摘要：总结了多层及高层钢结构美国抗震节点箱形柱贯通式隔板与犬骨梁连接形式构件制作的施工经验，强调了下料、装配、焊接制作过程中的控制要点，为今后的施工提供借鉴。
关键词：贯通式隔板；箱形柱；犬骨梁；装配；焊接；变形控制
1、前言
近些年各地区地震等自然灾害频发，人们对建筑的安全日益重视，随着城市的发展，多层及高层钢结构建筑是建筑的发展趋势，这些建筑必须满足抗震要求。满足抗震要求设计的钢结构工业与民用建筑与普通钢结构建筑构造连接节点形式区别明显。某多层及高层钢结构工程，结构形式是采用美国ANSI钢结构建筑抗震规范（ANSI-AISC-341-05）设计的，箱形钢柱与框架梁刚接节点为贯通式隔板与犬骨梁连接形式，现以此工程为例，详细介绍贯通式隔板与犬骨梁连接形式箱形钢柱装配尺寸和焊接质量的控制，及在制作工程中遇到的问题和解决办法。
2、工程概况
2．1．某工程建筑为多层及高层钢结构工业厂房，主厂房为7层钢框架-支撑结构，局部为8层，建筑总长约348米、宽110米、总高约52米，主要为焊接贯通式隔板箱型柱，每根柱分上下2节出厂，最大的箱型截面为[]800*800*60*60，最小的箱型截面为[]400*400*24*24，其中截面[]800*800*48*48和截面[]700*700*42*42两种最多，箱形柱上贯通式隔板厚度为40~30mm，主框架梁为焊接H型犬骨梁以截面H1200*450*20*40、H900*350*18*30居多。
2．2．箱形柱贯通式隔板与犬骨梁连接形式，由于这种节点形式的特殊性，箱形柱在与梁连接节点部位被分割成多节，每节间及贯通隔板最外侧上下500mm内的焊接区域均是关键焊接区，要求全熔透焊接，焊接量非常大，焊缝质量是质量控制重点，焊接收缩量及变形控制是制作的难点，要保证贯通隔板焊接后的位置控制在公差范围内，以使贯通隔板与犬骨梁的翼缘板刚接节点的错边量满足焊接要求。
3．材料要求
3．1．主体结构材质为Q345B，板厚大于40mm的钢板要求板厚方向Z向性能小于Z15等级。材料按GB50205进行复验。焊材要求与之相匹配，其中埋弧焊填充金属性能应满足F5A3等级。
3．2．所有采用的焊接材料应按AWS标准进行抽样复验，复验结果应符合AWS标准和设计要求。不符合要求的焊接材料严禁使用。
4．钢结构制作要点：
4．1． 下料要点：下料时要考虑焊接收缩余量：其中构件总长主焊缝焊接，腹板宽度方向的收缩量是控制重点，根据不同截面尺寸和接头形式理论计算的焊接收缩量参考。焊接在柱上的与梁连接的连接板下料钻孔时，先将与柱的焊接边的坡口加工好，坡口加工时注意要保留钝边。钻孔时以此坡口边为基准，保证钻孔尺寸和孔位准确。框架梁骨形连接应用于刚接框架梁处，钢梁的月牙形切削面表面应光滑。
4．3．装配要点
4．3．1．贯通式隔板箱型柱装焊顺序：
（1）在箱型组立机的组装平台上将下翼缘作为装配基准平面，平面度允许偏差为2mm以内。根据图纸将内、外侧腹板及各隔板的位置线在底板上标识出来，位置线采用双线标识。
（2）组装点焊所有内隔板，隔板与下翼缘板的垂直度不得大于1mm。
（3）再装配两侧腹板并与隔板顶紧，形成槽型。腹板在装配前组装点焊固定主焊缝的焊接衬板。要求衬板组装平直并与腹板严密贴紧。
（4）待隔板焊接、清理、检查完毕后，再装配另一块翼板，形成箱体。组装后的箱体截面高度要符合不同焊接区域的焊接收缩余量。
（5）箱形构件应在焊接主焊缝前检查组装尺寸，符合尺寸要求并点焊牢固。且组装时严禁强制成形，严格控制焊件的装配间隙和错位。以避免或减少焊接后的变形。
（6）箱型柱主焊缝采用合理的焊接顺序控制焊接变形。
（7）贯通式隔板处（在主梁连接的节点部位的箱型柱）独立整体装配，点焊好成封闭的盒子型，焊接时采用对称焊接，每条焊缝焊一遍后就停止，接着焊下一条焊缝，一次轮焊。每条焊缝焊1/3坡口深度后停止焊接操作，进行与上下主箱型组装成一体，组装时使用水准仪设备超平，保证箱型同心和垂直度。然后再焊接并采用同上的焊接顺序。严格控制焊接变形，保证焊接质量，并保证节点部位贯通隔板的标高位置控制在公差范围内。
（8）组装柱底顶板及连接板。并焊接。组装零部件时应先划出定位线（包括上下节柱的对正中心线和组装轮廓线等），定位线的量取应以构件一端为基准，一次量取，避免分段多次量取或以其他零件作为基准量取。
4．3．2．箱形柱上与梁腹板连接的节点板，在与柱的焊接边单铲坡口，单面焊。为保证焊后节点板与钢柱垂直，可在焊前预先成角度组对。并注意连接板位置偏心于钢柱轴心线。
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4．3．3．钢柱端铣前须先矫正、调直，箱型柱上、下节分节处安装定位连接板要在端铣后组装，保证装配位置准确。
