【導讀】xx.**金融中心共有五座建筑組成，其中A座金融大廈結(jié)構(gòu)為鋼框架－核心筒剪力墻結(jié)構(gòu)，其它B、C、D、E座無典型鋼結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)，同時，工程鋼結(jié)構(gòu)施工主要分為工廠加工和現(xiàn)場拼裝或安裝兩大階段，按照本施工組織設計方案安排，分別由相應章節(jié)編寫，本節(jié)鋼結(jié)構(gòu)加工制作內(nèi)容針對A座金融中心鋼結(jié)構(gòu)工廠加工制作而編制。項目總體計劃協(xié)調(diào)；原材料采購計劃、資金需求計劃、加工制作計劃、發(fā)貨計劃等編制；發(fā)貨等；現(xiàn)場安裝協(xié)調(diào)等。A座金融大廈外圍立面主要由16根組合鋼柱鋼框架，內(nèi)部豎向核心筒22根H型鋼柱，橫向由五組以H型鋼截面為主的腰桁架和各層樓層梁組成，在東西兩面腰桁架間以巨型斜支撐構(gòu)成穩(wěn)定的鋼結(jié)構(gòu)體系。本工程主要的制作構(gòu)件類別為矩型鋼管柱、H型鋼柱、H型鋼梁、箱型鋼柱、腰桁架和斜支撐等，具體形式如下：

　　

【正文】 定位焊；對接；角接埋弧焊Q34Q345GJH10Mn2SJ101對接；角接電渣焊Q34Q345GJ角接2） 材料的烘焙和儲存 焊接材料在使用前應按照材料說明規(guī)定的溫度和時間進行烘焙和儲存，若材料說明不詳，則按照下表要求執(zhí)行：材料名稱焊條藥皮或焊劑類型使用前烘焙條件使用前存放條件焊條：E5015低氫型330℃~370℃：1小時120℃焊劑：SJ101燒結(jié)型300℃~350℃：1小時150℃ 厚板焊接工藝技術(shù)本工程所有的材料大部分為Q345和Q345GJ，厚度最厚達100mm，很大一部分在450、60、70不等，而且節(jié)點復雜。焊接中主要難點是焊接裂紋問題，其次為層狀撕裂等問題。. 焊接變形的控制1） 角變形控制在焊接過程中，厚板對接焊后的變形主要是角變形。實踐中為控制變形，往往先焊正面的一部分焊道，翻轉(zhuǎn)工件，碳刨清根后焊反面的焊道，再翻轉(zhuǎn)工件，這樣如此往復，一般來說，每次翻身焊接三至五道后即可翻身，直至焊滿正面的各道焊縫。同時在施焊時要隨時進行觀察其角變形情況，注意隨時準備翻身焊接，以盡可能的減少焊接變形及焊縫內(nèi)應力。另外，設置胎夾具，對構(gòu)件進行約束來控制變形，此類方法一般適用于異形厚板結(jié)構(gòu)，由于厚板異形結(jié)構(gòu)造型奇特、斷面、截面尺寸各異，在自由狀態(tài)下，尺寸精度難以保證，這就需要根據(jù)構(gòu)件的形狀，制作胎模夾具，將構(gòu)件處于固定的狀態(tài)下進行裝配、定位，焊接，進而來控制焊接變形。2） 采取合理的焊接順序 選擇與控制合理的焊接順序，即是防止焊接應力的有效措施，亦是防止焊接變形的最有效的方法之一。根據(jù)不同的焊接方法，制定不同的焊接順序，埋弧焊一般采用逆向法、退步法；CO2氣體保護焊及手工焊采用對稱法、分散均勻法；編制合理的焊接順序的方針是“分散、對稱、均勻、減小拘束度”。