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1、十字形钢骨劲性柱与砼梁节点部位施工工法一、前言劲性柱由于能有效减少混凝土柱的截面积，在建筑工程中的运用较为广泛。采用钢筋连接器作为连接型钢柱与砼梁钢筋连接媒介在图集中也有体现，但是对连接器的要求、施工未作说明，导致在实际设计过程中较少采用。本文根据昆山高新技术创业服务中心大楼工程的施工经验，对劲性柱节点部位（核心区）的深化设计、制作、安装、检测进行系统的总结后形成本工法。二、工法特点结构施工精度高：经过深化设计做出施工定位详图，工厂化的加工，制作误差控制5毫米内，现场施工进度控制在5毫米内，施工精度高。工程质量可靠：因为直螺纹套筒采用在工厂焊接在钢柱上，钢柱腹板上梁主筋贯通孔、加劲肋等均在工厂
2、内完成，工程质量能得到有效保障。现场施工简便：梁柱节点部位，梁主筋在钢柱翼缘部位直接按照直螺纹连接进行梁纵向主筋的连接，无焊接作业，可节省作业时间并大大减少现场作业人员数量，施工质量有保证。三、适用范围本工法适用于建筑十字劲性钢骨柱与混凝土梁节点部位连接安装施工。四、工艺原理根据设计要求、结构施工图及现场实际条件（例如塔吊起重能力及起重半径）等综合因数，对十字型钢骨柱进行深化设计，确定分节分段，在工厂进行工厂化加工生产，现场吊装、焊接。利用直螺纹套筒钢筋连接原理，工厂将直螺纹套筒与型钢柱翼缘焊接，保证抗拉强度满足钢筋抗拉强度的设计要求。混凝土梁纵向受力钢筋在节点区通过与型钢柱上焊接直螺纹套筒连
3、接，避免现场施焊工作（连接板与钢柱翼缘焊接，纵向受力钢筋与连接板焊接），保证节点部位的连接质量，减少焊接对钢结构的影响。五、施工工艺流程及操作要点1、劲性钢骨柱深化设计根据结构施工图，对钢骨柱进行构件加工深化设计，做出施工详图，待由设计院确认后方可作为施工及验收的依据。2、劲性钢骨柱节点部位深化设计根据结构施工图，对钢骨柱节点部位进行深化设计，细化直螺纹套筒的定位，套筒的直径及焊接参数，做出施工详图，待由设计院确认后方可作为施工及验收的依据。3、钢构件的制作2.1钢构件制作的一般要求十字劲性钢骨柱的材料采购、放样下料、组装焊接、矫正、检验及发运，按国家标准及质量保证体系文件要求执行。1） 放样
4、：放样及制作所需使用的测量工具均需经检测合格后方可使用；放样按施工图及工艺要求进行1:1的放样。在画出每个零部件的草图后进行合理的下料,必要时采用1:1样板供制作及验收使用, 异形板件可采用数控下料。2）下料及加工：根据号料板图要求，分别进行钢板的数控自动切割、门式自动切割、数控切割及部分手工切割下料。焊接坡口，一般采用自动切割或半自动切割，也可机械刨边；钢板切割边按质量要求打磨光洁；翼缘板因厚度较薄根据焊接变形情况要求，压制反变形折角；对节点板进行套模钻孔。坡口火焰切割时，切面上不得有裂纹，并不宜有大于1.0mm的缺棱；当缺棱为13mm时，应修磨平整；当缺棱超过3mm时则应用直径不超过3.2
