厚板箱型柱加工制作施工工法中鐵建工集團有限公司

李建波1、前言鋼結構具有自重輕、剛度大、強度高的特點，被廣泛應用于高層建筑，其中以箱型柱尤為突出?？梢詫崿F(xiàn)提高柱承載力，降低柱截面尺寸，增大使用凈空間，安裝施工方便的設計目標，其可回收性更符合綠色環(huán)保型建筑的要求。由于鋼板厚度大，材質等級高，最厚鋼板達到70mm，材質Q390C-Z25；焊接接頭多為剛接接頭，鋼板厚度大、焊縫密集，拘束度大，在焊接過程中容易產生根部裂紋、表面裂紋和層狀撕裂；焊接效率太低；焊接應力大，焊縫組織粗大，沖擊韌性降低等問題。通過近幾年來的實踐總結，制定出一套完整的加工制作和焊接工藝，并在昆明地鐵線網控制中心工程中取得了良好的效果，其經濟效益和社會效益十分顯著。為使箱型結構得到更進一步的推廣，我公司總結了以往工程經驗及相關技術，結合相關國家規(guī)范和標準編制了本工法。2、工法特點箱型柱承載力高、抗震性能好、制作簡捷，本工法箱體主焊縫焊接采用雙絲雙弧氣保焊打底，雙絲埋弧焊或三絲埋弧焊填充和蓋面焊對稱焊，箱型柱的內側在對應于外側鋼梁上下翼板位置設置內隔板，要求內隔板與箱體四面主板之間為全熔透焊接，箱型柱的工廠化制作，極大的縮短了施工周期。3、 適用范圍本工法適用于高層鋼結構建筑箱型柱的加工和制作，廣泛應用于大型廠房、場館、超高層等領域。4、 工藝原理根據(jù)承載力計算其截面尺寸確定所需鋼板厚度，零件下料加工，隔板進行組裝焊接，電渣焊接采用高電壓，低電流，慢送絲起弧燃燒，翼腹板焊縫焊接，最后進行端面銑平。

5、施工工藝流程及操作要點5.1施工工藝流程鋼板檢驗f審圖f零件下料、加工f隔板組裝f腹板組立、隔板焊接f上翼板組裝f電渣焊接及焊渣清理f翼腹板焊縫焊接f端面銑平f成品驗收f編號、填寫成品合格證。5.2操作要點根據(jù)本工程鋼結構特點，有以下幾種通用工藝，見表5.2-1、表5.2-2根據(jù)《鋼結構工程施工質量驗收規(guī)范》GB50205-2001相應標準進行驗收。表5.2-1工序圖例 工序工藝工序設備工序圖例 工序工藝工序設備1?零件下料、加工鋼板下料前進行矯平,防止鋼板不平影響切割質量和下料精度。規(guī)則零件采用直條切割機、非規(guī)則零件采用數(shù)控火焰切割機精切下料，坡口采用半自動切割機精切，下料后進行二次矯平。2.隔板組裝橫隔板、工藝隔板四周采用銑加工，確保外形尺寸,作為箱體組立的內胎。橫隔板組裝前在內隔板組立機上組立墊板。依翼板上的定位基準線組立隔板、工藝隔板。3?腹板組立、隔板焊接箱體腹板在BOX生產流水線上采用BOX組立機組立腹板。隔板先定位在下翼板3?腹板組立、隔板焊接箱體腹板在BOX生產流水線上采用BOX組立機組立腹板。隔板先定位在下翼板上，然后裝配兩側腹板，可使用臨時支撐進行固定，再對腹板與隔板、腹板與翼板之間的焊縫進行定位；組立完成后，采用CO?氣保焊對內隔板焊縫、縱向勁板與內隔板的焊縫進行焊接。4?上翼板組裝隱蔽焊縫驗收合格后進行上翼板組裝，箱體上翼板的組裝采用BOX組立機進行。在蓋板之前，首先必須劃出鉆電渣焊孔的中心線位置，打上樣。電渣焊接采用高電壓，低電流，慢送絲起弧燃燒。當焊縫焊至20mm以后，電壓逐漸降到38V，電流逐漸上升到520A。隨時觀察外表母材燒紅的程度，來均勻的控制熔池的大小。