3） 采用補償加熱法補償加熱法實則亦是求得焊縫焊接時熱量“對稱、均勻”的輔助手段。當厚板結(jié)構(gòu)整體焊接存在不對稱時，極易造成構(gòu)件扭曲、旁彎等變形，且難以進行矯正，采用補償加熱法對結(jié)構(gòu)的整體焊接效果頗佳。. 焊接裂紋及防止措施1） 焊縫裂紋的形成焊接裂紋是焊接構(gòu)件施工過程中最為嚴重的缺陷，輕則返修，重則構(gòu)件報廢。焊接裂紋有焊縫或熔合線或熱影響區(qū)裂紋，有表面或內(nèi)部貫穿裂紋，有弧坑或焊址或焊縫根部裂紋，有層狀撕裂等。以焊縫冷卻結(jié)晶時出現(xiàn)的時間階段分，有熱裂紋和冷裂紋或延遲裂紋。A. 熱裂紋的成因影響熱裂紋形成的因素有：焊縫在冷卻結(jié)晶過程中，由于快速冷卻凝固收縮，晶粒截面間的液態(tài)金屬補充不足，致使液態(tài)薄層開裂；母材熱影響區(qū)和多層焊的根部焊縫易產(chǎn)生低熔點共晶物的熔解（即硫酸偏析），產(chǎn)生裂紋。B. 冷裂紋的成因影響冷裂紋形成的因素有：焊接接頭中金相組織的硬度、脆性較高；焊接接頭中焊縫擴散氫的含量較高；焊接接頭的拘束應力較大。2） 焊接裂紋的防止措施A. 控制焊材的化學成分由于鋼材化學成分已經(jīng)選定，因此焊材選配時應選硫、磷含量低、錳含量高的焊材。使焊縫金屬中的硫磷偏析減少，改善部分晶體形狀，提高抗熱裂性能。B. 控制焊接工藝參數(shù)、條件控制焊接電流與速度，～，減少在焊縫中心形成硫磷偏析，提高抗裂性能。避免采用小角度、窄間隙的焊縫坡口，致使焊縫成形系數(shù)過小。加強焊前預熱，降低焊縫在冷卻結(jié)晶過程中的冷卻速度。采用合理的焊接順序，使大多數(shù)焊縫在較小的拘束度下焊接，減少焊縫收縮拉力。C. 提高根部焊縫質(zhì)量焊縫根部焊接是厚板焊接的起始點；是保證焊縫質(zhì)量的根基；亦是產(chǎn)生裂紋的敏感區(qū)，因此焊縫根部的焊接措施必須慎之又慎。加強焊縫坡口的清潔工作，清除一切有害物質(zhì)；加強焊前預熱溫度的控制；焊前對坡口根部進行烘烤，去除一切水分、潮氣，降低焊縫中氫含量。使用小直徑手工焊條打底，確保根部焊透；控制焊層厚度，適當提高焊道成形系數(shù)；控制焊接速度，適當增加焊接熱輸入量?？刂迫酆媳龋涸诖_保焊透的前提下，控制母材熔化金屬在焊縫金屬中的比例，減少母材中有害物質(zhì)對焊縫性能的影響。根部焊材可選用低配：根據(jù)根部焊縫的施焊條件與要求，在保證焊縫力學性能的條件下，根部焊縫的焊材可選用韌性好，強度稍低的焊材施焊，以增加其抗裂性。嚴格控制線能量：根據(jù)本工程所用鋼材特性，焊接線能量宜控制在2400～3000大卡以內(nèi)，據(jù)此通過焊接電流，電壓，速度三大參數(shù)的選配，保證焊層的厚度與焊料道的成形系數(shù)。D. 控制焊縫金屬在800℃500℃之間冷卻速度（t8/5值）厚板焊接存在的一個重要問題是焊接過程中，焊縫熱影響區(qū)由于冷卻速度較快，在結(jié)晶過程中最容易形成粗晶粒馬氏體組織，從而使焊接時鋼材變脆，產(chǎn)生冷裂紋的傾向增大。因此在厚板焊接過程中，一定要嚴格控制t8/5。即控制焊縫熱影響區(qū)尤其是焊縫熔合線處，從800℃冷卻到500℃的時間，即t8/5值。