4．3．4．主梁（犬骨梁）两端的过焊孔在焊接后进行加工，加工方法采用钻孔加火焰精切方法，并打磨平滑。此部位是关键部位要做磁粉检测。
4．3．5．梁腹板两端的螺栓孔群成品钻孔，并使用钻摸。孔群距离上下翼板公差为±1.5mm。梁两端孔群间距公差应保证在±1mm范围内。梁总长验收公差为0~ -5mm。
5．焊接要点
5．1．梁与柱刚性连接时，柱在梁翼缘上下各500mm的节点范围内（另加长50mm保证引弧处质量）柱翼缘与柱腹板间或箱型柱贯通式壁板间的连接焊缝应采用坡口全熔透焊缝，以及柱、梁变截面处及附近500mm范围为全熔透焊接区域，在此区域的焊缝长度的两端各加长50mm的全熔透焊缝，保证引熄引处的焊接质量。
5．2．箱型柱坡口主焊缝，首先采用CO2气体保护焊打底，打底厚度约坡口深度的1/2~2/3，不小于5mm，以使足以承受收缩变形引起的拉应力，打底焊完成后应将焊缝打磨干净，去除焊渣、飞溅等杂物，然后进行埋弧焊接。埋弧焊时，四条纵焊缝遵循同侧的两条焊缝同方向、相同规范施焊的原则，来减小构件的焊接变形。
5．3工厂焊接的全熔透焊缝均应要求与母材等强，焊缝质量等级为一级，其探伤检查应100%。
6．实际生产过程中遇到的问题及解决措施
6．1．焊接变形问题：（1）通过首批构件的制作，焊接收缩余量理论值还应结合实际情况，考虑下料、组装公差以及焊接等因素做适量调整，以贯通式隔板箱形柱为例：当钢柱长度方向每节贯能式隔板组装间隙小于或大于理论间隙约5mm时，焊接收缩量也相应减少或增大比较明显，如果这时还按理设收缩量预留，焊接后造成贯通式隔板标高误差比较大，两相邻隔板间距离并超差，出现这种情况会使与之连接的犬骨梁上下翼缘的现场焊接接口错边量超差，将导致现场钢梁不能顺利安装。（2）箱体焊接后箱体翼、腹板中部会因为主焊缝焊接收缩变形而鼓起，这种情况会导致柱截面增大，柱距变小。为解决焊接变形问题，采取下列措施：
（1）下料公差：箱体腹板宽度下料图纸尺寸公差为-1.5~+1mm，箱体腹板长度下料图纸尺寸公差为0~+2mm。箱体翼板长、宽度下料图纸尺寸±1mm。
（2）焊接收缩量的理论规定：每节箱体组对时翼、腹板长度方向根据组对时焊接间隙的大小每道焊口建议预留1~2mm焊接收缩余量，考虑到箱体焊接后箱体盖腹板中部会因为主焊缝焊接收缩变形而鼓起，为保证箱体中部与犬骨梁腹板连接板的装配精度。小箱体宽度方向根据组对时焊接间隙的大小每道焊口不预留或少预留焊接收缩余量。大箱体则每道焊缝预留收缩余量1--2 mm。
（3）板拼焊接H型钢梁长度方向加收缩余量0.5mm/m；腹板宽度方向加收缩余量0~+2mm ，下料时控制在此范围内。组对后梁两端全熔透区截面高度在焊接前保证尺寸为+2~4mm。
（4）钢柱上连接平台梁的连接板孔位相对柱中心尺寸公差定为±1.5mm验收。箱型柱翼缘板上与梁连接的连接板下料时在与箱体的焊接边尺寸公差为0~-2.5mm。装配焊接后应保证箱体中心到孔的距离公差控制在0~-3。
6．2．箱形柱中有部分贯通式隔板厚度小于40mm，材料没有Z向性能，这个部位由于隔板两侧均有全熔透焊缝形成十字形接头，焊接使隔板受拉力，容易产生层状撕裂。
为避免箱形钢柱贯通式隔板处层状撕裂的产生采取以下预防措施：
（1）对所有贯通式隔板采用具有Z向性能的钢板制作。
（2）为防止应力集中，贯通隔板装配时与柱身平齐端按照+2mm下料，装配时或焊接前使用角向磨光机将2mm打磨或铣掉，并保证火焰切割的淬硬化层被去除；所有贯通板焊接时严格执行多层窄焊道焊接工艺方法，并使用WPS中规定的最小电流（电流范围160~260A，电压范围24~32V）；所有贯通板焊接时，严格控制层间温度（160±50℃），随时使用测温枪测量；严格进行焊前预热，可使用电加热片或火焰加热方式，焊道两侧80mm范围内加热温度达到65℃以上；正式焊前仔细检查点固焊缝是否有裂纹、夹渣等缺陷，如有应清除后施焊。
7、结束语
综上所述，在制作过程中，对贯通式隔板箱形柱的精心装配，采用合理的焊接方法和焊接顺序以及收缩变形控制措施，可以有效的提高构件质量，为现场安装奠定了基础。
在安装过程中未反映有出现差错，通过箱形柱贯通式隔板与犬骨梁连接形式钢结构制作过程中的实践，从提升生产管理和施工技术方面上了一个新台阶，为今后高质量、高速度地完成类似工程打下了良好的基础。
参考文献：
[1]《钢结构设计规范》 GB50017-2003
[2]美国ANSI钢结构建筑抗震规ANSI-AISC-341-05
[3]《钢结构工程施工质量验收规范》 GB50205-2001
[4]美标《钢结构焊接规范》AWS D1.1
论文作者:薛玉芝
论文发表刊物:《基层建设》2019年第15期
论文发表时间:2019/8/7
标签：隔板论文; 腹板论文; 箱体论文; 公差论文; 钢结构论文; 截面论文; 余量论文; 《基层建设》2019年第15期论文;