超高层建筑伸臂桁架焊接施工技术

超高层建筑伸臂桁架焊接施工技术

叶健强

身份证号码：44190019870914xxxx

摘要：本文以工程为例，项目部在进行伸臂桁架施工中充分了解结构受力体系，提前做好施工的各项准备工作，合理进行工序安排，确保了施工安全，保证了工程质量，取得了预期的社会效益和经济效益。目前我国经济处于高速发展阶段，全国各地进行大量的超高层建筑建设，在超高层建筑结构中，合理地采用伸臂桁架结构，可以有效地增大建筑物的结构刚度，控制建筑物的水平位移，协调建筑物竖向荷载的分布，平衡建筑物的沉降差，使建筑物做的更高更经济。

关键词：超高层；建筑伸臂桁架；焊接施工

1工程概况

1.1项目结构概况

某项目总建筑面积217877.29m2，其中地下建筑面积为44330.85m2，地上建筑面积为173546.44m2。地上主要由A塔楼、B塔楼、裙楼三部分组成，其中A塔楼层数为39层，高度为176.1m；B塔楼层数为51层，高度为212.4m，裙楼共9层将A，B塔楼连为一个整体，地下室共3层。A塔楼、B塔楼采用钢管混凝土框架——钢筋混凝土核心筒混合结构，裙房采用钢管混凝土框架——剪力墙结构。结构上利用避难层（A塔楼25层，B塔楼25和40层）作为加强层，沿双方向4条轴线设置钢结构伸臂桁架。另外B塔楼在加强层同时沿周边设置斜腹杆桁架水平环带以进一步提高整体刚度。

1.2伸臂桁架概况

该建筑在A楼25层、B楼25层及40层设置避难层，在结构上利用这些避难层来作为该建筑结构的加强层。加强层层高为4.8m，在每个加强层沿双方向4条轴线设置钢结构伸臂桁架，连接核心筒以及外框架柱，以增大结构的侧向刚度，抵抗水平力的作用。

为了减小核心筒与周边框架的纵向变形差产生的伸臂桁架中的次应力，伸臂桁架中的斜腹杆采用滞后连接。对于仅设1个加强层的A塔楼，伸臂桁架可在主体结构施工完成后进行封闭。对于设置2层加强层的B塔楼，25层伸臂桁架可以在施工40层伸臂桁架后封闭，40层伸臂桁架可在主体结构完成后封闭。

2现场安装施工工艺流程

伸臂桁架安装以钢构件吊装工作标志开始，整体焊接完成，焊缝检测合格，油漆施工完毕作为结束，其中焊接工序需主体结构封顶后再进行施工。具体流程如图1所示。

图1施工工艺流程图

3施工准备

（1）作业人员需进行入场教育，做到培训合格，特种作业人员需持证上岗并具备厚板焊接经验。

（2）施工前对现场作业人员进行安全技术交底。

（3）严格按照规范要求控制钢构件车间预制精度，进场后由专业质检人员进行验收。

（4）钢结构深化图已经设计院签字确认，满足设计要求。

（5）焊接作业及高处作业环境条件应符合施工规范和标准的要求。

4焊接施工控制要点

（1）组对工艺控制措施。

（2）厚板焊接工艺措施及焊接变形控制。

（3）焊后无损检测项目及要求。

5针对焊接控制要点现场解决方案

5.1钢梁与牛腿现场连接节点优化

按照设计蓝图节点要求，伸臂桁架钢梁与牛腿间连接节点为半刚性连接，钢梁翼缘为带垫板全焊透对接焊缝，腹板为高强螺栓连接节点。但由于现场安装影响因素较为复杂，误差难以控制，在该节点深化时，钢结构专业分包单位设计院对钢梁与牛腿连接节点进行改造，改为刚性连接，翼缘位置焊接方式不变，取消腹板高强螺栓节点，改为焊接连接。节点改变的目的主要是便于现场消化吸收安装及制作的累计误差。由于焊缝为带垫板焊接，若组对间隙稍大，垫板宽度可消化掉多余的间隙尺寸，保证正常焊接。若组对间隙过小，现场通过火焰切割或打磨的方式对构件多余尺寸进行修改。