t8/5過于短暫時，焊縫熔合線處硬度過高，易出現(xiàn)淬硬裂紋；t8/5過長，則熔合線處的臨界轉(zhuǎn)變溫度會升高，降低沖擊韌性值，對低合金鋼，材質(zhì)的組織發(fā)生變化。出現(xiàn)這兩種情況，皆直接影向焊接結(jié)頭的質(zhì)量。對于手工電弧焊，焊接速度的控制：在工藝上規(guī)定不同直徑的焊條所焊接的長度，規(guī)定焊工按此執(zhí)行，從而確保焊接速度，其它控制采用電焊機控制，從而達到控制焊接線能量的輸入，達到控制厚板焊接質(zhì)量之目的。當鋼材、焊材選定，即碳當量CE已確定前提下，唯有控制t8/5速度方可降低焊縫中冷脆組織的出現(xiàn)。控制方法有焊前預熱、適當增大焊接熱輸入、焊后后熱和緩冷，都達到增大t8/5降低冷裂紋敏感性的效果。E. 焊后消氫處理：焊后對焊縫進行消氫（H）處理，降低焊縫中H的含量，將對減少冷裂紋的發(fā)生起到很大的作用。焊后消氫處理應在焊縫完成后立即進行。消氫處理的加熱溫度應達到200～250℃，～，且不小于1h，而后緩冷至常溫。具體溫度與保溫時間應通過試驗給予確定。F. 提高焊縫清根要求：對采用雙面坡口的全熔透焊縫，一面焊后，另一面清根結(jié)束必須達到下列要求：坡口內(nèi)表面應光順、無凸變，根部應圓滑，R≥6mm；坡口內(nèi)表面應打磨，清除碳弧氣泡時遺留下的全部碳（C）分子。. 防止厚板層狀撕裂的工藝措施1） 原材料Z向性能的要求根據(jù)層狀撕裂經(jīng)驗公式計算層狀撕裂危險性指數(shù)，若層狀撕裂危險性指數(shù)計算結(jié)果介于10～20者，采用+Z15鋼板，介于20～30者，采用+Z25鋼板，若有更大風險，甚至考慮采用+Z35鋼板。2） 焊接坡口減小，墊板間隙加大在本程中，所選用的鋼板材料大部分為Q34Q345GJ，板材厚度高達100mm，如果按照常規(guī)焊接工藝方法進行制作， 坡口面寬，必然導致整體熱輸入量巨大，焊縫表面裂紋的傾向性增加，增大了層狀撕裂危險性3） 焊材的選擇（要保證—30℃以下的沖擊韌性）焊接材料的選擇受許多因素的影響，概括起來主要有三個方面的因素，即焊接性、工藝性和經(jīng)濟性。4） 焊接工藝參數(shù)確定A. 預熱溫度確定預熱的目的是減小焊縫冷卻速度，防止鋼材在焊接時產(chǎn)生冷裂紋。預熱溫度并非越高越好，不適當?shù)靥岣哳A熱溫度會降低焊縫的強度，同時還會增大熔合比，對焊縫產(chǎn)生不良影響。應該首先確定最低預熱溫度，實際的預熱溫度只要不低于最低預熱溫度即可。B. 后熱溫度確定后熱的目的是減少擴散氫，防止延遲開裂，即：在冷裂紋尚在潛伏期未起裂前實施的焊后加熱。后熱一方面可以減少擴散氫，另一方面也可以減少殘余應力和改善接頭組織2. 消殘工藝本工程構(gòu)件，尤其是外框矩形柱節(jié)點，厚板全熔透焊接且焊縫較密集，焊接殘余應力大，構(gòu)件內(nèi)部殘余應力得不到有效的消減，將給工程帶來較大的潛在危險，因此殘余應力的消減至關重要；針對本工程構(gòu)件的特點，結(jié)合我司在國家體育場、廣州珠江新城西塔以及其他工程的技術(shù)研究和實際消殘工作，針對本工程節(jié)點制定如下方案。