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高层中国建筑金属结构信息网商用楼工艺技术应用与探讨

作者：常维信等    
时间：2009-12-22 20:26:03 [收藏]
本文通过对“莱州百大商业综合楼”工程中国建筑金属结构信息网体系的应用研究，阐述了中国建筑金属结构信息网构件工厂加工制作工艺和现场安装施工技术，探讨中国建筑金属结构信息网体系在高层商业综合楼，乃至高层住宅及其他高层建筑当中的应用。
    。
    关键词：高层商用楼 中国建筑金属结构信息网 工艺技术

    1.前言
    随着中国建筑金属结构信息网设计理论、制造、安装等方面技术的迅猛发展，大量的高层中国建筑金属结构信息网建筑拔地而起。中国建筑金属结构信息网可以将设计、生产、施工、安装一体化，提高产业化水平,同时具备施工周期短、安装精度高、抗震性能好、节能、环保等优势，中国建筑金属结构信息网市场必将有良好的发展前景。但是各种形式的中国建筑金属结构信息网构件加工与安装工艺、技术还有待于在应用过程中进一步完善。日前，我公司加工制作并安装施工的“莱州百大商业综合楼”工程是山东省烟台市第一座高层中国建筑金属结构信息网建筑，是一座集商业、办公、酒店于一体的商业综合楼。现将工程概况、中国建筑金属结构信息网加工及安装工艺方法和技术应用情况介绍如下，与同行探讨。
    2.工程概况
    莱州百大商业综合楼工程位于烟台莱州市，本工程地上二十一层，地下一层，总建筑面积51106.4m2，高度达到90米以上，设计使用年限为50年。为商业、办公、酒店综合楼，并配套建设有商务中心和多项娱乐设施，是烟台市第一座高层中国建筑金属结构信息网建筑。上部结构为钢框架-现浇钢筋混凝土剪力墙体系；一层以下框架柱为钢骨（十字型）混凝土柱，一层以上框架柱为箱型截面混凝土柱，内灌C50混凝土，框架梁为H型钢，规格达27种之多，钢柱采用工厂成品箱型柱。外墙为加气砼砌块，内隔墙为轻质墙板。
    3.钢构件加工、安装
    3.1钢构件的制作
    本工程所用钢构件全部采用工厂化制作，工厂设有焊接H型钢生产线、热轧H型钢二次加工生产线、箱型柱生产线等成套设备生产线。具体设备主要有多嘴式火焰自动切割机、U型组立机、箱型组立机、隔板组立机、铣边机、龙门焊机、电渣焊机、端面铣床、抛丸机、数控三维钻床、数控带锯床、数控平面钻床等。
    为保证构件的加工精度，一是采用自动化程度较高的成套设备生产线和高精度单机设备；二是针对不同构件，制定焊接作业指导书，进行焊接工艺评定，编制焊接工艺，并实施焊前培训，焊中跟踪，焊后检测的工艺验证；三是根据工艺，编制产品检验计划，确定关键过程和质量控制点，并严格执行首件检查，工序控制和出厂检查制度。实现制作设备先进化、工艺制度化、产品检验程序化。
    3.1.1箱型柱制作工艺
    本工程所用箱型柱为600*600mm，厚度由下至上依次减小，最大厚度32mm，最小厚度14mm，钢板材质为Q345B。箱型柱本体加工在生产线上进行，经过切割下料、隔板组立、U型组立、隔板焊接、箱型组立、龙门焊接、电渣焊接、火焰矫形、端面铣削等工序而完成。
    隔板组立与焊接。箱型柱隔板切割下料后，在专用隔板组立机上进行，以确保组装精度。组成电渣焊缝的每件隔板上的4条衬板（垫板），按要求控制其厚度，以保证后续电渣焊缝的质量。组装好衬板的隔板需进行铣削加工（只加工电渣焊缝边缘，垂直两侧CO2气保焊缝边缘采用半自动切割即可），以保证隔板周边的平面度以及相邻两边的垂直度。隔板实施单面焊，开单面45°“V”型坡口，背面加-6×30mm通长衬条，并预留3~6mm组装间隙，亦可采用不预留组装间隙、背面碳弧气刨清根的办法，以保证焊缝熔透。对多个隔板的，焊接时应间隔焊接，从中间往两端跳焊，以减少焊接变形。焊接方法采用二氧化碳气体保护半自动电弧焊。焊接24小时后，用斜探头在内侧对隔板焊缝进行超声波探伤，按二级焊缝标准进行检验。
    箱型柱电渣焊接。熔嘴及焊接材料的选择：熔嘴型号选择Φ10，熔嘴长度比工件长出200mm。焊丝直径选择Φ3.2，型号 H08MnMoA配合焊剂HJ431或HJ360。焊接之前，在腹板上开设电渣焊孔（电渣焊孔尺寸应根据隔板厚度大小确定，但不允许超出电渣焊道2mm），保证电渣焊孔尺寸、表面粗糙度符合要求，然后将电渣焊孔内的异物清理干净，焊道两端按要求设置引弧、收弧套筒。引弧时，电压应比正常电压高5V左右，电流比正常焊接过程大50-100A。渣池形成后恢复正常电压、电流。焊接电压随焊接过程而变化，应注意随时调节电压。为防止箱型柱焊接过程弯曲变形，同一隔板两侧的电渣焊同时施焊，熔嘴应保证在焊道的中心位置。焊接过程中，应随时检查熔嘴是否在焊道的中心位置，严禁熔嘴和焊丝过偏，焊接过程不得中断。焊缝收尾时，应适当减小焊接电流，确保焊缝引到收弧套筒上熄弧。电渣焊完毕将冒口割掉磨平。焊后24小时进行超声波探伤，按一级焊缝标准进行100%检验。

