超高層鋼板墻焊接工法

關(guān)于超高層鋼板墻焊接工法本工法：科技查新報(bào)告編號(hào)JS2011-95。檢索結(jié)論

：除本項(xiàng)目外，國(guó)內(nèi)外未見(jiàn)超高層純鋼板剪力墻結(jié)構(gòu)采用全焊接連接，超長(zhǎng)豎向焊縫采用分段倒退焊接，橫向焊縫采用從中心向兩邊對(duì)稱(chēng)同時(shí)焊接方法的文獻(xiàn)報(bào)道?？萍汲晒b定證書(shū)編號(hào)“中建科建字（2011）第46號(hào)”。鑒定結(jié)論：純鋼板剪力墻施工技術(shù)達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平。第2頁(yè),共29頁(yè)，2024年2月25日，星期天1、前言隨著國(guó)內(nèi)外超高層建筑的興起，越來(lái)越多鋼板剪力墻體系結(jié)構(gòu)被應(yīng)用，鋼板墻與主體框架連接的節(jié)點(diǎn)分為3種，分別為栓焊連接、全栓接、全焊接。鋼板墻豎向焊接典型節(jié)點(diǎn)鋼板墻與鋼梁水平焊接典型節(jié)點(diǎn)第3頁(yè),共29頁(yè)，2024年2月25日，星期天2、工法特點(diǎn)節(jié)省工期。此工法克服了因精工精度、安裝精度、結(jié)構(gòu)沉降變形等影響螺栓安裝的諸多負(fù)面因素，為結(jié)構(gòu)安裝進(jìn)度爭(zhēng)取時(shí)間。節(jié)約成本。焊接節(jié)點(diǎn)綜合成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于高強(qiáng)螺栓節(jié)點(diǎn)綜合成本。工藝成熟可靠。采用工藝成熟，應(yīng)用廣泛二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊，通過(guò)分段跳躍焊接、對(duì)稱(chēng)焊接等恰當(dāng)?shù)墓に嚳刂拼胧?，控制焊接?yīng)力應(yīng)變，連接節(jié)點(diǎn)可靠性高于高強(qiáng)螺栓連接連接節(jié)點(diǎn)的。第4頁(yè),共29頁(yè)，2024年2月25日，星期天3、適用范圍本工法適用于采用全焊接的鋼板剪力墻結(jié)構(gòu)體系。同時(shí)，對(duì)于超長(zhǎng)焊縫、焊接拘束度大的焊縫焊接，可以參照此工法。第5頁(yè),共29頁(yè)，2024年2月25日，星期天4、工藝原理按自中心向四周、平面中心對(duì)稱(chēng)、間隔跳躍的原則，確定每層各塊鋼板墻焊接的平面順序。焊前擬定兩組焊接順序，分組進(jìn)行焊接應(yīng)力監(jiān)測(cè)試驗(yàn)。通過(guò)焊接應(yīng)力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，將焊接后應(yīng)力較小的一組焊接順序確定為單塊鋼板墻的焊接順序。超長(zhǎng)焊縫采用分段倒退焊接的原理，分段倒退的焊接方法是將焊縫自上而下分成若干個(gè)600mm分段，每600mm的立焊縫范圍內(nèi)自下向上焊接，每600mm的焊縫焊至1/3焊縫高度之后再向下在下一位置焊接，依次順序直到焊接完成。對(duì)橫焊縫采用從中心向兩邊對(duì)稱(chēng)同時(shí)的焊接方法，焊接順序與立焊縫相同。第6頁(yè),共29頁(yè)，2024年2月25日，星期天5、施工工藝流程及操作要點(diǎn)5.1施工工藝流程外觀檢查監(jiān)測(cè)試驗(yàn)焊接前提焊接準(zhǔn)備現(xiàn)場(chǎng)焊接焊后檢測(cè)結(jié)構(gòu)荷載達(dá)到設(shè)計(jì)要求確定焊接工藝對(duì)焊縫坡口進(jìn)行打磨、除銹檢查坡口尺寸、填寫(xiě)焊前坡口檢查記錄檢查焊接設(shè)備及焊劑防風(fēng)照明設(shè)施準(zhǔn)備檢查鋼夾板及臨時(shí)螺栓緊固狀態(tài)對(duì)坡口附近原材進(jìn)行超聲波檢測(cè)焊前預(yù)熱溫度檢查水平焊縫焊接豎向焊縫焊接焊后后熱、保溫?zé)o損檢測(cè)多人同時(shí)分段倒退焊接24小時(shí)超聲波探傷磁粉探傷48小時(shí)后隨機(jī)超聲波探傷第7頁(yè),共29頁(yè)，2024年2月25日，星期天5.2施工操作要點(diǎn)5.2.1確定焊接順序（1）整體焊接順序縱向：為達(dá)到焊接后各樓層的應(yīng)力分布均勻，采取自下而上逐樓層焊接的縱向總體焊接順序。