主要消殘對象消減方案消減場地外框矩形柱節(jié)點應用超聲沖擊、VSR、沖砂進行消減工廠應用超聲沖擊消減現(xiàn)場拼裝場地外框斜撐應用VSR、沖砂進行消減工廠伸臂桁架應用超聲沖擊、VSR、沖砂進行消減工廠腰桁架應用超聲沖擊、VSR、沖砂進行消減工廠下面將對在本工程中使用的幾種消殘方法進行進行介紹： 振動時效（VSR）消殘法. 振動工藝設備及應用實例VSR 時效振動工藝設備：主要由激振器，電腦控制器，傳感器和打印輸出等幾部分組成。設備是將帶有偏心輪的激振器牢固地夾持在被振工件上，激振器電動機帶動偏心輪轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生沿垂直方向的周期激振力，使被振工件在其固有頻率下振動20至30分鐘，電腦控制器可使系統(tǒng)進入智能工作程序，即自動掃頻，自動選擇工藝參數(shù)，自動時效處理，結(jié)束后打印工藝參數(shù)和繪制工藝曲線。設備圖片和使用工況見下圖：應用實例：下面是我們公司在國家體育館和廣州西塔工程中對構(gòu)件進行振動時效處理的圖片。 國家體育館雙扭箱型構(gòu)件VSR實驗 西塔X型節(jié)點VSR消殘. 振動時效的效果及優(yōu)缺點通過實驗證明時效振動處理后，降低和均化了工件內(nèi)部的殘余應力，提高了尺寸的穩(wěn)定精度。優(yōu)點：降低工件內(nèi)殘余應力（峰值）30%80%，與傳統(tǒng)的熱時效（TSR）相當，工件無氧化脫碳現(xiàn)象，無需清理氧化皮，減少了輔助工時。與TSR相比提高了工件抗載荷變形能力，VSR工藝的應用使工件抗靜載變形能力提高30%以上，抗動載變形能力提高13倍多。VSR是目前超大型結(jié)構(gòu)件和多種材料組合的結(jié)構(gòu)件唯一時效方法，還適用于二次時效（一般在半精加工后），是唯一不受場地、環(huán)境、工序和工件形狀限制的處理方法。運行費用低，VSR時效振動工藝的耗能僅為TSR熱時效的12%，／噸，可有效降低工程施工成本。缺點：對殘余應力的消減更多意義上是“削峰平谷”，對內(nèi)部的平均殘余應力并沒有過多消減。 超聲波沖擊振動法. 超聲波沖擊時效工藝特點超聲沖擊原理超聲沖擊消應力技術(shù)由烏克蘭巴頓焊接研究所提出，近年引入我國，已在北京電視臺鋼結(jié)構(gòu)立柱上進行過試驗。超聲沖擊消應力工藝的特點：（1）超聲沖擊對一定深度的表層有消應力的效果，在采用對焊道全覆蓋沖擊時，被沖擊的表面會形成壓應力，對2～4mm深度層消應力效果可達34～55％。（2）采用焊趾沖擊法，可以快速修復焊趾的缺陷，降低應力集中。并伴隨其壓應力區(qū)的作用可以在一定程度上降低焊趾邊未受沖擊焊縫的殘余應力，下降率達19％，對提高接頭的疲勞壽命有明顯作用。（3）僅可以用于沖擊工具可達的外表面，其工作效率約為1200mm/min。. 超聲波時效設備及應用實例沖擊工藝是以點接觸、壓應力屈服為主要特征的“面效應”型消應力工藝，伴隨一定的振動時效效果，比較適合高拘束狀態(tài)短焊縫的局部處理。如局部的焊接修復、大構(gòu)件的組配焊接以及在厚壁結(jié)構(gòu)上焊小構(gòu)件，其焊縫處承受較大的拘束應力，且焊后易產(chǎn)生延遲冷裂紋等情況?？