塔樓框架箱形鋼結構制作質量控制

許昌鋼結構質量控制

1.前言

韶鋼一鋼清潔生產節能降耗改建工程塔樓下部框架位于主廠房FG跨1/7軸至12軸線之間。其中，1/7軸至12軸的鋼柱為框架柱，8軸至11軸間的鋼柱為箱形柱，箱形下柱的截面尺寸為口1600mmX1500mm，上柱截面尺寸為口120.mmx1100mm。箱形柱在18.69m標高處的連接采用箱形梁，箱形梁的截面尺寸為□3300mmX1700mm(見圖1)。其它框架柱間的連接采用框架梁，整個塔樓下部框架鋼結構主要由箱形柱(8榀)、箱形梁(4榀)、框架柱(4榀)、框架梁(2榀)及柱間支撐組成(見表1：塔樓下部框架箱形柱、梁制作工程量統計)，整個塔樓下部框架鋼結構總重量約為1100t。

2．箱形梁及箱形柱簡介

塔樓框架箱形柱、梁由底板、頂板、腹板、隔板、加筋板和翼板組焊而成。以長度11．00m箱形梁及29．15箱形柱為例(見圖2：箱形梁、柱剖面圖)。梁總長11.0m，高度 3.3m，總寬度1.7m，底板尺寸1099600mmX1700mmX34mm，頂板尺寸11000mm×1700mm×34mm，腹板尺寸1096000mmX3300mmX25mm，隔板間距為1.2m，板厚20mm，材質均為16Mnq，單條梁重39.5噸。柱總長29.150m，高度1.6m，總寬度1.5m，隔板間距為0.4～1.2m不等，板厚30~45mm不等，材質均為16Mnq，單條柱梁重81．5噸。

3．制作工藝流程

在鋼結構制作工程中，大型箱形鋼結構構件的制作工藝較為復雜。它既具有一般鋼結構構件制作的工藝特點，又具有它獨特的施工工藝?？紤]到箱形柱重量大，長度長。并結合箱形柱+24.290m以下部分C40素混凝土澆灌施工的需要。箱形柱EAI~1、EA2~1、EA3~2、EA4×2、EA5X1、EA6X1共8榀箱形柱采取在工廠內分3段制作、整體預拼裝、分段運輸的制作方案。大型箱形鋼結構構件的工藝流程和一般鋼結構制作工藝流程一樣，主要的工藝流程為：熟悉施工圖紙→提出備料預算→進料(材料必須有合格證)→材料復驗→號料→切割→矯正→機械加丁→零部件組對→焊接→矯正→成品組裝→焊接→矯正→修磨→交工(同時整理好必要的交工資料)。

4.質量控制的措施

4.1嚴格控制零部件的下料、切割

4.1.1箱形梁的起拱

理論上起拱為圓弧線，但實際制作時不易進行，也沒有必要，只需用折線代替弧線，每1m為一個起折點，對于一般箱形梁來說。折線與曲線對應點的誤差不超過1mm，能達到設計要求。

4.1.2嚴格控制零部件幾何尺寸

對大型箱形鋼結構構件來說，隔板、腹板是控制整個箱形幾何尺寸的主要部分。兩腹板對應位置的寬度、起拱值，隔板的長、寬和對角線差對箱形的成型起著決定性的作用，也對其雙向彎曲，整體起拱量的控制起著關鍵作用。因而在下料和切割工序中要確保尺寸的準確，并留足加工余量。以1：1放樣后必須復核，確認無誤后方可切割加工。在放樣下料時，發現超標缺陷采用補焊及砂輪機修磨方法處理。為防止因溫度不均引起旁彎，采用雙頭、多臺自動切割或切割時每隔一段距離預留約20mm不割，冷卻后手工切割預留點。切割后板料的外形尺寸及質量應符合設計及規范的規定，對不合格者采用火焰局部加熱或機械矯正法進行處理，保證滿足設計要求。

4.1.3合理設置焊接收縮量

由于焊接會使鋼材收縮，下料時應根據大型箱形鋼結構構件的幾何尺寸和焊接量，在構件長、寬方向增加焊接收縮量，對箱形粱來說，長度方向每1.5m加1mm；寬度方向每一條縱焊縫(角焊縫和對接焊縫)增加0.5mm。