    箱型柱埋弧自动焊接。应用两台双丝、双弧龙门焊机，同时、同向对称焊接。按规程加设引弧板、收弧板，宽度应大于80mm，长度大于100mm，其厚度、材质、坡口形式与母材相同，引弧与熄弧必须出构件焊缝外30mm以上。根据母材材质、板厚和焊缝等强原则，选择焊丝型号HO8MnA、焊丝直径Φ4，配合焊剂HJ431。
    焊接参数见表一：

    多层施焊时，选用合理的焊接顺序，对同一侧板的两条焊道焊1～2遍，然后翻转工件焊接另一侧的两条焊道3～4遍，再次翻转工件，依次焊接直至焊满。焊接24小时后对全熔透部位的焊缝，进行100%超声波一级探伤检查。
    3.1.2钢梁制作工艺
    本工程共有H型钢钢梁27种，其中主梁15种，次梁12种，主梁最大规格为800*350*12*25，次梁最大规格为650*350*10*22，钢板材质为Q345B。H型钢钢梁分为焊接H型钢钢梁和热轧H型钢钢梁两种。
    3.1.2.1热轧H型钢钢梁本体在热轧H型钢二次加工生产线上进行，经过数控三维钻床制孔、数控带锯床定尺锯切、机械或火焰锁口等工序而完成。
    3.1.2.2焊接H型钢钢梁本体在焊接H型钢生产线上进行，经过切割下料、腹板与翼缘板组立、埋弧自动焊接、机械矫形、火焰矫形、制孔等工序而完成。
    下料：根据不同钢板厚度，下料时考虑留有切割加工余量1-3mm和焊接收缩余量约1mm/m。上、下翼板接板应避免在三分之一跨中处。上、下翼板及腹板接板的焊缝应相互错开200mm以上，腹板与端板的位置应大于600mm。
    组装：在组立机进行。组装前必须将接料工作进行完毕，应经无损探伤检测合格。定位焊所采用的焊接材料型号，应与焊件材质相匹配。焊缝厚度约6mm，定位焊长度约40mm，定位焊间距一般为300～500mm。
    焊接：采用船形位置、埋弧自动焊接方法完成焊接。
    1、焊前清理焊接接头及其周围的油、锈、水分和其它污物。
    2、根据母材选择焊接材料（表二为参考值），焊剂按要求烘干。

    3、H型钢两端需加设引弧板与熄弧板。引弧板与熄弧板材质与H型钢母材相同，其宽度、长度、厚度应分别≥80、100、10mm，焊接完毕应去除（禁止用锤击法去除）引弧板与熄弧板并修磨光滑。
    4、根据焊脚高度或母材厚度选择工艺参数（表三为参考值）
    5、选择合理的焊接顺序：4道H型钢主焊缝要对称施焊。