5、mm的低氢焊条补焊，并修磨平整。3）制孔钢骨柱的零部件钻孔采用精密机械钻孔，为了确保钻孔精度和质量，须有放样工放样划线划出基准轴线和孔中心，零部件钻孔后均需经检验员检验合格后做上合格标识后方可进行下部工序。加工后的零部件均按规定进行边缘加工，去除毛刺、焊渣、焊接飞溅物、污垢等，并进行表面检查。4）直螺纹套筒焊接工厂应根据本工程的焊接特点进行各种焊接工艺评定，合格后编制焊接工艺指导书，焊接完成后即时进行焊缝外观检查和无损探伤。钢骨柱上直螺纹套筒焊接采用气体保护焊接，首先应清楚焊接部位的铁锈，为了确保直螺纹套筒的精度，须有放样工放样划线划出基准轴线和套筒边线，定位后进行点焊连接，需经检验员检验合格
6、后做上合格标识后方可进行下部工序。加工后的零部件均按规定进行边缘加工，去除毛刺、焊渣、焊接飞溅物、污垢等，并进行表面检查。5）组立组立是在自动组立机上进行，组立前应对翼缘板和腹板去除毛刺、割渣，并应进行矫正，由放样人员划出定位线，待检验合格后才准上组立机进行组立点焊固定。5）焊接工厂应根据本工程的焊接特点进行各种焊接工艺评定，合格后编制焊接工艺指导书，焊接完成后即时进行焊缝外观检查和无损探伤。6）矫正矫正工作贯穿钢骨柱制作的整个过程，从下料前到下料、埋弧焊、组装手工焊等均应矫正，确保构件的尺寸、质量、形状满足规范要求。矫正的方法主要有型钢矫正机机械矫正、火焰矫正等。7）端铣待加工及检验合格后，
7、应采用端头铣进行端头铣平加工，加工时应保证尺寸准确。8）检测针对于成品构件尺寸、外观、焊缝质量进行检测。9） 编号、包装、运输、装卸、堆放钢骨柱按规定制作完毕检验合格后，应及时分类贴上标识；按编号顺序分开堆放，并加垫铁（垫木），减少变形、磨损。钢骨柱运输时绑扎必须牢固，防止松动。钢构件在运输车上的支点、两端伸出的长度及绑扎方法均能保证构件不产生变形、不损伤涂层且保证运输安全。2.2加工制作的重点钢骨柱工程制作主要的难点在于装配精度及焊接变形的控制。对于装配精度，我们采取自动组立与工装夹具来保证；对于焊接变形，采取适当的焊接工艺及加上必要的机械与火工校正。1）制作流程：2）H型钢制作流程图、机加
8、下料，包括切割，刨边等。、翼缘与腹板组立，小直径焊条或焊丝底1道。坡口底层焊道采用焊条手工电弧焊时宜使用不大于4mm的焊条施焊，底层根部焊道的最小尺寸应适宜，但最大厚度不应超过6mm。打底反面需继续施焊的，必须在反面清根后才能施焊。、组立后的H型构件放在450门式埋弧焊机的胎架上，进行全自动埋弧焊接。、成型后的H型钢放在翼缘矫正机上矫正。3） T型钢制作T型钢制作是由焊接H型钢切割而成，工厂制作时按设计要求尺寸先做成H型钢，然后从腹板中间把H型钢切割成两个T型钢。4） 十字型钢骨柱组立、焊接十字型钢骨柱是由一个焊接H钢和两个T型钢组立、焊接而成。十字型钢骨柱的制作采用专用的胎具来保证其尺寸要求
9、，如下图： 组装示意图 十字型焊接按以下顺序：第一步：正面小直径CO2打底1道，翻转180；第二步：背面焊接至板厚，翻转180；第三步：正面焊接至板厚。5） 矫正H型钢和T型钢采用机械矫正和火焰矫正相结合。十字型矫正使用火焰矫正，矫正时应特别注意对扭曲变形的控制和防止；机械矫正可在H型钢翼缘矫正机上进行，也可以通过H型钢组焊一体机进行操作。钢材矫正后的允许偏差项目允许偏差图例钢板的局部平面度t141.5t141.0工字钢、H型钢翼缘对腹板的垂直度b/100且不大于2.02.3熔焊栓钉的焊接1）栓钉将采用自动调节的焊接设备接上合适的电源后焊接, 栓钉的焊接需要采用独立的电源供电。2）如果两个或更
