桁架柱焊接方案

【国家体育场工程】【钢结构桁架柱焊接方案】1目录1编制依据-------------------------------------------------------------------------------------21.1主要规范、规程及标准--------------------------------------------------------------21.2施工图纸及有关文件-----------------------------------------------------------------21.3其它--------------------------------------------------------------------------------------22工程概况-------------------------------------------------------------------------------------32.1工程简介--------------------------------------------------------------------------------32.2工程难点--------------------------------------------------------------------------------33桁架柱焊接工艺----------------------------------------------------------------------------33.1总体焊接顺序--------------------------------------------------------------------------33.2总体焊接方法--------------------------------------------------------------------------33.3柱与柱的焊接--------------------------------------------------------------------------43.4箱形腹杆的对接-----------------------------------------------------------------------63.5焊接材料及焊接工艺参数-----------------------------------------------------------74防风措施设计-------------------------------------------------------------------------------85现场焊接管理-------------------------------------------------------------------------------9【国家体育场工程】【钢结构桁架柱焊接方案】2国家体育场钢结构桁架柱焊接方案1编制依据1.1主要规范、规程及标准序号名称编号1钢结构设计规范GB50017-20032建筑钢结构焊接技术规程JGJ81-20023钢结构制作安装施工规程YB9254-954钢结构工程施工质量验收规范GB50205-20015高层建筑结构用钢板YB4104-20006低合金高强度结构钢GB/T1591－947厚度方向性能钢板GB/T5315-858高焊接性能铸钢DIN171829钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级GB11345－8910北京市建筑工程施工安全技术规程DBJ01-62-200211建筑工程施工质量验收统一标准GB50300-200112国家体育场钢结构工程施工质量验收标准QB/GJJT-GTCG-20051.2施工图纸及有关文件《国家体育场钢结构设计施工图》《国家体育场工程主结构施工方案》《国家体育场钢结构现场焊接管理规程》1.3其它序号名称编号1建筑结构长城杯工程质量评审标准DBJ/T01-69-20032建筑长城杯工程质量评审标准DBJ/T01-70-20033北京城建集团国家体育场工程总承包管理体系文件2005版4国家体育场钢结构工程焊接工艺评定方案TP-02-04-003【国家体育场工程】【钢结构桁架柱焊接方案】32工程概况2.1工程简介国家体育场钢结构桁架柱共计24根，其中，Ⅰ区钢结构桁架柱12根，编号为P1~P8、P21~P24。桁架柱为三角形断面组合柱，由一根菱形内柱和两根箱形外柱组成，内、外柱之间设有箱型腹杆，两外柱之间则设有箱型立面次结构。桁架柱上大下小，上端与主桁架相连，下端则与柱脚相接。其中，内柱垂直于地面，而两外柱则倾斜向外。桁架柱单根最重达500多吨，最高为67米，体形庞大，整根吊装难度极大。为此，根据桁架柱的特点、现场场地条件及安装精度要求、工期要求等实际情况，每根桁架柱分成两段，即下节柱和上节柱，采用800t履带吊分段进行吊装，在高空进行焊接。桁架柱的现场接口主要包括下节柱与柱脚的焊接、下节柱与上节柱的对接以及桁架柱内部箱型腹杆的对接。接口处内、外柱板厚在20~100mm之间，其中部分菱形内柱的接口为100mm厚的Q460E钢板，箱形腹杆板厚在16~36mm之间。下节柱与柱脚的内柱现场接口为铸钢件与Q345D(GJ)或Q460E的焊接。2.2工程难点桁架柱中既有高强钢（Q460E钢）的焊接，又有铸钢件的焊接，焊接工作量大。薄板焊接变形大，厚板焊接熔敷量大，温度控制和劳动强度要求高。而高空焊接、冬雨季焊接的防风雨、防低温措施更使得焊接难度增大。3桁架柱焊接工艺3.1总体焊接顺序（1）先下后上，分段处的内、外柱三条焊缝同时对称施焊。（2）先焊柱与柱的对接焊缝，后焊柱牛腿与腹杆间的对接焊缝。