熔池既要保證焊透,又要不使母材燒穿；用電焊目鏡片觀察熔嘴在熔池中的位置，使其始終處在熔池中心部位。翼腹板焊縫焊接根據(jù)板厚按焊接工藝要求進行焊前預熱。箱體主焊縫焊接采用雙絲雙弧氣保焊打底，雙絲埋弧焊或三絲埋弧焊填充和蓋面焊對稱焊。7?端面銑平火焰切除電渣焊冒口，并用磨光機打磨平整。對箱型構件的進行變形校正，進行UT檢測和尺寸檢查合格后，對端面進行銑削加工，其端面垂直度在0.3mm以下，表面粗糙度Ra=12.5以下。典型復雜牛腿制作工藝表5.2-2牛腿的制作1、將拼裝合格的箱型鋼管就位于平臺，并且在鋼板上劃出各加勁肋的定位尺寸線。七mA2、將加工合格的各加勁肋及H型部分的翼緣和腹板吊入平臺上與下部鋼板進行裝配。合格后采用氣保焊定位焊焊接固定。3、將加工合格的箱型部分側板吊入平臺上與下部鋼板進行裝配。合格后采用氣保焊定位焊焊接固定。4、頂板組裝時，應使頂板上所劃出的各加勁肋定位線對準加勁肋。裝配合格后采用氣保焊對各加勁肋進行焊接，焊接時，應根據(jù)焊件板厚進行焊接前預熱。

A5、裝配和焊接封口板。1^^6、裝配和焊接箱型部分最w后一塊側板。4]7、焊接已拼裝合格的H型牛腿。8、節(jié)點拼裝焊接完成。6、材料與設備6.1、現(xiàn)場施工設備配置原則在施工準備階段，根據(jù)現(xiàn)場施工要求，編制組裝和吊裝施工機具設備需用量。對于自有設備應做好保養(yǎng)維修工作；對計劃租賃的設備必須作好調查和盡早落實租賃合同的簽訂工作，并布置安排設備進場計劃；對于總包提供的機械設備，編制使用計劃，做好溝通工作。6.2、主要設備計劃品種、規(guī)格、性能符合設計要求的鋼材原材料，符合要求的焊接材料和焊接保護氣體。直條切割機、數(shù)控火焰切割機、半自動切割機、內隔板組立機、BOX組立機、磨光機、電焊機、焊接檢測設備等。7、質量控制7.1、 質量控制總體思路7.1.1、 全面按照GB/T19000《質量管理與保證》規(guī)范管理，見表7.1.1-1表7.1.1-1序號按照GB/T19000《質量管理與保證》規(guī)范管理要求1按照GB/T19000《質量管理與保證》標準確定的本工程的質量方針和質量目標，及時編制質量計劃，確定質量檢驗項目和質量控制點。2建立以項目經理為主的質保體系，確保各要素處于受控狀態(tài)。3制定質量管理制度，獎罰分明，對不遵守操作規(guī)程、違反質量規(guī)定的行為要批評教育，對造成質量事故者給予處罰。4嚴格遵循現(xiàn)行的施工驗收規(guī)范和質量標準、施工圖紙及設計說明、設備廠商提供的安裝要領書等有關標準。5把好材料米購、檢驗（復檢）、試驗關，所有材料做到質保資料齊全，具有可追溯性。7.1.2、過程質量控制嚴格工序交接驗收管理，通過中間過程及關鍵工序的控制，預防為主，本工序不合格產品嚴禁流入下道工序，通過事前、事中及事后的三道控制，確保鋼結構制作、安裝的質量。見表7.1.2-1表7.1.2-1過程控制控制內容事前質量控制施工刖技術準備，圖紙會申，編制施工方案，采用新工乙、新技術，技術培訓，制訂工序質量控制文件等；抓好采購質量，做好材料檢驗，選擇合格的供方，保質保量做好驗收；使用前，核對標號、規(guī)格、型號。事中質量控制落實現(xiàn)場質量責任制，加強施工的紀律性，重要項目關鍵部位、重點部位、薄弱環(huán)節(jié)自檢、父接檢、專檢相結合。