摘要：钢结构的建筑工程优点是自重小，对于超高层建筑而言，具有良好的适用性，采取这样的施工方案有效控制施工周期，同时也有利于建筑外观设计。钢结构施工，涉及到大量的焊接处理。本篇文章基于此，探讨超高层建筑中钢结构施工焊接关键技术，首先简要介绍建筑施工焊接技术，其次提出防止钢结构形变的措施以及焊接施工准备，最后针对焊接技术应用进行探讨。希望本文的研究能够为读者提供有益参考。
关键词：钢结构；超高层建筑；焊接技术；建筑施工
前言：超高层建筑相较于其他高度的建筑，施工难度更大，对于施工技术的要求更高，有非常大的操作难度，施工过程伴有较大的风险。同时钢结构施工有严格的质量要求，为了保证钢结构建筑质量，需要对采取的施工技术进行分析，以此保障建筑工程的质量，符合质量、技术上的要求。
1钢结构施工焊接技术介绍
我国超高层建筑主要采用以巨柱、巨型斜撑结构，这样的结构设置，在进行焊接处理时施工人员很难集中焊接部位，从而影响了建筑质量，延长了施工周期，焊接施工一直是建筑钢结构施工管理和监督的重点。超高层建筑施工材料涉及大量的厚板、高强度钢，针对这些材料进行焊接施工难度较大，增加了焊接施工变形控制的难度，若是在细节处理上没有消除残余应力，很可能出现层状撕裂的问题。我国超高层建筑采用大量巨型钢柱、剪力墙，如深圳的京基大厦将厚度50mm~120mm的钢板进行焊接，这对于焊接施工的技术要求较大。同时钢结构建筑有大量的异型重钢件、锻钢件，焊接过程中容易因为热量过度集中，致使钢板、钢柱焊接形变，继而影响钢结构的整体，改变建筑应力分布。同时，建筑钢结构各节点分布复杂，呈现纵横交错的焊接缝隙，部分位置设置的焊接节点，需要利用塔吊进行分解其中，施工便利性大大减弱。此外，还要考虑钢结构在高温焊接条件下产生的形变问题，特别是高空焊接作业，要防范施工的安全隐患[1]。
2防止超高层钢结构建筑施工形变的措施
为了避免施工中因焊接产生的高温，造成钢结构形变问题，考虑到高温形变的复杂性，提出了临时加固、焊接顺序两项措施。
2.1临时加固
超高层钢结构焊接施工，其主要作业的部位集中在钢板剪力墙，通常在此部位与超长横焊缝并存，因此在焊接作业时受到高温的影响导致形变。为了解决这一问题，针对钢板剪力墙进行加固，避免高温形变，同时采用角钢对剪力墙进行加固，根据钢骨梁的位置，设置相应数量的角钢。钢结构存在一定的竖焊缝，长度在4~5m之间，长度通常为焊接部位的五分之一，基于竖焊缝受热顺序，从下往上进行焊接。但是，这样的操作也会改变竖焊缝的受热顺序，影响了焊接部位成形顺序，使得焊接效果出现或大或小的变形问题，因此焊接顺序要根据施工部位的实际情况而定，采取相应的加固措施防止形变。采用防止焊接形变的构件，针对焊接部位布置2块竖向连接板、6块横向连接板，2组拉梁，共同完成对焊接部位的临时加固。当以上加固设备校正完毕后，在斜撑内侧、钢柱设置16a槽钢斜拉固定，以此防止首段斜撑侧向变形。斜撑内部，在其左右两侧各设置30mm三角板[2]。
2.2焊接顺序
根据焊接受热顺序的不同，所采取的焊接顺序也要做出相应改变，以此保障焊接施工的实际效果和质量。对于超高层钢结构施工而言，其焊接难度更大，为了防止形变问题，需要考虑复杂的结构设计以及建筑构件，基于以上因素，选取合适的焊接策略，合理安排焊接顺序。例如，焊接巨柱应采用成条焊接的方式，当焊接进行到巨柱三分之一的厚度，拆除临时安装的耳板，分别从巨柱四个方向以相同的速度进行焊接。这一操作需要多人同时进行，以分段的方式退焊，对于施工技术的要求更高，要始终保持稳定的速度、力度，对于焊接温度也有要求，控制在80~150℃范围内，要保证焊接持续进行，以施工人员轮换的方式焊接，确保整条焊缝持续焊接不中断。
3超高层钢结构施工焊接设备、材料
焊接设备要求满足三个要求：1、采用高效节能的二氧化碳焊机，以二氧化碳作为保护焊。2、采用逆变二氧化碳焊机。3、焊接自动化，确保焊缝在焊接过程的持续性、完整性。采用不同的焊接材料，其获得的焊接效果也不同，焊条电弧焊使用过后需要频繁更换焊条，同时焊接完成后还需要进行清渣工作，限制条件较多。但是这种焊接方法对于设备的要求较低，便于携带、轻便，可以满足复杂的施工环境，可用以临时连接、定位焊等操作[3]。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆采用二氧化碳保护焊，配合的焊丝材料为低合金碳钢，这种材料适用于碳钢、低合金结构钢的焊接作业，以焊丝中的锰、硅补充熔池在焊接过程中母材损失的锰和硅，通过这样处理，有效保障焊接部位的力学性能。它具有焊丝填充快、焊接速度快的优点，广泛应用于钢结构建筑施工。对于建筑外观有特别需求的焊接部位，采用药芯焊丝，这种焊接材料的成形美观，有良好的工艺性能。在应用过程中，要注意熔敷效率、扬尘控制问题，避免焊接效果受到影响。随着新型焊辅材的开发，一些新材料适用于超高层钢结构施工，其焊接辅材具有突出的效果。如陶瓷挡板，相比起钢制引弧板，其使用性能没有太大差距，同时比传统辅材更节省焊材、钢材；保证应力合理分布，为打磨焊接节点提供良好条件，增强节点疲劳强度和抗震能力。
