钢结构异型柱焊接的关键技术与实践

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摘要：针对南京新金陵饭店扩建工程大截面钢骨柱焊接的施工技术，采用分片安装、对称焊接，并采取焊前预热，焊后缓慢冷却的办法进行施工。该技术既解决了节约吊装能力，又节约项目成本，可供类似工程参考。

关键词：高层建筑 钢结构大截面柱焊接

1、工程概况

南京新金陵饭店工程，于塔楼的四个角上分布有八根异型柱，其位置分布见图1。

图1 异型柱平面位置分布图

2、钢骨柱截面形式分析

异型钢骨柱截面形式复杂，没有规律性，为13块钢板拼装而成，柱柱焊接时就有13条对接焊缝。它的横截面整体尺寸是属于窄而长的结构，长度为3360mm，宽度为600mm。可以将其结构抽化成窄而长钢板模型，在横口对接焊接时，容易产生弯曲和波浪变形。异型柱的截面焊缝条数较多且分布不规律，在柱柱对接焊接时容易产生较大的拘束应力和焊接应力。异型柱截面形状见图2。

图2异型柱截面形状图

根据现场塔吊的吊装能力及异型柱的分节情况，存在部分异型柱重量过大，塔吊吊力不足的情况，采用将异型柱分片，在现场组对焊接的方法，分片后的异型柱见图3。

图3异型柱分片图图4异型柱立向焊缝坡口形式图

在满足设计强度要求且经设计单位同意的前提下，采用了半熔透双面角焊缝。采用这样的坡口形式优势在于，降低了立焊的焊接量，双面焊可以让两名焊工对称同时施焊，大大的提高了焊接工时且减小了焊接时腹板的角变形。异型柱立向焊缝坡口形式，见图4。

2钢骨柱焊接

对于分片安装的异型柱，首先焊接半熔透立向角焊缝，再焊接柱柱上下对接横口焊缝。采用先焊接异型柱立缝再焊接横向焊缝，立缝处于横向自由收缩状态，焊接应力较小，异型柱形成整体后横口焊缝依然可以竖向自由收缩，没有拘束应力。所以采用先焊接半熔透立向角焊缝，再焊接柱柱上下对接横口焊缝，是可行的。

1）分片异型柱半熔透立向角焊缝的焊接

采用两名焊工同时对称施焊。为了避免同一位置焊接时，两名焊工同时焊热输入过高、钢板热量大和从间隙透过的弧光影响另一侧的焊工施焊，从而影响焊接质量。一个焊工先起焊，大约领先反面焊工1.5米左右，反面焊工开始焊接，这样可以很好的避免了上述存在的问题，提高了焊接质量，改善了焊工的施焊作业条件。

2）异型柱上下对接横口焊缝的焊接

异型柱横截面形状较复杂，在焊前需确定合适的焊接顺序，避免异型柱横口焊缝截面产生极大的焊接应力。焊接顺序依据先中心后周边、先腹板后翼板、对称于中轴线焊接的原则。由于有限的焊接作业面，使两名焊工同时对称施焊，如图5所示。

图5异型柱上下对接横口焊缝的焊接顺序图

焊接顺序为12345678。

3）焊接方法

根据高层钢结构的安装特点及各种焊接方法的焊接质量、焊接速度、操作方便程度、全位置焊接性能、抗风能力诸因素，选择半自动CO2气体保护焊(GMAW)为本工程的主要焊接方法（焊缝质量好和熔敷效率高）。

4）焊接参数

异型柱的材质为Q345B，板厚为30～40mm。坡口形式：翼板上下对接为单V带垫板坡口、腹板上下对接为K型双面坡口。焊接参数见表1和表2。

表1焊接参数

焊接方法 焊接材料 焊接工艺参数 备注

标准型号 规格/mm 电流/A 电压/V 气体流量/

(L/min)

GMAW实心

焊丝 ER50-6 1.2 200～260 26～30 22～25

表2预、后热参数

预、后热方法 铁壳式电加热带加热

母材 板厚 预热温度 层间温度 后热温度 后热时间

Q345B 30～40mm 60℃ 60～220℃ 200～250℃ 1h

5）焊接操作平台

由于异型柱截面形状较复杂，且根据焊工对操作环境具有安全、适当的理念要求，设计出操作平台也较复杂，示意图见图6所示。

图6异型柱焊接操作平台示意图

3、异型柱焊接收缩变形对柱体垂直度和标高的影响分析

分片异型柱的立向焊缝为半熔透对称双面K型坡口，横向焊缝中腹板为双面K型坡口、翼缘板为单V坡口。从焊缝的截面分布角度讲，见图5所示，可知在长腹板两侧的翼板是几乎对称分布，在翼板的焊接时，由两名焊工根据图5所示的焊接顺序同时对称焊接，保证对称翼板焊缝收缩同步，因此也不会引起柱体垂直偏差。

综上分析可知，我们采用的合理有效的焊接工艺和焊接顺序对异型柱柱体垂直度影响极小。

4、焊接总结

异型柱横口焊接，母材板厚为30、40mm，坡口为腹板K型、翼板单V型。为了科学、准确的得知横口焊接时的竖向收缩量，我们采用数据统计法，对负二层八根异型柱在焊前和焊后做了柱体标高观测记录。统计结构表明，竖向收缩量平均值为2mm。为了保证焊后柱体标高满足设计要求，所以在异型柱安装、校正时对柱体标高预留有2mm的焊接收缩量余量。

5、结束语

通过对复杂截面异型柱的焊接分析，重点讲述了为了保证柱体垂直度和降低焊接拘束应力编排的焊接顺序、采用的焊接方法和焊接参数、自行设计的焊接操作防护平台以及焊接对柱体垂直度和标高的影响分析。全面性的总结出了金陵饭店工程异型柱的焊接技术的难点、重点和工程中的应用情况。

参考文献

1、中国建筑工业出版社,编. JGJ81-2002，建筑钢结构焊接技术规程

2、北京出版社,编.JGJ99-98，高层民用建筑钢结构技术规程

3、中华人民共和国建设部,GB50205-2001，钢结构工程施工质量验收规范,中国计划出版社,第1版 (2002年3月1日

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