事后質量控制對已完好的構件及時進行自檢，定期組織互檢，交接或隱蔽前作好專檢（分項工程質量核定），并報上級質量部門和監(jiān)理進行審核。加強對成品構件的成品保護，及時填寫整理好有關資料，明確崗位責任，作好職業(yè)道德教育。堅持全員、全過程各職能部門共同為確保工程質量做好自己的本職工作。7.2、過程的質量檢驗與質量保證措施焊接質量在很大程度上決定了鋼構件的要求高低，為保證構件質量，加強對焊接質量的控制，采取以下質量控制措施：7.2.1、焊接前的檢查事項施焊前，每一接頭均須就下列項目逐項檢查：1、各焊接的接頭是否在正確位置；2、焊接墊板與原鋼板的間隙、引弧板的固定位置是否正確。全熔透焊縫的端部應設置引弧板、引出板，引弧板的材質應與焊件相同。手工焊引弧板厚度5mm,焊縫引出長度大于或等于25mm。自動焊接引弧板寬度50mm,焊縫引出長度大于或等于50mm；3、 坡口的角度是否符合要求；4、 預熱溫度；5、 焊接工藝指導書或工藝卡是否準備等。7.2.2、 焊接過程中質量控制焊接過程中質量控制主要通過檢查焊接方法、焊接順序、焊接參數(shù)等是否按焊接工藝指導書或工藝卡進行作業(yè)。7.2.3、 焊后檢驗1、外觀檢測：1）、所有焊縫100%的目視檢查，對外觀及外型尺寸進行檢查，焊縫應具有良好的外觀質量，角焊縫應符合二級焊縫的外觀要求；2）、焊縫表面不得有裂紋、焊瘤、表面氣孔、夾渣、電弧擦傷、咬邊、未焊滿等缺陷；3）、焊縫缺陷及焊縫余高等偏差的允許值見6.2.3節(jié)；4）、凸出的焊道按規(guī)定加工使之光滑、清除焊渣或鐵屑；5）、焊接完畢后，必須切除被焊工件上的引弧板，并沿受力方向修磨平整嚴禁用錘擊落。2、焊縫探傷檢測：1） 、對一級焊縫進行超聲波（UT）檢驗，確定是否存在裂縫、夾渣、氣孔、焊瘤、未填補的凹洞等缺陷；2） 、在設計要求焊縫等級為一級要求的焊縫,按每條焊縫長度100%進行超聲波探傷檢測；3） 、二級焊縫按同一類型、同一施焊條件焊縫數(shù)量的20%進行超聲波探傷檢測；4） 、無損檢測在外觀檢查合格后進行，所有UT檢測均在焊接完畢24小時后進行。5） 、對檢驗存在缺陷處的焊縫應及時進行返修，返修后再按同樣規(guī)定進行檢測直至合格，對于低合金鋼結構焊縫在同一處返修次數(shù)不得超過二次。8、安全措施8.1、 安全目標是實現(xiàn)“四無兩控制”。即無死亡事故；無重大火災、爆炸事故；無重大廠內外責任交通事故；無重大機械設備事故。8.2、 車間所有參與制作人員，在進入崗位前必須進行安全培訓，經過考試合格后，方可上崗。8.3、 恪守安全第一的準則。作業(yè)人員執(zhí)行《安全技術操作規(guī)程》和HSE《健康?安全?環(huán)境施工手冊》規(guī)定。8.4、 堅持定期和不定期的安全防火檢查制度，執(zhí)行公司《施工現(xiàn)場綜合考核方案》規(guī)定。8.5、根據(jù)施工企業(yè)易發(fā)生“四大傷害”的特點，重點抓好以下工作：8.5.1、 安全防護措施的落實；b做好個人防護，堅持“三?！崩茫籧?嚴肅工序交接管理，實施安全技術交底；d.危險性大和特殊場所作業(yè)，須進行危險度預測。8.5.2、 配電箱、開關箱內導線應絕緣良好、排列整齊、固定牢固，導線端頭應采用螺栓連接或壓接。