10、多栓钉枪在同一电源上使用，采用联动装置保证一次只一把栓钉枪能使用。这样电源就能在一个栓钉焊后再开始下一次焊接。3）焊接电压，电流，时间及栓钉枪焊接参数根据设计要求调到相应状态及相应值。4）每个栓钉都带有一个瓷环来保护电弧的热量以及稳定电弧。电弧保护瓷环要保持干燥，如果表面有露水和雨水痕迹则应在120的干燥器内烘干2小时后再使用。5）焊接栓钉的地方应当无铁锈，灰尘，露水或其它对产生合格焊缝有危害的物质。6）操作时，要待焊缝熔透后才能移去焊钉枪。7）焊后，去掉瓷环，以便于检查。3、构件安装3.1安装工艺流程3.2 地脚螺栓预埋为了保证地脚螺栓的埋设精度，依据平面控制线（基准轴线或中心线等）及标高控
11、制线。埋设钢骨柱地脚螺栓前，为保证锚栓埋设精度制作螺栓固定框就位，再将螺栓固定在锚固框上。地脚螺栓的螺纹保护相当重要，螺纹上要涂黄油并包上油纸。地脚螺栓尺寸允许偏差项目允许偏差支承面标高3.0水平度L/1000地角螺栓（锚栓）螺栓中心偏移5.0预留孔中心偏移10.03.3第一节钢骨柱的吊装就位与临时固定1）钢骨柱吊装采用塔吊旋转垂直吊法。起吊钢索根据分节重量经过计算后确定钢丝绳型号，钢骨柱吊点设置在柱顶部，通过专用吊具与焊在柱顶两侧面耳板螺栓相连。钢骨柱起吊时必须垂直，回转时必须具有一定的高度，以免碰撞其它构件。2）钢骨柱在吊装前,在柱身上焊接好爬梯（挂梯）以便于操作人员上下和钢骨柱就位后松钩
12、。 3） 钢骨柱就位时，首先将钢骨柱底板穿入地脚螺栓，放置在调节好标高的螺帽上，并将柱底的四面中心线与基础轴线对位校正，四面兼顾，使偏差控制在规范许可的范围以内，穿上压板，拧紧螺栓，即为完成钢骨柱的就位工作。3.4第二节和以上钢骨柱安装在第二节柱和以上钢骨柱安装前，定位轴线、标高上传从地面测量控制网把安装控制轴线投影上翻到第一节柱顶，把标高控制线引测到第一节柱顶，并检查是否符合规范要求；上下节钢骨柱进行对接时，先通过临时连接耳板配合安装螺栓紧固，垂直度及轴线偏差控制后，采用对称施焊。保持连续一次性焊完，对于一、二级焊缝要做焊缝探伤检测。3.5测量控制与校正标高控制与校正：第一节钢骨柱底板混凝土
13、面之间预留50mm间隙做二次灌浆，通过调节柱脚底板下的四颗螺母控制柱底标高。垂直度控制与校正：在纵横两个方向的两台经纬仪的测量下，利用缆风绳对钢骨柱的垂直度进行校正，校好后紧固地脚螺栓、固定好缆风绳。3.6钢骨柱焊接钢骨柱制作、直螺纹套筒焊接在工厂进行，采用以全自动埋弧焊和CO2气体保护焊为主的焊接方法。现场对接焊缝腹板采用坡口双面全熔透、翼板采用坡口单面全熔透，主要采用CO2气体保护焊为主的焊接方法。为了控制焊接变形保证钢柱垂直度，减少钢柱焊接产生的扭曲变形，确保钢筋穿孔的精度度，为此采用热输入较低的CO2气体保护焊，先焊接十字形腹板，后焊接翼板，采用对称焊接的方法。这样既可以保证焊接质量，