即每一層全部焊縫焊接完成后，開(kāi)始下一樓層焊接；第8頁(yè),共29頁(yè)，2024年2月25日，星期天單層水平順序：以中心鋼柱為基點(diǎn)，自?xún)?nèi)向外，按對(duì)稱(chēng)原則進(jìn)行跳躍焊接。如圖示①→⑤順序。圖1鋼板墻整體焊接順序第9頁(yè),共29頁(yè)，2024年2月25日，星期天單片鋼板墻焊接順序（1）先橫焊，后立焊依照“先焊收縮量大的焊縫”的原則及監(jiān)測(cè)試驗(yàn)結(jié)果，單片鋼板墻采取“先橫焊，后立焊”的焊接順序，即先焊底部坡口橫焊縫，后焊兩側(cè)貼腳立焊縫。說(shuō)明：按①→②→③順序焊接。第10頁(yè),共29頁(yè)，2024年2月25日，星期天（2）分段倒退焊接：鋼板墻焊縫通常為超長(zhǎng)焊縫，根據(jù)焊工實(shí)際工作強(qiáng)度，按600mm長(zhǎng)進(jìn)行分段倒退焊接。分段倒退焊接是將長(zhǎng)焊縫分為若干段，各段依照與焊接方向相反的順序逐段焊接的焊接方法（見(jiàn)下圖）。每條焊縫安排三人（或多人）同時(shí)焊接，根據(jù)鋼板墻焊縫長(zhǎng)度，每人焊接可分2~3段。每焊完一層后輪換至下一段。分段倒退順序應(yīng)與焊接方向反向。水平橫焊分段焊接順序（①→②→③）示意如下說(shuō)明：橫（平）焊縫焊接操作方向?yàn)閺淖蟮接遥鞫魏缚p焊接順序則為從右到左排序。第11頁(yè),共29頁(yè)，2024年2月25日，星期天連接夾板立向焊縫焊接順序（①→②→③），自上而下分段倒退焊接。以標(biāo)準(zhǔn)層為例，立焊可安排兩人同時(shí)焊，每人焊接三段，每焊完一層輪換至下一段。示意如下說(shuō)明：立焊縫焊接操作方向?yàn)樽韵露希鞫魏缚p焊接順序則為自上而下排序。第12頁(yè),共29頁(yè)，2024年2月25日，星期天層間溫度控制鋼板墻要在地震時(shí)發(fā)揮作用，需盡可能減小焊接殘余應(yīng)力，以滿(mǎn)足鋼板墻荷載狀態(tài)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)監(jiān)測(cè)及有限元模擬分析結(jié)果比對(duì)，焊接層（道）間溫度應(yīng)控制在120℃以?xún)?nèi)。經(jīng)反復(fù)論證后的焊接工藝，實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與有限元模型數(shù)據(jù)極為接近，合理的焊接順序及層間溫度控制措施，焊接應(yīng)力場(chǎng)分布均勻，平均焊接應(yīng)力小于100Mpa。避免了應(yīng)力集中誘發(fā)焊接裂紋的可能。局部復(fù)雜結(jié)構(gòu)部分存在應(yīng)力集中區(qū)域，應(yīng)針對(duì)具體結(jié)構(gòu)形式優(yōu)化工藝參數(shù)。圖-6監(jiān)測(cè)值與模擬計(jì)算值對(duì)比圖-7焊接應(yīng)力場(chǎng)分布模擬圖第13頁(yè),共29頁(yè)，2024年2月25日，星期天注：立焊應(yīng)搭設(shè)安全可靠操作架，可參考下圖。鋼柱鋼板墻焊接操作架組合樓板操作架示意圖第14頁(yè),共29頁(yè)，2024年2月25日，星期天5.2.3焊前構(gòu)件質(zhì)量檢查由于鋼板墻焊接是在結(jié)構(gòu)框架已完成并以承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)荷載的狀態(tài)下進(jìn)行，所有焊縫均受剛性拘束。為最大程度降低焊接殘余應(yīng)力引發(fā)層狀撕裂及焊接裂紋發(fā)生的可能，應(yīng)對(duì)T型對(duì)接坡口橫焊相關(guān)的框架梁上翼緣母材和處于焊接拉應(yīng)力方向上的工廠加工焊縫進(jìn)行焊前超聲波探傷，排除因材質(zhì)及焊接缺陷引發(fā)焊接裂紋的隱患。如下圖說(shuō)明：①鋼梁上翼緣鋼板使用直探頭掃查；

