谈钢结构箱形柱的应用及加工工艺

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摘要：本文对钢结构的应用趋势进行了分析，并对箱型柱的加工工艺重点与难点进行了探讨。

关键词：钢结构；箱型柱

中图分类号：TU391文献标识码：A文章编号：

引言：

随着社会发展的不断加快，钢结构以其制作简单、便于整体或部分构件运输、现场吊装施工快、抗震防灾性能高、节能环保、自身延伸性能好以及项目时间短而越来越为社会广泛采用。在钢结构领域，发达国家作为最早抢滩的领头羊，迄今为止，使用钢结构的建筑已经占其总量的70%以上，众多的钢结构建筑也成为各个国家标志性建筑，如伦敦千年穹顶 、纽约帝国大厦、 吉隆坡国家石油双塔大厦。 在我国，从上世纪90年代开始，钢结构建筑也快速发展起来，尤其是步入21世纪后，在各个领域大量采用钢结构，如鸟巢体育场、上海环球金融中心、广州新电视塔。根据建筑形式的需要，钢结构采用的种类也越来越多，在大型承重钢结构构件加工制作中，建设厂商大都采用制作最复杂的箱型柱（梁）结构，以满足结构设计的需要。

1．钢结构箱形柱的应用趋势

钢结构是一个有机的整体，从材料、连接的基本构件到结构的设计，都存在相互呼应和密切的联系。因此，二十一世纪我国钢结构的应用及发展应在合理地使用材料的基础上，不断创新合理的结构型式、更新设计理论和计算方法，充分发挥钢结构自身的优点,不断扩大其应用领域。钢结构具有自重轻、刚度大、强度高的特点,被广泛应用于高层建筑。其中以箱型柱尤为突出,通过在箱体内浇注混凝土,可以实现提高柱承载力,降低柱截面尺寸,增大使用净空间三个设计目标,其可回收性更符合绿色环保型建筑的要求。

1.1钢结构厂房的应用

钢结构已是工业厂房的主流形式，经济性能好投资回收快，在很多地方都采用门式刚架，重型工业厂房大量应用钢结构，如：吊车、冶金、化工工业厂房、电厂等。

1.2钢结构住宅的应用

随着我国钢铁产业的迅速发展，钢结构在多高层住宅领域将大量推广，轻钢住宅将迅速应时而生；钢结构住宅在发达国家早已被采用，也积累了丰富的经验。我国钢结构的高层写字楼已不乏实例，钢结构的工业厂房和超市等多层建筑实例很多，设计和施工的规范也已健全，钢结构住宅在小高层上采用最能发挥其自重轻的优势，据测算11层的钢结构住宅的自重加活荷载相当于6层砖混结构的自重加活荷载，这样在软土地区建造小高层住宅的地基处理就大大简化，比采用钢筋混凝土力-案降低了地基与基础的造价。

1.3在大跨度及空间结构中的应用

钢结构的强度比其他建筑材料高很多，当承受的荷载和条件相同时，钢结构要比其他结构轻，便于运输和安装，并可跨越更大的跨度，适合于大跨度和高层结构。网架与网壳在我国当前空间结构建设中仍占主流，体育场馆、大型会展中心、国家体育场鸟巢、国家大剧院、广州体育馆都是钢结构形式。

2 .箱型柱（梁）的加工工艺重点与难点

随着我国国民经济建设的快速发展，大量的高层建筑拔地而起，其中钢结构建筑所占的比例越来越大，尤其是箱型柱的应用越来越广泛。在箱型柱的制造过程中，是否扭曲、扭曲量的大小、隔板的加工是非常重要的一个环节，其中，隔板加工的正确与否，将直接影响到箱型柱的加工质量。

2.1合理选用焊接设备和焊接方法非常重要

钢结构箱型柱的4块壁板较厚，焊接时焊道较深，如何施焊堆满焊缝是难点之一；隔板下料切割，钻孔、矫正后，采用靠模装配手工焊和电渣焊衬垫板，装配时每边加放铣削余量，具体见图1。

2.2隔板焊接后，四周进行铣边并去除毛刺，加工后的精度应满足:(l)四条边互相垂直，不垂直度簇1.Ollun。(2)对角线偏差簇1.Sllun。(3)外形尺寸+l。+Zlnln，不允许出现负偏差。

2.3隔板加工后检验是否符合加工精度，合格后才能进入组装。组装时隔板的不垂直偏差方向应设在同侧，尽可能减小不垂直的偏差值;在装配两侧腹板时，用90“角尺进行测量定位，以保证翼腹板的垂直度。同样焊接时的焊接顺序、焊接电流的大小、搁置胎架的平整度等因素都会造成箱型构件的扭曲，所以焊接时必须严格控制每道焊接的电流、焊接速度，尽可能的采用对称焊，不得逆向焊接，特别是第一道焊缝必须连续进行，不得断续焊接，这些都是防止箱型构件制作过程控制扭曲变形的有力措施。B十图IA/B为图纸尺寸，为铣削余量在我们制作的大量的箱型柱中。

2.4在箱形梁/柱中厚板单面焊接时，若采用单丝半自动CO2气体保护焊、单丝埋弧焊盖面的方法，在打底时易出现烧穿、未熔合等根部欠缺，加大焊接电流和电弧电压，虽然可以减少焊接缺陷，提高焊接速度，但是热输入量大，热循环过程快，会引起焊缝金属组织粗大，降低冲击韧度，使同样厚度的衬板焊穿现象增多。采用双丝双弧CO2气体保护焊打底、填充焊接，范双熔池，所用衬板不需要太厚，又具有一定量的热输入，解决了根部未熔合、咬边等现象。双丝双弧CO2气体保护焊采用串联双电极双熔池，即双焊丝（电极），采用直流反极性。前丝有预热和打底作用，后丝有调整成分和后热作用，既改善了焊缝组织又提高了焊接接头的性能。与埋弧焊相比，不仅节省了焊剂也省去了清理焊渣工作和时间，而且还减轻了焊接工作人员的劳动强度。

2.5在焊接热循环作用下，焊接区域的母材淬醺性增大，残余应力增大，易产生裂纹，钢结构箱型柱腔内隔板焊接采用普通焊接方式无法施焊，需要采用电渣焊设备解决，焊接难度较大； 道纵向通长焊缝如何施焊才不会使钢结构箱型柱产生焊接变形； 钢结构箱型柱重量大、钢板厚、刚度大，因此拘束度大，焊接难以保证焊缝的均匀熔透。

3. 结语

钢结构建筑近几年已在国内得到大面积推广，由于其与混凝土结构比较，具有总用钢量少、构件制造工厂化、抗震性好、安装速度快、造价低等优点而被广泛用于工业与民用建筑中。其中多高层钢结构建筑的钢柱多数采用Ｈ型钢、圆钢管、十字型钢、箱型柱等，由于箱型柱在两个相互垂直的受力方向都具有很好的工作性能，可以较好地满足钢柱强度及整体结构稳定性，所构建筑中的钢柱设计成箱型柱。

参考文献：

[1]王子军,曲明.箱型结构的焊接工艺选择―钢结构.2008.

[2]程定荣. 新型钢箱型柱和H梁柱外传力节点有限元分析[J]，土木工程与管理学报艺， 2011(3):23-25.