3.2总体焊接方法根据现场接口型式、母材性能、技术要求及本公司的装备条件，现场桁架柱的焊接主要采用半自动CO2气体保护焊（GMAW）。焊接位置困难之处采用手工电弧焊【国家体育场工程】【钢结构桁架柱焊接方案】4（SMAW）。3.3柱与柱的焊接（1）坡口形式菱形内柱的对接焊缝坡口形式见图1，箱形外柱的对接焊缝坡口形式见图2，铸钢件与柱脚的对接焊缝坡口形式见图3。＞50≤50图1菱形内柱对接焊缝坡口形式668＞506t≤50图2箱形外柱的对接焊缝坡口形式t＞50t≤503°68t铸钢件铸钢件t35°683°30°图3铸钢件与柱脚的对接焊缝坡口形式【国家体育场工程】【钢结构桁架柱焊接方案】5（2）焊接位置：横焊（3）焊接方法Q460E钢与Q460E钢的对接采用药芯焊丝CO2气体保护焊或手工电弧焊，其他钢种对接采用实芯焊丝CO2气体保护焊或手工电弧焊。（4）预热对于板厚大于36mm的Q345GJ-D钢板与Q345GJ-D或铸钢件焊接要进行预热。其中，板厚小于等于50mm的钢板焊接时可采用火焰预热，板厚大于50mm的钢板焊接时采用电加热片伴随预热，预热温度为120℃，层间温度120～200℃。预热范围为坡口两侧三倍板厚范围，且不小于100mm。对于厚度大于50mm的接头，焊后利用预热设备立即升温至250℃，保温2小时缓冷。对于Q460E钢板与Q460E、Q345GJ-D或铸钢件焊接要进行预热。采用电加热片伴随预热，预热温度为150℃，层间温度150～250℃。预热范围为坡口两侧三倍板厚范围，且不小于100mm。焊后利用预热设备立即升温至250℃，保温2小时缓冷。（5）焊接顺序每个接口由2～4名焊工同时对称施焊，采用多层多道焊，实行包角焊，如图4所示。甲图a两名焊工焊接时的焊接顺序示意图乙21甲43231乙42甲13乙4甲43乙2112乙12甲1丙21丁221121212图四名焊工焊接时的焊接顺序示意图乙丙丁甲图4柱与柱焊接顺序【国家体育场工程】【钢结构桁架柱焊接方案】6内、外柱与下柱顶节点的三条对接焊缝应同时施焊。3.4箱形腹杆的对接（1）坡口形式：见图56图5箱形腹杆的对接焊缝坡口形式（2）焊接位置：全位置（3）焊接方法采用药芯焊丝CO2气体保护焊或手工电弧焊。（4）焊接顺序翼缘板焊接时要加引弧板。每个接口由2～4名焊工同时对称施焊，采用多层多道焊，如图6所示。先焊腹板的对接焊缝，再焊翼缘板的对接焊缝。21甲222甲21乙11乙2图6箱形腹杆的对接焊缝焊接顺序【国家体育场工程】【钢结构桁架柱焊接方案】73.5焊接材料及焊接工艺参数根据桁架柱安装分段，桁架柱安装焊缝为Q345D(GJ)与Q345D(GJ)、Q345D(GJ)与GS-20Mn5V、Q345D(GJ)与Q460E、Q460E与Q460E、Q460E与GS-20Mn5V间的对接焊缝。根据焊接工艺评定结果，桁架柱焊接材料见表1，焊接工艺参数见表2。表1桁架柱焊接材料序号母材焊接材料二氧化碳气保焊药芯焊丝CO2气体保护焊手工电弧焊1Q345D(GJ)+Q345D(GJ)、GS-20Mn5VER50-GE501T-1E50152Q460E+Q460E/E55T1-K2E5515-G3Q460E+Q345D(GJ)、GS-20Mn5VER50-G/E5015表2焊接工艺参数焊接部位材质焊接方法焊接位置焊接材料焊接工艺参数备注型号规格(mm)电流(A)电压(V)焊速（cm/min）气流量(L/min)内外柱Q345D(GJ)+Q345D(GJ)、GS-20Mn5V、Q460EGMAW横焊ER50-Gφ1.2180～22025～2820～3020～25打底层200～25028～3220～3020～25填充层200～25028～3220～3020～25盖面层SMAW+GMAW横焊E5015φ3.290～12022～269～14/打底层ER50-Gφ1.2240～32028～3220～3025填充层240～32028～3225～3525盖面层SMAW横焊E5015φ3.2100～12022～269～14/打底层φ4160～18024～269～18/填充层φ5200～24026～289～18/盖面层【国家体育场工程】【钢结构桁架柱焊接方案】8Q460E+Q460EFCAW横焊E55T1-K2φ1.2170～20030～3620～3020～25打底层230～25030～3620～3020～25填充层230～25030～3620～3020～25盖面层SMAW+FCAW横焊E5015φ3.2100～12022～269～14/打底层E55T1-K2φ1.2230～25030～3620～3020～25填充层φ1.2230～25030～3620～3020～25盖面层SMAW横焊E5515-Gφ3.2100～12022～269～14/打底层φ4160～18024～269～18/填充层φ5200～24026～289～18/盖面层腹杆Q345D+Q345DSMAW立焊仰焊E5015φ3.290～11022～269～14/打底层φ4150～18024～269～18/填充层φ5190～23026～289～18/盖面层FCAW立焊E501T-1φ1.2140～17025～2820～3020～25打底层170～21028～3220～3020～25填充层160～19028～3220～3020～25盖面层SMAW+FCAW立焊E5015φ3.290～11022～269～14/打底层E501T-1φ4170～21028～3220～3020～25填充层φ5160～19028～3220～3020～25盖面层FCAW平焊E501T-1φ1.2170～20026～3020～3020～25打底层200～25028～3220～3020～25填充层200～25028～3220～3020～25盖面层备注：当Q345D(GJ)与GS-20Mn5V、Q345D(GJ)与Q460E、Q460E与GS-20Mn5V采用实芯焊丝CO2气体保护焊时，保护气体采用20％CO2+80%Ar的混合气体