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1、重型铸钢节点钢结构高空散装施工工法 1 前 言1.1重型钢结构在超高层、大跨度、大悬挑建筑结构中是主要结构骨架形式，其超强的结构使各种建筑形式得以实现，有很高的安全性、耐久性。重型钢结构节点上一般构件很多，焊接连接焊缝集中，应力大，不仅会引起构件变形、变位，而且还会引起裂缝，节点连接，孔洞密集，截面削弱大，节点板位置难布置，而铸钢节点则解决这类问题，使重型钢结构应用更为优越。1.2 在结构施工当中，采用整体吊装，构件与节点大量的连接是在工厂进行，现场焊接工作量少，焊接、检测质量有保证，但运输受道路上的桥、洞、高压线及转弯半径的限制，需要大型机械进场。同样要受道路及场地的限制。高空散装法是解决这
2、类问题的重要方法，可以根据道路运输能力，场地条件来确定吊装单元的大小，然后现场拼装。四层屋面12m全宽16m全长52m悬挑17m1.3 我公司施工的宁波东部新城商务区B4商务楼工程，在其南楼六层以上部分为钢结构工程，全长52m，宽16m，共四榀两层大桁架，总用钢量为1100t。其中靠北侧四层上空12m处悬挑跨度为17m的两层桁架结构。如图1.3所示。该项目特殊的建筑形式对施工方法要求创新，我企业根据工程特点，采用高空散装法进行吊装施工，结合铸钢节点技术，完成该工程的建设，积累了大型铸钢节点钢结构施工经验，形成工法。 图1.3宁波东部新城商务区B4商务楼效果图2 工法特点2.1 高空散装法 降低
3、了对吊装机械的要求。整体吊装需要超大型起重机，机械要求高，机械进退场、组装困难。 降低了对场地的要求。如果大型机械进退场，场地处理难度大、费用高。 解决了运输道路及道路上管线、道路、桥洞以及转弯半径等条件限制。 合理的单元体划分使现场焊接数量降到最低，减少现场高空焊接质量风险。2.2 铸钢节点重型钢结构节点处构件交错复杂，密集的焊接区域不仅使焊接次应力高度集中，而且会导致构件变形、扭曲，甚至焊接使节点开裂，采用铸钢节点能有效地解决此类问题。 铸钢节点检测。目前国家尚无统一的铸钢节点的检验及验收标准，对其进行力学性能试验、化学成分试验、整体无损探伤试验，形成能被各方接受的检测方法是质量控制的重点
4、。 焊接工艺评定。铸钢节点材质与其相连的杆件材质不同，进行焊接工艺评定是确定焊接工艺和焊接质量控制的关键环节。3 适用范围本工法适用于重型铸钢节点钢结构工程。且在道路运输、施工场地基础承载能力等受限制的情况下，此工法更有针对性。4 工艺原理4.1 高空散装法施工 可合理划分为较小的单元体或扩大单元体，降低了对场地、道路及起重机的要求。一般认为工厂整体焊接、整体吊装对质量有保证，但是整体吊装也是分块（片），片与片之间仍然是高空焊接。而高空散装法不同的是块（片）分得更多，但高空散装法可以解决运输道路转弯半径及运输道路上管线、架空高度、场地条件不足，结构位置高度高等客观限制条件。高空散装法可根据客观
5、条件选择合适的起重机，降低对起重机的要求。4.1.2 合理的结构单元体或扩大单元体划分，可降低现场施工风险，加快施工进度。单元体或扩大单元体划分时，受拉构件尽量划分为一个单元体，在工厂焊接、工厂检测。从客观条件上来讲，工厂焊接、检测可靠度比现场高空焊接检测可靠度高。划分单元时要根据构件的受力特征，在满足吊装、运输能力条件下，单元体尽可能划分为扩大单元体，使更多的构件在工厂中完成焊接。划分单元体时按断柱不断梁的原则划分，尽量使现场焊接焊缝的工作状态处于受压状态。4.2 铸钢节点 确定检测标准：铸钢节点使节点区密集的焊缝得以分散，避免因集中的焊接应力引起裂缝及次应力，铸钢节点目前尚无统一的国家标准