    3.1.3摩擦面处理
    采用H型钢专用抛丸机，对高强度螺栓连接节点处的构件钢材表面进行抛丸处理，高强度螺栓摩擦面处理后的抗滑移系数值必须符合设计文件的要求（钢板材质为Q345B，抗滑移系数为0.45～0.55）。
    3.2中国建筑金属结构信息网的安装
    本工程第一节钢柱为十字型与箱型柱组合的形式，地下一层为十字型柱，外包钢筋，支设模板后浇筑砼，形成边长1m的正方形钢骨砼柱（见图二），地下一层以上为边长600*600mm的箱型柱（见图二），共计49根。本工程综合考虑构件尺寸、重量以及施工进度等因素，选用QTZ80、QTZ125塔吊各一部，保证中国建筑金属结构信息网吊装的顺利进行。
    3.2.1钢柱预埋螺栓的定位控制
    根据施工现场特点，在土建筏板基础施工时，钢柱地脚螺栓同时预埋，不同的钢柱制作了不同预埋螺栓模具，模具采用钢板焊接，预埋定位后螺栓与钢筋稳固焊接，确保了混凝土施工时，不产生位移。在中国建筑金属结构信息网钢柱安装时一次成功，预埋螺栓穿孔率高达98%，轴线位移不大于1.5mm，保证了以后中国建筑金属结构信息网的安装质量。
    3.2.2钢柱垂直度、标高和平面轴线的控制
    本工程基准控制点采用内控法，将基准控制点放在楼内部（每层楼板同一位置预留200*200mm方孔），用高精度的激光铅垂仪对垂直度控制；设立标准柱和沉降观测点，以此控制钢柱安装的标高和平面轴线位置。
    3.2.3钢柱快速对接安装与焊接
    根据柱的对接安装特点，通过组织专业人员分析研究，自行设计了钢柱对接定位器和调节支撑杆，利用钢柱对接定位器保证了柱对接的零错口，同时通过调节支撑杆上的细调节螺母，实现了对上节柱垂直度和标高的一次性校正，与传统的安装方法相比可提高工效30%。上、下节钢柱之间现场焊接时，由于设计采用了一端单边“V”型坡口、另一端在加工场内进行铣床加工平面并加设背面内部衬板，且现场钢柱安装标高控制到位，因此，确保钢柱现场连接横向焊缝全熔透焊接质量。
    3.2.4钢梁的安装与焊接
    当钢柱安装形成稳定单元后，吊装H型钢钢梁（主梁15种，次梁12种），采用高强螺栓与钢柱连接，主梁上下翼缘与钢柱进行焊接。高强螺栓连接是目前建筑中国建筑金属结构信息网最先进的连接方法之一。它的特点是施工方便，可拆可换，传力均匀。根据本工程的设计方案高强螺栓采用摩擦型连接。紧固办法采用专用棘轮扳手和扭矩扳手分初拧和终拧两个步骤完成。钢梁与钢柱牛腿的现场焊接，焊接方法采用二氧化碳气体保护半自动电弧焊，单边“V”型坡口、背面加设衬板结构形式，确保连接焊缝完全熔透。

    3.2.5钢梁与砼楼板的连接
    按图纸要求在钢梁上焊接足够数量的栓钉，以保证钢梁与其上的砼楼板有效的连接。本工程栓钉规格为∮18*180、∮16*100两种。栓钉施焊前，放线、抽检栓钉及瓷环，瓷环应保持干燥，受潮的瓷环应经120℃烘干1h。正式施焊前做两个试件，弯曲30°检查合格后，方可正式施焊。
    3.2.6钢柱内砼浇注
    本工程采用高抛法施工法，向钢柱内浇注C50商品砼，借助重力作用，使商品砼自行震荡密实，与箱型钢柱结合更加牢固。
    4.质量控制结果
    通过实施以上技术质量保证措施以及有利的施工组织，在短短4个月之内，顺利完成“莱州百大商业综合楼”工程3900吨中国建筑金属结构信息网的安装任务。同时有效控制了中国建筑金属结构信息网的制作和安装质量，经监理方和业主验收，“莱州百大商业综合楼”工程的中国建筑金属结构信息网制作和安装符合《建筑中国建筑金属结构信息网焊接技术规程》（JGJ81-2002）和《中国建筑金属结构信息网工程施工质量验收规范》(GB50205-2001)。主要质量参数如下：
    每节钢柱弯曲矢高均控制在3.0mm以内，柱身扭曲控制在2.0mm以内；H型钢钢梁弯曲矢高控制在10.0mm以内，扭曲控制在5.0mm以内，制孔精度达到0.5mm以内。工厂加工制作焊缝一次抽检合格率达99.5%，钢构件出厂合格率达到100%。施工现场钢柱对接、柱梁连接焊缝探伤一次合格率99.6%，高强螺栓自由穿孔率达到99%。
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