14、减少焊接变形，提高工效，加快施工进度。六、材料与设备主要机械设备、工具需用计划表序号名 称规 格单 位数 量额定功率1塔吊QTZ63台245KW2栓钉熔焊机台75KW3手动葫芦5T个4手动葫芦3T个5碳弧气刨500A台30KW6磁力钻Max.28mm台3KW7角向磨光机100/80台1.1KW8交、直流两用电焊机BX-500台30KVA9CO2焊机台23KVA10空压机0.9m3台11KVA11螺旋千斤顶10T型台12氧割设备套13烘箱0-5000C台2 KVA14对讲机对15经纬仪J2台16水准仪S3台常用焊接方法、配套材料及应遵循的国家标准按下表采用：焊接方式较低母材钢号焊条（焊丝、焊剂）
15、型号符合国家标准手工焊Q235BE4315碳素钢焊条GB5117-95Q345BE5015低合金钢焊条GB5118-95埋弧自动焊Q235BH08A焊丝、F4A0型焊剂埋弧焊用碳钢焊丝和焊剂GBT5293-1999Q345BH08MnA焊丝埋弧焊用低合金钢焊丝和焊剂GBT12470-2003HJ431熔化焊用钢丝GBT14957-94CO2气体保护焊Q235BER50-6型焊丝气体保护焊用钢丝GBT14958-1994Q345BER50-6型焊丝七、质量控制工程质量控制标准：（1）钢结构工程施工质量验收规范 （GB50205-2001）（2）高层民用建筑钢结构技术规范 （JGJ99-1998）
16、（3）建筑钢结构焊接技术规程 （JGJ81-2002）（4）钢结构制作施工工艺标准 （ZEJGG/QB-GY0801-2006）（5）钢结构手工电弧焊施工工艺标准 （ZEJGG/QB-GY0803-2006）（6）钢结构埋弧自动焊施工工艺标准 （ZEJGG/QB-GY0804-2006（7）钢结构二氧化碳气体保护焊施工工艺标准 （ZEJGG/QB-GY0805-2006）（8）钢结构栓钉焊施工工艺标准 （ZEJGG/QB-GY0806-2006） 焊缝尺寸允许偏差()焊缝类型项 目允许偏差一、二级三级对接焊缝余高CB2003.003.5B2004.005.0错边dd0.1t 且2.0d0.15
17、t且3.0一般全焊透的对接与角接组合焊缝(t/4)且1004需经疲劳验算的全焊透的对接与角接组合焊缝=(t/2)且1004角焊缝和部分熔透的角接与对接组合焊缝601.5603.0余高C601.5603.0焊缝外观质量标准（）项目（缺陷类型）允 许 偏 差一 级二 级三 级未焊满（指不足设计要求）不允许0.2+0.02t，且1.00.2+0.04t，且2.0每100.0焊缝内缺陷总长25.0根部收缩不允许0.2+0.02t，且1.00.2+0.04t，且2.0长度不限咬边不允许0.05t，且0.5；连续长度100.0，且焊缝两侧咬边总长10%焊缝全长0.1t，且1.0， 长度不限裂纹不允许弧坑裂
18、纹不允许不允许允许存在个别长5.0的弧坑裂纹电弧擦伤不允许不允许允许存在个别电弧擦伤接头不良不允许缺口深度0.05t，且0.5缺口深度0.1t，且1.0每1000mm焊缝不应超过1处焊瘤不允许表面夹渣不允许深0.2t长0.5t且20表面气孔不允许每50.0长度焊缝内允许直径0.4t，且3.0气孔2个，孔距6倍孔径柱子安装的允许偏差项目允许偏差图例底层柱柱底轴线对定位轴线偏差3.0柱子定位轴线1.0单节柱的垂直度h/1000，且不大于10.0无损检测要求：焊接的无损探伤检验在外观检查合格后进行。碳素结构钢应在焊缝冷却到环境温度、低合金结构钢应在完成焊接24小时后，进行焊缝探伤检验。施工质量保证措
