高层建筑钢结构焊接施工技术

高层建筑钢结构焊接施工技术

江浩1王玉顺2

1.河南省濮阳县住房和城乡建设局；2.河南省濮阳砼之杰商品混凝土有限公司

摘要：高层建筑在现代化的城市中比较常见，其美观性比较强，可以提升城市的形象。高层建筑对安全性要求比较高，其一般采用的都是钢结构，在施工的过程中，施工单位需要做好钢结构的焊接工作，选择适合的焊接技术，还要掌握技术要点，从而提高焊接的质量，保证建筑使用的安全性。焊接是高层建筑工程中重要的施工工序，其对建筑工程整体质量有着较大的影响，而焊接的效率又影响着工程的进度，只有合理优化施工技术以及工艺流程，才能保证高层建筑工程的效益。

关键词：高层建筑；钢结构；焊接；施工技术

本文结合工程案例，对高层建筑钢结构采用的焊接技术进行了分析，在施工的过程中，施工人员首先要确定焊接节点的形式，还要选择适合的焊接工艺，做好过程控制工作，这样才能保证建筑工程顺利的完工。

1、工程概况

某高层建筑层高242m，从地下负3层柱脚往上外围四角分布有8根组合柱和对称的8根十字柱，内圈核心筒四角则为4根十字柱和2根H形柱。随着层高、外围十字柱分4次截面变化，中间多层腰桁架，内圈核心筒起始剪力墙，设备层、结构封顶停机坪都有加密梁，设计用钢总量逾1.6万t。该工程主构件形式多变、焊接时机要求严格，焊材消耗量大，且高空操作与防护困难，因此，焊接是个极其重要的环节。

2、焊接节点形式

在本文的工程案例中，高层建筑钢结构现场焊接的节点主要包括十字柱、H形柱、组合柱等，在焊接时，难点包括箱型梁全位置、组合柱现场组合立焊、梁柱栓接平焊等。在该工程中，焊缝多属于一级焊缝，最大截面焊缝长6m，采用的板材厚度为12-40mm。

3、焊接工艺

3.1选择适合的焊接方法

为了保证焊接的质量以及工程的进度，施工单位需要结合工程实际情况，选择适合的焊接工艺技术，该工程钢结构焊接熔敷量比较大，工序衔接比较紧，所以，施工单位采用了半自动二氧化碳气体保护焊技术，这种焊接方法最大的优点是：变形小、效率高、灵活性高、价格也比较低，采用这项技术可以提高钢结构表面的抗锈蚀能力，还省去了烘焙、熔渣处理等工序。这项焊接工艺也有一定缺点，气体保护会受到风的影响，而且容易出现气孔，在恶劣的环境下，施工单位可以选择采用药芯焊丝进行替换，也可以加强过程控制，采用有效的防护措施避免质量问题的出现。

3.2焊材的选择

根据钢结构使用钢材Q345B选用实芯焊丝ER50-6（Φ1.2mm）和药芯焊丝E501T-1（Φ1.2mm）。过程焊条手工焊焊条用E5015（Φ3.2mm、4.0mm）。

3.3坡口形式

在高层建筑钢结构工程中，如果采用的是中厚板，则焊接量比较大，焊接过程中出现的变形现象比较多，较难控制，为了降低质量缺陷的出现，施工单位需要做好坡口设计，合理确定坡口的形式，这对工程的进度以及施工的质量有着较大的影响。在确定坡口的形式时，如果坡口的角度比较小，则可能无法满足熔合比的要求，在根部容易出现未焊透的现象，施工人员采用增加组对间隙的措施，会导致收缩应力的增加，容易出现窄而深的焊缝，这会影响一次结晶的质量，从而出现区域偏析。焊接时拘束应力比较大，还会导致焊接热裂纹的出现，只有确定还坡口的角度，才能避免此类问题的出现。

如果坡口的角度比较大，则施工人员的焊接量会增加，焊缝角变形收缩的残余应力会增加，从而引起变形问题，不利于控制钢结构体系的初始应力，还会给工程后续的安装带来较大的困难。如果坡口的形式不合理，会增加控制形变以及降低残余应力的难度，还会缩小焊接操作的空间，不利于焊接人员提高效率。施工单位一定重视坡口形式的设计工作，做好人员的布置，从而保证焊接的质量与效率。

鉴于梁、柱翼缘板较短，且截面较为对称，决定采用单V形坡口。组合柱腹板长缝3360mm、通长半熔透立缝采用K形坡口，坡口角度为40°±2°，如图1所示。

图1主要坡口形式

图2焊接顺序

层面钢梁焊接时，焊工均匀分布，先焊接外圈梁。单根钢梁两端分先后焊接，以降低焊接收缩产生的应力应变带来的影响，保障整体变形的控制。

组合柱、十字柱对接焊缝焊接时，先对称焊接腹板焊缝，以释放部分纵向应力，保证十字缝处的焊缝质量。组合柱腹板焊缝3360mm，坡口形式为K形，因此焊接时由2名焊工对称从中间反向焊接，遇十字缝处分段，焊缝必须先长后短依次焊接，而后焊接对称翼缘板。

4.2焊接参数控制

按照焊接工艺评定报告给出的焊接工艺指导书或焊接工艺卡，针对不同位置给出特定的参数范围，见表1。

表1半自动CO2气体保护焊参数

以上参数为正常施工，特殊工况下做调整，或以小参数焊接，增加层道。

4.3操作环境的控制

高层建筑钢结构焊接对操作环境也有着一定要求，由于这项工作一般是在高空环境下作业的，所以比较容易形成环形气流，焊接会受到风的影响，焊道中可能有来自多个方向的风，楼层越高，焊接受到风的影响则越大。在风不断的吹的前提下，焊缝冷却的速度也会加快，施工单位选择了CO2气体保护焊的工艺技术，其最容易受到风的影响，所以，施工单位一定要采取有效的防护措施。本工程在普通风速的影响下采取药芯焊丝替换实芯焊丝、增大气体流量及焊道短防护等措施，但在秋冬季节则必须加装防风平台，以实现环境、操作人员与周边人员安全的三防护。

5、结语

本文对高层建筑钢结构焊接施工的技术进行了介绍，通过本文的分析可以看出，焊接工序对建筑工程的整体质量以及结构的稳定性有着较大的影响，施工单位必须结合工程的实际情况，选择适合的焊接技术。高层建筑对安全性要求比较高，如果焊接的工艺存在缺陷，则会增加安全隐患。在焊接前，施工人员应提前做好准备工作，这有利于保证施工的效率以及工程的进度，施工监理人员还要严格控制焊接顺序，避免节点构件安装出现误差。

参考文献：

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