②鋼梁上翼緣與鋼板墻對(duì)應(yīng)位置無(wú)法使用直探頭掃查區(qū)域使用60°或70°斜探頭掃查。第15頁(yè),共29頁(yè)，2024年2月25日，星期天5.2.4焊前準(zhǔn)備工作（1）檢查連接夾板及安裝螺栓全部安裝。螺栓緊固，鋼夾板與鋼板墻、鋼柱連接板貼合緊密無(wú)間隙，鋼夾板無(wú)翹曲變形起鼓。如有變形發(fā)生，采取火工或千斤頂進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)矯正。（2）焊接輔助人員應(yīng)在焊接前對(duì)焊縫坡口進(jìn)行打磨除銹，保證焊前坡口的平整清潔；對(duì)超過(guò)規(guī)范要求的錯(cuò)邊進(jìn)行修正。以利于提高焊縫質(zhì)量。（3）焊接技術(shù)人員須在焊接前檢查坡口，清除坡口污染物及油、水，并填寫(xiě)焊前坡口檢查記錄。5.2.5焊接工藝焊接方法：選用CO2氣體保護(hù)焊。焊接位置：橫焊、立焊。第16頁(yè),共29頁(yè)，2024年2月25日，星期天（3）焊接參數(shù)1）板對(duì)接焊縫型式：橫焊，單V型坡口35°，間隙9mm。焊接參數(shù)表（橫焊）焊絲

ER50-6規(guī)格焊劑或氣體CO2

焊接方法CO2保護(hù)半自動(dòng)焊焊接位置橫焊焊接設(shè)備型號(hào)NBC-500A電源及極性直流反接預(yù)熱溫度（℃）60℃層間溫度120℃/焊接工藝參數(shù)層次焊接方法焊條或焊絲焊劑或保護(hù)氣保護(hù)氣體流量(1/min)電流（A）電壓（V）焊接速度(cm/min)熱輸入(kJ/cm)備注牌號(hào)直徑(mm)1~2CO2焊ER50-6Ф1.2CO240~50290~31036~3835~45/

3~9CO2焊ER50-6Ф1.2CO240~50310~32036~4035~45/

蓋面CO2焊ER50-6Ф1.2CO240~50270~29036~3835~45/

技術(shù)措施焊前清理用鋼絲刷及砂輪清理坡口層間清理清渣及飛濺背面清根/其它：

第17頁(yè),共29頁(yè)，2024年2月25日，星期天2）板搭接焊縫型式：立焊焊接參數(shù)表（立焊）焊絲

ER50-6規(guī)格焊劑或氣體南亞CO2

焊接方法CO2保護(hù)半自動(dòng)焊焊接位置立焊焊接設(shè)備型號(hào)NBC-500A電源及極性直流反接預(yù)熱溫度（℃）60℃層間溫度120℃