4超高层钢结构施工焊接技术
4.1电加热技术
传统焊接施工，为了保证焊接施工的质量和效率，通常会采用火焰加热的方式完成焊前预热、焊后保温，但是超高层建筑的焊接节点分布复杂，构建截面、钢板厚度相比其他建筑更大，采用火焰加热的方式容易造成受热不均匀，不易把控焊接温度。针对焊前焊后的加热问题，采用电加热的方式，这种方法可以保证均匀加热，更有利于控制焊接温度，呈现良好的焊接效果。焊接热处理构件形状、尺寸、厚度，其碳钢通常带有优质陶瓷电加热器，要求在焊缝坡口对应两侧。有的焊接部位截面施工比较复杂，针对这一情况，采用铁丝绑扎的方式，以一根导线连接温控仪进行加热处理[4]。电加热技术升温、预热的速度缓慢，通常每小时上升50℃，保证了加热、保温的均匀性，预热口采用对口中心的设计，可以在焊缝周围100mm进行加热。针对不同焊接部位，可以通过电加热的方式设定相应的温度，为保证温度符合特定要求，加热器装设红外线测温仪，以此获取精确的温度信息，同时使用温控仪保持加热、保温的温度。完成整条焊道施工，进行后热处理，温度控制在250~300℃之间，持续时间设定在1~2小时，最后保温缓冷。对于焊接工作温度，同样有相应要求，当温度达到零度以下，在原加热温度基础上，适当增加100~200℃，至于保温时间需要根据构件厚度以及相关参数而定，同样需要保温缓冷处理。为了避免雨雪天气对焊接温度的影响，需要提前做好相关防护措施。
4.2焊接机器人技术
为了提高焊接的精确度，提高施工效率，应对钢结构建筑大型化、精密化的施工需求，同时也是为了保障施工安全，将焊接机器人应用于焊接施工，以此提高施工质量和效率。此外，以焊接机器人技术为代表的自动焊技术，对于施工人员的技术水平要求低，同时其自动化程度高，极大程度降低了焊接工作量，保证施工稳定、高效率。如“鸟巢”体育场的施工就采用了焊接机器人技术，采用GDC-1轨道式焊接机，针对工程九号柱进行二氧化碳气体保护焊，全程有焊接机器人进行，保证施工效率和安全。对于焊接机器人，主要有两个方面的应用，第一种是开发新型焊接设备，针对不同的施工环境，设计出相匹配的设备。第二种是改进焊材，基于自动焊技术的基础，开发防护性、实用性更强的焊材，以此满足施工对于性能的需求，扩大焊应用范围。
4.3应力实时监测技术
这一技术利用监测设备以及软件配合，在焊接过程中对巨型斜撑、巨柱等部位受力情况进行分析。通过软件分析，可以明确焊接部位机构的相应规律，方便后续施工，安排焊接计划，由此避免因焊接不当造成的形变问题，提高钢结构安装精度。在焊接节点处，针对构件、焊缝分布安装监测点，通过监测设备实时获知应力分布情况。伸臂桁架在焊接过程出现较大的拉应力变化，需要在作业过程时刻关注其应力变化情况，借助实时监测技术，能够有效防止因应力变化引起的一系列问题。采用自伸臂桁架焊接后，根据监测结果，发现其应力主要由焊接产生的残余应力引起，整体受力无大碍。因此，时刻关注焊接过程的应力变化，采取合理的工艺，有效提高焊接施工质量。
结论：综合上述，超高层钢结构焊接施工，需要注意焊接过程因为高温引起的形变问题，需要采取临时加固、正确焊接顺序的措施，进行处理。同时选用合适的焊接设备、材料，配合电加热、焊接机器人、应力实时监测技术，提高工程施工质量。
参考文献：
[1]李宗权.现代化建筑中钢结构安装施工技术的要点分析[J].住宅与房地产,2018(03):207.
[2]丁小勇.建筑工程中钢结构安装焊接施工技术应用[J].绿色环保建材,2017(12):202.
[3]于海龙.超高层建筑钢结构施工焊接关键技术[J].城市建设理论研究(电子版),2017(12):85-86.
[4]刘晓斌.超高层建筑钢结构施工焊接关键技术[J].金属加工(热加工),2014(18):20-23.
论文作者:王汉龙
论文发表刊物:《基层建设》2018年第33期
论文发表时间:2019/1/7
标签：钢结构论文; 应力论文; 部位论文; 建筑论文; 高层建筑论文; 中钢论文; 顺序论文; 《基层建设》2018年第33期论文;