较长、较重的构件起吊、翻身应使用起重扁担，作业时应由施工员及起重班长在现场指挥，严禁超载施工。
起吊翻身时要注意掌握构件重心。
构件起吊、搬运、翻身过程中，工作区域内无关人员不得停留通过，吊物下方严禁站人。
8.0.7所有电机设备均应有良好接地措施，各龙门吊，电焊机，剪板机等都应挂操作规程牌，严禁利用轨道作为搭地线进行电焊机焊接。
8.0.8施工平台上所需用的电线、电焊线、氧乙炔皮管都应在轨道下穿过，以免龙门吊来回运动压破，造成事故。
8.0.9焊接人员坚持“十不烧”原则，电焊机外壳必须可靠接地，不得多台焊机串联接地，施焊工作平台也需有可靠接地，防止触电事故发生。
8.0.10使用角向磨光机要戴防护面罩或防护眼镜，防止砂轮断裂和角向磨光机伤人。
8.0.11施工道路保持畅通，严禁通道阻塞，乱堆杂物。
施工用电源布置合理，接电标准化，确保施工用电安全。
各作业面施工做好落手清，施工场地无电焊条及焊条头。
8.0.12双机抬吊必须开安全作业票，并进行交底。
9环保措施
9.0.1所有进现场材料需根据实际施工进度有序、分批安排进场，要求随进随用；所有材料必须分类堆放在定制化布置图中指定位置；材料进场应听从项目施工员调度。
9.0.2杆件、焊接球堆放位置应在地坪上垫设道木或木方，并挂牌标识。
9.0.3材料堆场处主要是废料处理，按照文明施工布置图要求放在现场指定的垃圾箱内。
废料、铁块、焊接头、砂轮放入现场指定垃圾箱内。
油漆刷子、油漆筒等回收处理。
9.0.4现场生活垃圾严禁乱丢，要放在指定的垃圾箱中。
9.0.5将施工场地和作业限制在工程建设允许范围内，合理布置，标牌清楚、齐全，各种标识醒目，施工场地整洁文明。
10效益分析
本工法施工网架地面制作安全性高、网架焊接容易控制，同时吊装速度较快，经济、社会效益良好。
干煤棚网壳采用分成若干块体，通过地面制作胎架完成网壳块体制作。
制作胎架顶端设置可装卸支撑点附加段，通过附加段可方便调节焊接球标高，使制作现场一组胎架既能满足全部31轴网壳，总共244块网壳块体的制作任务。
节约制作场地平台设置费用10万元。
安全性：
分块块体大多在制作场地完成，减少高空作业；块体划分大减少单件起吊量，单榀桁架仅需要10钩，相比网架散件安装法（1球3杆）29钩，减少2/3。
节约机械台班及人工费30万元。
质量：
控制焊接球的空间定位和弦杆几和尺寸，焊接时则只需弦杆两端截面与焊接球紧密贴合即可达到“杆过圆心”这一质量控制要求。
同时块体在地面制作比同类散装法，更容易控制网架下挠。
工期：
单跨网架吊装耗时3天，比散装法4天一跨，缩短1天。
11应用实例
工程名称：
外高桥第三发电厂（2×1000MW）干煤棚工程
结构形式：
网架和索膜结构
开竣工日期：
2007年4月~2007年08月
外高桥电厂三期双层柱面焊接节点干煤棚，网架形式为正放四角锥，跨度104.5米，全长120米，壳体高度42.2米（支座球中心铰点至拱顶球中心），网壳厚度3.5m。
建筑面积12540m2。
节点为焊接球，共2349个，重约176t。
钢管9120根，重约679吨。
该工程采用本工法网架安装未发生安全事故，顶点处网架下挠≤21mm，低于设计值61mm，质量优良。
焊接质量：
1）制作焊口共抽查了3889焊口，占总焊口25.93%，1-4轴我们采用50％抽样标准进行检测，高于设计二级（20％）焊缝检验标准。
总共抽样248个，达标情况优良，合格率达到99.6％，4-31轴按二级（20％）焊缝检验标准抽查合格率达到100％。
2）安装焊口共抽查了1951焊口，占总焊口59.85%，焊缝检验标准抽查合格率达到99.89％。
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