焊接工藝參數(shù)層次焊接方法焊條或焊絲焊劑或保護(hù)氣保護(hù)氣體流量（1/min）電流（A）電壓（V）焊接速度(cm/min)熱輸入(kJ/cm)備注牌號(hào)（mm）1~2CO2焊ER50-6Ф1.2CO240~50180-22026-3035-40/

3~9CO2焊ER50-6Ф1.2CO240~50200-24028-3235-40/

蓋面CO2焊ER50-6Ф1.2CO240~50200-24028-3235-40/

技術(shù)措施焊前清理用鋼絲刷及砂輪清理坡口層間清理清渣及飛濺背面清根/其它：

第18頁(yè),共29頁(yè)，2024年2月25日，星期天6、材料與設(shè)備本工法需要采用的機(jī)具設(shè)備見(jiàn)表1。表1機(jī)

具

設(shè)

備

表第19頁(yè),共29頁(yè)，2024年2月25日，星期天7、質(zhì)量控制7.1工程質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)7.1.1焊縫外觀質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)第20頁(yè),共29頁(yè)，2024年2月25日，星期天7.1.2焊縫無(wú)損檢測(cè)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)焊縫無(wú)損檢測(cè)執(zhí)行《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB50205-2001、《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程》JGJ81-2002、《鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結(jié)果分級(jí)》GB11345的要求及《磁粉探傷方法》（GB/T15822-2005）。另外根據(jù)設(shè)計(jì)要求還必須滿(mǎn)足以下設(shè)計(jì)要求:（1）一級(jí)全熔透焊縫----100%超聲波檢驗(yàn),評(píng)定等級(jí)為Ⅱ,檢驗(yàn)等級(jí)為B級(jí)。。（2）除一級(jí)以外的全熔透焊縫,局部熔透焊縫——至少20%超聲波檢驗(yàn)，評(píng)定等級(jí)為Ⅲ,檢驗(yàn)等級(jí)為B級(jí)。（3）對(duì)于焊腳尺寸大于12mm的角焊縫進(jìn)行不少于20%的超聲波檢測(cè)以及至少20%的磁粉檢測(cè)。（4）三級(jí)焊縫———不要求超聲波檢驗(yàn)。磁粉檢查至少10%。（5）鋼板墻所有焊縫需進(jìn)行100%磁粉檢測(cè)。立向貼腳焊縫檢測(cè)使用濕法磁懸液探查，橫焊縫使用干法磁粉探查。第21頁(yè),共29頁(yè)，2024年2月25日，星期天7.2質(zhì)量保證措施7.2.1嚴(yán)格控制焊接順序按確定的焊接順序進(jìn)行焊接，焊接過(guò)程中管理人員要求全過(guò)程旁站。7.2.2避免氣候影響（1）進(jìn)入冬施期間或氣溫低于5℃時(shí)，不得施焊。（2）氣體保護(hù)焊時(shí)當(dāng)風(fēng)力大于二級(jí)，應(yīng)采取防風(fēng)措施方能施焊，風(fēng)力大于五級(jí)須停止焊接。7.2.3焊工管理(1)參加鋼板墻焊接作業(yè)的焊工應(yīng)按照《鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程》JGJ81-2002的要求進(jìn)行附加考試。附加考試合格的焊工方能上崗作業(yè)，且考試合格的焊工僅允許在考試合格的范圍內(nèi)施工，嚴(yán)禁焊工在超出自己焊接考試合格范圍之外的位置進(jìn)行焊接作業(yè)。（2）焊工在進(jìn)行焊接作業(yè)之前焊接工程師應(yīng)對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)的焊接技術(shù)交底，并編制焊接工藝卡。（3）焊工作業(yè)的過(guò)程中應(yīng)該嚴(yán)格按照焊接工藝卡的要求進(jìn)行焊接施工，每個(gè)焊工在焊接操作之前應(yīng)該認(rèn)真填寫(xiě)焊前檢查記錄，焊前檢查合格之后才能開(kāi)始焊接工作。