19、施：焊接前的检验：焊接前根据工艺人员的要求，制作负责人和质量检验人员对照工艺文件要求进行检验。对一切不符合要求的缺陷进行标记，制作负责人负责修正，当修正完后提交车间质量人员进行正式的检验。焊接过程中的检验：焊接专职的质量检验人员在焊接过程中进行巡视检查，根据焊接工艺文件的要求对焊接规范参数进行检验，对不按照焊接规范施工的焊工立即提出整改措施，并责成违规人员修正。对于多次不按照工艺焊接的人员，经过两次批评教育不改正的，上报有关部门生产部门，人力部门进行处理。焊接后的检查，焊接完成后，经过作业班组进行自检查、互检，提交质量部门进行专检。焊接外观全部检查完毕后，报无损检测人员进行检验。对于不合格构件
20、返修完毕后24小时在进行检测。八、安全措施需要进行动火作业时，应办理动火许可证，作业时充分注意防火，准备灭火器等灭火设备，并防止焊渣沿管井坠落。在吊装区域、安装区域设置临时围栏、警示标志，临时拆除安全设施（洞口保护网、洞口水平防护）时也一定要取得安全负责人的许可，离开操作场所时需要对安全设施进行复位。操作结束时收拾现场、整理整顿，特别在结束后对工具进行清点。防止高空坠物。设置安全带的临时挂点。九、环保措施预制焊接开孔大部分在相对封闭的加工厂内完成，噪声较大的设备均采用隔音消音、基础降噪措施后达到工业企业厂界噪声标准（GB12348-2008）中类标准。焊烟通过可移动静电除尘器处理都能达到规范要
21、求。现场只对接口进行对接焊接，施焊时支设防护棚，减少了因焊接加工对施工现场造成的空气污染、光污染、噪声污染。现场梁纵向钢筋采用螺纹加工机加工螺纹，人工将钢筋与直螺纹套筒旋紧，丝口满足验收规范要求。十、效益分析经济效益：采用深化设计后，出具构造详图工厂化制作，下料准确，减少废料，节约钢材，具有良好的经济效益。节点部位采用深化设计，经设计确认，采用直螺纹套筒连接方式，较之传统方式节约了节点部位的连接板与钢筋，现场焊接工程量减少，节约了相当大的人工与材料费用，节约了工期。工期方面：先进施工工艺，较之传统做法提高工效，安装作业时间显著缩短，为下步土建作业的提前跟进创造了条件。质量方面：能有效保障焊接质
22、量、安装质量，确保整体劲性柱施工质量满足设计及施工规范要求；质量显著提高，工厂焊缝无损探伤100合格，一次验收合格率100%。安全方面：优化设计降低了高空作业人员与设备的风险，安全性显著提高，减轻了工人的劳动强度，有力地保障了安全生产、文明施工。社会效益：十字劲性钢骨柱组合结构较之混凝土结构柱其承载力高、刚度大，抗震性好，减轻了上部结构重量，柱截面尺寸减少也增加了建筑净空尺寸。具有较好的社会效益，较值得推广和应用。十一、应用实例1） 昆山高新技术创业服务中心大楼建筑面积59890；地下一层，地上十九层。2） 主楼钢骨柱共6根，所有钢骨柱在基底到+37.49 m标高范围内，钢骨柱截面为800x800x280x280x20x20x24x24。根据设计要求，结合现场实际，经过深化设计、工厂制作、现场安装、检测等等步骤，利用公司已有的成熟技术，在确保质量的同时，更加注重安全和文明施工管理。最终本项目所有钢结构检测均一次性合格，赢得业主及监理满意，取得了良好的社会效益。 梁柱节点设计详图示意钢骨柱焊接完毕梁柱节点部位