8.5.3、 氧氣、乙炔、油漆等易燃、易爆物品設專人管理。8.5.4、 建立完善的施工安全保證體系，加強施工作業(yè)中的安全檢查，確保作業(yè)標準化、規(guī)范化。9、環(huán)保措施9.1、 建立綠色施工管理網絡，確保節(jié)能環(huán)保目標的實現(xiàn)，對原材料采購、工廠制作及成型構件運輸及運輸單位對現(xiàn)場產生的廢物清理等成立完善管理體系。并嚴格編制管理制度和明確落實各管理人員的職責分工。9.2、 鋼構件運輸時采用大型運輸車輛進行運輸，進城時一般都為晚上，在運輸過程中應控制運輸過程中發(fā)出的噪音，盡量減慢行駛速度、少按喇叭。現(xiàn)場鋼構件卸貨時采取輕取輕放，對于進入場內的運輸工具，要求發(fā)出的聲響符合噪音排放要求。9.3、 施工過程中通過污染監(jiān)控、通風、施工室內空氣質量計劃、材料選擇住戶舒適程度、日光照明和視野等，提供高品質的室內環(huán)境質量。9.4、 夜間施工時，照明燈采取遮光措施。限制光線溢出施工場地以外范圍，對周圍住戶造成影響;不施工時關閉現(xiàn)場的照明燈具，只保留通道照明、值班照明和生活區(qū)照明，避免光污染對周邊居民的正常休息。進行電焊作業(yè)時，采取遮擋措施，避免電弧光外泄。9.5、 施工現(xiàn)場的強噪音機械，施工作業(yè)盡量放在封閉的機械棚內或白天施工，房屋內設隔音板，使其與外界隔離，最大限度的降低其噪音,以致不影響工人與居民的休息時間。10、效益分析與鋼筋混凝土結構相比，首先是施工速度快，工期短，其次柱截面尺寸小于鋼筋混凝土柱截面，提高了面積利用率，比同樣戶型的鋼筋混凝土結構高出3-4個百分點，并大大減少勞動力和降低勞動強度。鋼結構的制作加工在專業(yè)廠房進行，大大降低了工地的施工噪音和施工污染，具有良好的環(huán)保效益。隨著房屋高度的增加，鋼結構住宅更能體現(xiàn)其優(yōu)越性關鍵是開發(fā)商應以減少施工工期、加快資金周轉、提高得房率及減少銀行貸款利息等綜合因素來衡量鋼結構，是具有較好的綜合效益的。11、應用實例昆明地鐵線網控制中心11.1、工程概況本工程地下室部分為鋼筋混凝土結構共地下三層，層高分別為3.9m、5.2m、6.7m，主塔樓為33層鋼框架-中心支撐結構主要柱網為12mX8.8m；裙樓為5層鋼框架結構，主要柱網為9.3X9.4m，頂層抽柱為大跨結構，最大跨度為36m。主塔樓部分采用樁筏基礎，裙樓及純地下室部分采用獨立樁承臺加防水板的基礎形式。塔樓鋼柱材料為Q345GJB和Q390C,截面B500x600x24x24、B500x700x26x26、B700x600x26x26、B700x700x30x30、B600x800x32x32、B600x800x32x32、B800x800x36x36、B800x900x40x40、B1100x700x46x46、B800x900x40x40、B1250x900x50x50、B900x900x70x70等。11.2、施工情況本工程在主體結構設計上采用鋼結構，以滿足房屋內部跨度大、凈距高、外部造型復雜的要求，鋼結構的構件基本上采用焊接箱型柱、焊接H型鋼梁及箱型梁為主要受力構件，鋼結構的連接方式以栓焊等強連接為主。本工程施工難點為鋼結構厚板箱型柱的加工制作與安裝，通過本厚板箱