（4）焊工在焊接全過(guò)程中發(fā)現(xiàn)任何可疑的母材缺陷、焊接裂紋等缺陷，必須報(bào)告焊接工程師，由焊接工程師及總工確定處理方案之后方可繼續(xù)進(jìn)行焊接作業(yè)。焊工無(wú)權(quán)私自處理任何與焊接有關(guān)的裂紋等缺陷。（5）焊接完成后，焊工應(yīng)在焊縫附近打上自己唯一固定的焊工鋼印號(hào)，并填寫(xiě)焊接過(guò)程記錄表。焊縫外觀檢查合格之后才能進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，焊工對(duì)自己所有焊接過(guò)程均應(yīng)有詳細(xì)的書(shū)面記錄。第22頁(yè),共29頁(yè)，2024年2月25日，星期天8、安全措施8.1參加鋼板墻焊接的焊工進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)須遵守各項(xiàng)現(xiàn)場(chǎng)安全、消防管理規(guī)定。8.2鋼板墻焊接時(shí)時(shí)必須使用頭罩或手持面罩，穿干燥工作服，絕緣鞋，用耐火防護(hù)手套，耐火的護(hù)腿套、套袖及其他勞動(dòng)防護(hù)用品。要求上衣不準(zhǔn)扎在褲子里，褲腳不準(zhǔn)塞在鞋（靴）里，手套套在袖口外。8.3鋼板墻在焊接前，應(yīng)到消防部門(mén)開(kāi)動(dòng)火證，由消防部門(mén)同意取證后方可進(jìn)行操作。焊接前應(yīng)找電工對(duì)電源線、電焊機(jī)的一次線和電焊機(jī)的絕緣性能進(jìn)行檢查，安全無(wú)誤后，方可送電操作。8.4在鋼板墻焊接過(guò)程中要有專(zhuān)人看火，并且清理易燃易爆物品。看火人員要認(rèn)真負(fù)責(zé)。并隨時(shí)關(guān)查用火周?chē)袥](méi)有隱患。身邊隨時(shí)有滅火器、水桶，并且有明顯的標(biāo)志。8.5所使用的電纜線，焊把線要架空，用絕緣鉤掛好，不得在地面來(lái)回的拖拉，以防破皮觸電。8.6作業(yè)中發(fā)現(xiàn)氣路或氣閥漏氣時(shí)，必須立即停止作業(yè)。8.7離地2米及2米以上的高空作業(yè)時(shí)必須佩戴并系好安全帶。第23頁(yè),共29頁(yè)，2024年2月25日，星期天9、環(huán)保措施9.1焊接施工應(yīng)符合相關(guān)的國(guó)家環(huán)保法規(guī)和地方性法規(guī)的規(guī)定。9.2在防風(fēng)措施確保焊接質(zhì)量前提下，應(yīng)做好通風(fēng)措施，利于焊接有害氣體排散。9.3焊接時(shí)，在保證通風(fēng)措施前提下，遮擋弧光，防止弧光傷害無(wú)防護(hù)措施人員。9.4優(yōu)先選用先進(jìn)的環(huán)保的焊材，減小環(huán)境污染。第24頁(yè),共29頁(yè)，2024年2月25日，星期天10、效益分析10.1純鋼板剪力墻結(jié)構(gòu)體系在超高層結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用為世界首例，為今后超高層結(jié)構(gòu)施工做有力的補(bǔ)充。10.2焊接施工中有效控制超長(zhǎng)焊縫所產(chǎn)生應(yīng)力應(yīng)變，為類(lèi)似工程的施工提供借鑒。10.3采用純焊接的方法，避免高強(qiáng)螺栓連接時(shí)螺栓孔無(wú)法精確對(duì)位的問(wèn)題，減小了施工的難度。10.4采用純焊接的工法，相比高強(qiáng)螺栓連接，可以節(jié)省高強(qiáng)螺栓，節(jié)約一定的工程成本。第25頁(yè),共29頁(yè)，2024年2月25日，星期天11、應(yīng)用實(shí)例11.1工程概況天津津塔工程主塔樓地下4層，地上73層，檐高336.9m。塔樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用鋼框架-鋼板剪力墻結(jié)構(gòu)體系（參見(jiàn)圖5、6）。圖5津塔立面圖6地上標(biāo)準(zhǔn)層平面第26頁(yè),共29頁(yè)，2024年2月25日，星期天核心筒鋼板墻自地下B4