5.2做好焊接变形控制，严格执行变形控制工艺

伸臂桁架钢梁及钢柱牛腿材质均为Q345GJC—Z15钢，焊接H型钢横截面尺寸为H550mm×400mm×30mm×50mm和H550mm×400mm×30mm×40mm。现场焊接方法为CO2气体保护焊，焊接材料选用带有自保护功能和工艺性能更好的药芯焊丝，焊丝直径为1.2mm。1榀桁架需要焊接20处节点，焊缝总长度为27m，焊接工作量较大，且均为厚板焊接。现场共计8榀伸臂桁架，面对如此大的焊接量，如何控制焊接变形，使结构发挥出最佳的结构功能作用是现场需要解决的一大难点。结构上，8榀钢梁2个1组分布在核心筒东南西北4个角上，4个方向上的桁架间由于核心筒混凝土早已施工完成，不存在明显的焊接传力。笔者以任意1榀桁架焊接变形控制举例说明。首先，遵循对称焊接的原则，1根钢梁两端要同时施焊，焊接参数、焊接速度尽量保持一致；其次，对于钢梁两端组对后间隙差别较大的情况，应先焊接收缩量大的一端；再次，多层多道焊焊接电流不宜过大，焊接速度可稍快一些，减小焊接摆动；最后，焊缝背部需焊接防变形的加劲板，防止单面焊热输入过大引起变形。另外，焊接时若天气潮湿、气温较低时应增加焊前预热和焊后缓冷措施。

5.3焊后无损检测项目及要求

现场伸臂桁架焊缝均为一级焊缝，无损检测项目为目视检测和超声波检测，检测比例均为100％。焊接完成后无损检测前应切除引弧板和熄弧板，对焊缝进行打磨修理。对焊瘤、凹坑、咬边、表面气孔及余高超高等表面缺陷进行打磨和焊接修补，并保证焊缝两侧各100mm附近的锈迹、飞溅及油漆清理干净，不影响超声波现场探伤检测。

5.4剪力墙混凝土浇筑质量控制

在第28层、第29层梁板4轴、8轴处各设有1道截面尺寸为：700×1300mm的暗梁，伸臂桁架处于暗梁中，伸臂桁架的弦杆（BH800×350×36×50）、腹杆（BH500×350×36×50）截面尺寸大加之暗梁钢筋密集，以及剪力墙钢筋，这些均对该暗梁和剪力墙混凝土浇筑时的下料、振捣带来很大的困难。在绑扎该剪力墙水平钢筋时，水平钢筋应尽量避开与伸臂桁架H型钢的上下翼缘，以减少混凝土的下料难度。剪力墙混凝土浇筑临时分成两部分，先浇筑暗梁下面的剪力墙混凝土，待其密实后再浇筑暗梁部位（上下两部分不留施工缝）。并对剪力墙采用对称浇筑，混凝土的下料从剪力墙两侧设置下料口，让混凝土从该剪力墙两端流入，对于该剪力墙的混凝土配合比根据施工工艺要求增大坍落度进行设计，并采用粒径小的级配的石子，以增加混凝土的流动性。另在剪力墙两侧各开设3个2.5m浇筑孔，该浇筑孔既可用于输运泵直接向剪力墙内输入混凝土，也可用于插入振动棒进行振捣；同时，采用振动棒挂在剪力墙外模板上进行振捣，浇筑过程中加强人员监控，用小锤敲打模板进行观察，以确保混凝土的密实度。浇筑暗梁混凝土时，采用小振动棒进行振捣，以保证上下混凝土之间的密实。

6其他焊接要点的技术控制措施

（1）伸臂桁架钢梁车间分段制作伸臂桁架结构主要是由上下横梁、两端钢柱及十字钢梁组成。钢梁预制时十字钢梁应进行散拼。钢梁散拼后虽然增加了现场焊接量，但减小了现场安装难度，有利于焊缝组对质量控制。（2）焊接应尽量错开大风季节或大风天气由于伸臂桁架安装所在位置较高，风速较大。现场焊接方法为CO2气体保护焊，焊接区域并无结构遮挡物，全部外露，当环境风速稍大，结构内便会产生过堂风，在此条件下若无防风措施，便不具备焊接条件。（3）焊接作业不宜在冬季施工若焊接时处于冬季，天气较冷，钢板温度过低，焊接前需进行加热处理。由于伸臂桁架板厚较大，加热升温工作量大。为防止焊缝出现裂纹，焊缝焊接完成后不可直接暴露于冷空气中，需要采取缓冷措施，给施工带来一定不便。在冬季进行超声波检测，由于耦合剂多为水性，遇到焊缝时会迅速结冰，对焊缝检测也产生一定的影响。

结论

该项目超高层项目避难层伸臂桁架安装焊接施工的分析总结，基本掌握了超高层伸臂桁架安装焊接的技术要领，并且从中汲取了宝贵的经验财富。在今后面对同样或类似工程项目时，可以提早制订出更加优化的技术方案，降低现场施工难度，加强对施工重点问题的预防和监控，以打造质量精品工程。

参考文献：

[1]钢结构施工，徐占发吴金驰许大江，武汉，华中科技大学出版社，2010.3

[2]钢结构施工技术与实训，胡建琴，北京，化学工业出版社，2010.2