6、，对其质量检测需要有一套被工程各方认可和接受的程序、方法和标准。4.2.2 确定焊接工艺标准：铸钢节点的材质一般不同于与其相连的杆件，如构件材质为Q345C，铸钢节点材质为GS-20Mn5。两者之间焊接通过焊接工艺评定来确定焊接工艺条件、坡口尺寸、拼接间隙、预热温度、多层多道焊接，保温缓冷、现场的防风防雨等措施及CO2气体保护焊环境控制标准。5 施工工艺流程及操作要点5.1 工艺流程5.1.1 高空散装法施工工艺流程：铸钢节点检测焊接工艺评定单元体或扩大单元体划分工厂制作各单元体组件现场吊装（临时固定、焊接环境控制）按规定工艺焊接焊缝检测。5.1.2 铸钢节点施工工艺流程：分解设计图纸计算机建
7、模工厂制作及出具出厂合格证（制作木模、翻砂、浇铸、打磨及精加工、喷砂、表面磁粉探伤检测、出具合格证、刷防锈油漆等）现场检测及焊接工艺评定进入施工阶段。5.2 操作要点 铸钢节点检测铸钢节点是根据图纸、建模、翻砂、浇铸而成，其质量检测是关键内容，对铸钢节点材料进行原位取样（可浇铸时长出一块或同时浇铸一块试样），取样后进行化学成分、力学性能试验，对铸钢节点进行表面磁粉探伤，检查是否有气孔、夹渣等内部缺陷，检测合格后方可进入下道工序。5.2.2 焊接工艺评定图 焊接工艺评定表铸钢节点材质为GS-20Mn5，桁架杆件材质为Q345C，不同材质之间的焊接须进行焊接工艺评定。如图5.2.2。根据焊接设备（
8、CO2气体保护焊）及焊缝质量要求确定坡口角度、坡口尺寸、拼装间隙、预热温度、分层分道次焊接，双人双向对称焊接工艺及焊接后保温、缓冷措施。5.2.3 单元体或扩大单元体划分根据钢桁架设计思路,采用断柱不断梁的原则。按照此原则拆分，将受拉结构划分为一个扩大单元体进行工厂焊接；其他构件尽可能按受拉构件为一个单元体进行工厂焊接，且每个单元体组合构件尽量多，主要以运输道路、吊装限制能力为限，接头的位置处于铸钢节点处，构件安装方便。单元体或扩大单元体具体拆分如图5.2.3。图5.2.3 扩大单元体编号图5.2.4 悬挑部分起拱处理、节点及构件用计算机辅助确定包括考虑拼接间隙、起拱等因素的尺寸及角度大悬挑、
9、大跨度结构，工作状态会出现挠度，视觉上会引起不安全感及不美观，因此必须起拱，起拱的数值可采用设计院提供的理论挠度值，每一个节点、构件的下料制作根据上述方法确定的尺寸来施工、检验，并记录。5.2.5 施工段划分是高空散装的关键环节（）图 散装施工图安装（吊装）过程具体顺序划分为若干个施工段, 每个施工段分为若干个施工层，各施工层之间要对称安装，可减少同一施工段的纵向长度，便于在施工过程中消除累积误差，调节焊接收缩引起的轴向变形或整体扭曲。同时每个施工段各轴线先纵向形成一个机构体系，确保自身安全，然后连接横向相临轴线，使每个扩大单元体始终处于一个稳定的机构体系中。5.2.6 工厂制作（以图纸说明为
10、主）1 根据图纸号料、划线、切割、焊接，确定制作工艺，如图5.2.6-1，完成后进行100%超声波探伤。图5.2.6-1 制作过程2 根据钢桁架设计及单元体的划分，拼装单元体如图所示。5.2.7 现场吊装、临时固定、焊接环境控制1现场吊装：图 钢构件扩大单元体示意图1）采用高空散装法降低了运输道路和吊装机械的要求，但仍属大型吊装工程，对吊装场地仍需进行复核、设计、处理，以确保起重机作业时的稳定性。（需编制临时承重架方案予以考虑） 2）根据总体施工方案，并综合起重机械技术参数、吊装重量、吊装高度及技术经济性，确定起重机械的型号。同时需要考虑起重机械的开行路线。2 临时固定：单元之间的临时固定也是
11、吊装和焊接的关键问题之一，定位准确、稳定是吊装完成的标图-1 临时支撑及耳板连接示意图志，同时临时固定又是焊接时控制焊接间隙的要求，为节省钢材，采用可重复利用的工具式耳板连接。如图-1。三防布3 焊接环境控制：采用CO2气体保护焊，对焊接区进行围挡，以保证焊接质量，不适宜的自然环境如下雨、 大风等。如-2。5.2.8 现场焊接严格按工艺评定的要求施焊。脚手架1 控制预热温度。操作平台2 双人双向对称焊，随时对焊接产生的变形进行观察，层间焊接时通过调整焊接次序及临时固定方法来控制焊接变形。图5.2.7-2 防风、防雨示意图3 随时控制好电流、电压、气流、焊接速度，清理焊缝施焊前的夹渣、浮锈、氧化皮等杂质。