勺鳛槠渌麘に嚨难a充工藝。目前，我司已成功將此項技術(shù)應用于國家體育場、廣東省博物館新館鋼結(jié)構(gòu)工程現(xiàn)場構(gòu)件焊接殘余應力的消除，并取得顯著效果。超聲波沖擊設備 廣州博物館進行超聲波沖擊 沖砂除銹法消除應力 沖砂除銹時，噴出的鐵砂束高達2500MP/cm2，用鐵砂束對構(gòu)件焊縫及其熱影響區(qū)反復、均勻的沖擊，除了達到除銹效果外，對構(gòu)件的應力消除亦將會起到良好的效果。3. 預拼裝工藝 預拼裝內(nèi)容及拼裝流程拼裝內(nèi)容：序號預拼裝構(gòu)件預拼裝內(nèi)容、檢驗項目預拼裝方式預拼裝比例1腰桁架矩形組合柱、腰桁架、牛腿空間位置、對接襯板、錯邊量、標識、吊耳等地面平臺拼裝100%2酒店頂拱坡口間隙、錯邊量、弧度量、標識、吊耳、連接板等地面平臺拼裝100%制定的預拼裝流程：. 工廠預拼裝場地準備鋼結(jié)構(gòu)預拼裝選用40m70m的露天場地，分為預拼裝場地和構(gòu)件堆場。構(gòu)件在堆場上按拼裝順序依次排放，避免吊裝時起重機轉(zhuǎn)向和二次倒運，影響效率和損壞構(gòu)件。預拼裝場地示意預拼裝場地采用混凝土地面，并埋有按一定間距布置的預埋件，用于固定拼裝胎架；構(gòu)件堆場采用碎石面層，壓實平整，并鋪設墊木。. 鋼結(jié)構(gòu)預拼裝胎架準備工廠預拼裝胎架由H300200812焊接H型鋼制成，在支承處設置調(diào)節(jié)機構(gòu)，以保證構(gòu)件在預拼時的精度。胎架底座與預拼裝場地預埋件連接，使整個胎架形成一個剛性體。預拼裝胎架及調(diào)節(jié)機構(gòu)示意如下：預拼裝胎架示意 工廠預拼裝工藝流程以腰桁架的拼裝為例闡述拼裝工藝流程如下：流程圖例說明流程一胎架布置流程二第一節(jié)矩形組合柱拼裝流程三第二節(jié)矩形組合柱拼裝流程四第三節(jié)矩形組合柱拼裝流程五依次拼裝完拼裝批次包含的所有組合柱流程六從中間開始拼裝腰桁架的下弦流程七拼裝腰桁架上弦及節(jié)點流程八拼裝腰桁架腹桿流程九向兩邊拼裝腰桁架流程十向兩邊拼裝腰桁架流程十一本拼裝批次完成 工廠預拼裝控制項目及檢驗標準根據(jù)本工程的特點及以上的預拼裝方案，工廠預拼裝控制項目及允許偏差列于下表：鋼構(gòu)件預拼裝的允許偏差（mm） 構(gòu)件類型項目允許偏差檢查方法多節(jié)柱預拼裝單元總長177。用鋼尺檢查預拼裝單元彎曲矢高L/用拉線和鋼尺檢查接口錯邊用焊縫量規(guī)檢查預拼裝單元柱身扭曲h/用拉線、吊線和鋼尺檢查坡口間隙+構(gòu)件平面總體預拼裝各層樓柱距177。用鋼尺檢查相鄰樓層梁與梁之間距離177。各層樓框架兩對角線之差H/任意兩對角線之差∑H/4. 涂裝工藝 涂裝工具KQ3256C無氣噴漆機設備簡介：型號：KQ3256C無氣噴漆機制造廠商：重慶長江涂裝機械廠功 能：主要適用于構(gòu)件的表面噴漆。技術(shù)指標：壓力比：32：1空載穩(wěn)態(tài)工作排量：56 L/min空氣消耗量：50~1200 L/min高壓無氣噴漆室設備簡介：高壓無氣噴漆室噴漆室內(nèi)配2臺德國瓦格納爾高壓無氣噴漆機技術(shù)指標：壓力比: 3