4.2矯正構件

4.2.1部件矯正

零件經組裝焊接，形成部件，焊接后存在不同程度的變形，變形系焊接應力所致，故矯正時主要是對其進行應力釋放?？捎脵C械滾壓及火焰加熱方法矯正，可用乙炔烤槍沿蓋板與腹板焊接區在蓋板外表面進行火焰加熱，加熱要均勻，可反復進行，直至蓋板平整。對蓋板與腹板角度大于90°的一側進行火焰矯正，方法是在大于90°這一側沿焊角根部靠近腹板處用火焰均勻加熱，可反復進行直至角度樣板檢查合格為止。加熱區箱形梁中有人孔的隔板在焊后易發生扭曲，主要是焊接應力所致，矯正方法是，沿焊縫火焰加熱，逐步釋放應力。零部件矯正合格后即可進行下道工序。

4．3嚴格零部件的組裝配工序

將箱形結構底板平鋪于平臺上，鋪平并用鋼卡扣固定在地梁上。然后，確定各零部件定位尺寸線。先將構件的中心線在底板上劃出，然后以中心線向外分別標出腹板、隔板定位尺寸線，隔板之間加1mm～1.5mm的焊接收縮余量。工序檢查合格后，開始組裝隔板。組裝時，要確保隔板與腹板頂緊。隔板組裝定位后，應檢查，正確無誤后，開始裝配另外一側的腹板。裝配前，在腹板上劃出中心線及各隔板的定位線，再將腹板吊裝就位到底板上的腹板定位線處(注意要多設幾個吊裝點，以免腹板發生局部硬彎)。將底板與腹板中心線對齊后開始定位，要注意定位的順序，必須從構件中心向兩長度方向同步定位腹板和隔板。組裝頂板時，先在頂板上劃出中心線及腹板位置線，然后組裝就位，待整個箱形梁組裝成型后，檢查箱形斷面尺寸及構件的長、寬、各面對角線，其中對角線差值不大于4mm。各幾何尺寸合格后，在焊接前，要對構件進行整體加固。

首先將箱體內板單元和加強T型鋼組對，然后將組焊好后的T型鋼組對到板單元上，焊接完畢后并矯正板單元。箱形結構的組對順序(見圖3：箱形結構組裝順序圖)：T型鋼①→箱體底板②→箱體翼板③→橫向加勁隔板④→箱體翼板⑤→箱體頂板⑥→T型鋼縱向加勁板。

箱體翼板與隔板組對時，每隔1m復核1次對角線尺寸，確保組對產生的誤差在允許范圍之內；T型鋼組裝前將T型鋼翼緣板的定位中心線和裝配邊線劃好。打上樣沖眼，在組裝架上進行組裝。組裝時采用手工電弧點焊定位，定位焊縫高度2~3mm，點焊長度50mm左右，間距200~300mm為宜。

4.4控制焊接變形

4.4.1焊接順序

設計合理的箱形結構焊接順序 (見圖4：箱形結構焊接順序示意圖)，有利于控制箱形結構的焊接變形。

4.4.2焊接技術控制

箱體四條主焊縫的焊接嚴格按焊接規范及焊接技術規程的要求施焊，焊接采用二氧化碳氣體保護焊打底，埋弧自動焊填充蓋面。背面清根后采用CO2氣體保護焊焊接，在焊縫的兩端設置引弧和引出板，其材質和坡口形式和焊件相同。埋弧焊的引弧和引出焊縫應大于50mm。焊接完畢后用氣割切除引弧和引出板，并打磨平整，不得用錘擊落。為減少焊接變形，箱體的四條主焊縫焊接順序始終保持一致。

橫向加勁(橫隔板)與板單元 (翼緣板、腹板)，縱向加勁 (T型加勁)與橫向加勁 (橫隔板)的連接采用CO2氣體保護焊接與手工電弧進行焊接，采取四人同時在四個方向施焊，減少焊接過程中受熱不均產生的變形。

針對板單元所產生的焊接變形主要為收縮變形和角變形的問題，收縮變形采用預留焊接收縮余量的方法進行解決，長度方向按5/10000進行預留(預拼裝時長出部分采用半自動切割機割除)，寬度方向每個接口預留1mm。

5結束語

總之，大型箱形鋼結構構件的制作盡管工藝復雜，但有章可循。主要控制關鍵零部件的幾何尺寸，如隔板、腹板等，其次是組裝配順序和焊接矯正順序。在箱形結構制作過程中遵循正確的施工工藝，對箱形結構的制作質量起到決定性作用。