超高层钢板墙焊接工法

关于超高层钢板墙焊接工法本工法：科技查新报告编号JS2011-95。检索结论

：除本项目外，国内外未见超高层纯钢板剪力墙结构采用全焊接连接，超长竖向焊缝采用分段倒退焊接，横向焊缝采用从中心向两边对称同时焊接方法的文献报道。科技成果鉴定证书编号“中建科建字（2011）第46号”。鉴定结论：纯钢板剪力墙施工技术达到了国际领先水平。第2页,共29页，2024年2月25日，星期天1、前言随着国内外超高层建筑的兴起，越来越多钢板剪力墙体系结构被应用，钢板墙与主体框架连接的节点分为3种，分别为栓焊连接、全栓接、全焊接。钢板墙竖向焊接典型节点钢板墙与钢梁水平焊接典型节点第3页,共29页，2024年2月25日，星期天2、工法特点节省工期。此工法克服了因精工精度、安装精度、结构沉降变形等影响螺栓安装的诸多负面因素，为结构安装进度争取时间。节约成本。焊接节点综合成本远远低于高强螺栓节点综合成本。工艺成熟可靠。采用工艺成熟，应用广泛二氧化碳气体保护焊，通过分段跳跃焊接、对称焊接等恰当的工艺控制措施，控制焊接应力应变，连接节点可靠性高于高强螺栓连接连接节点的。第4页,共29页，2024年2月25日，星期天3、适用范围本工法适用于采用全焊接的钢板剪力墙结构体系。同时，对于超长焊缝、焊接拘束度大的焊缝焊接，可以参照此工法。第5页,共29页，2024年2月25日，星期天4、工艺原理按自中心向四周、平面中心对称、间隔跳跃的原则，确定每层各块钢板墙焊接的平面顺序。焊前拟定两组焊接顺序，分组进行焊接应力监测试验。通过焊接应力监测数据分析，将焊接后应力较小的一组焊接顺序确定为单块钢板墙的焊接顺序。超长焊缝采用分段倒退焊接的原理，分段倒退的焊接方法是将焊缝自上而下分成若干个600mm分段，每600mm的立焊缝范围内自下向上焊接，每600mm的焊缝焊至1/3焊缝高度之后再向下在下一位置焊接，依次顺序直到焊接完成。对横焊缝采用从中心向两边对称同时的焊接方法，焊接顺序与立焊缝相同。第6页,共29页，2024年2月25日，星期天5、施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程外观检查监测试验焊接前提焊接准备现场焊接焊后检测结构荷载达到设计要求确定焊接工艺对焊缝坡口进行打磨、除锈检查坡口尺寸、填写焊前坡口检查记录检查焊接设备及焊剂防风照明设施准备检查钢夹板及临时螺栓紧固状态对坡口附近原材进行超声波检测焊前预热温度检查水平焊缝焊接竖向焊缝焊接焊后后热、保温无损检测多人同时分段倒退焊接24小时超声波探伤磁粉探伤48小时后随机超声波探伤第7页,共29页，2024年2月25日，星期天5.2施工操作要点5.2.1确定焊接顺序（1）整体焊接顺序纵向：为达到焊接后各楼层的应力分布均匀，采取自下而上逐楼层焊接的纵向总体焊接顺序。即每一层全部焊缝焊接完成后，开始下一楼层焊接；第8页,共29页，2024年2月25日，星期天单层水平顺序：以中心钢柱为基点，自内向外，按对称原则进行跳跃焊接。如图示①→⑤顺序。图1钢板墙整体焊接顺序第9页,共29页，2024年2月25日，星期天单片钢板墙焊接顺序（1）先横焊，后立焊依照“先焊收缩量大的焊缝”的原则及监测试验结果，单片钢板墙采取“先横焊，后立焊”的焊接顺序，即先焊底部坡口横焊缝，后焊两侧贴脚立焊缝。说明：按①→②→③顺序焊接。第10页,共29页，2024年2月25日，星期天（2）分段倒退焊接：钢板墙焊缝通常为超长焊缝，根据焊工实际工作强度，按600mm长进行分段倒退焊接。分段倒退焊接是将长焊缝分为若干段，各段依照与焊接方向相反的顺序逐段焊接的焊接方法（见下图）。每条焊缝安排三人（或多人）同时焊接，根据钢板墙焊缝长度，每人焊接可分2~3段。每焊完一层后轮换至下一段。分段倒退顺序应与焊接方向反向。水平横焊分段焊接顺序（①→②→③）示意如下说明：横（平）焊缝焊接操作方向为从左到右，各段焊缝焊接顺序则为从右到左排序。第11页,共29页，2024年2月25日，星期天连接夹板立向焊缝焊接顺序（①→②→③），自上而下分段倒退焊接。以标准层为例，立焊可安排两人同时焊，每人焊接三段，每焊完一层轮换至下一段。示意如下说明：立焊缝焊接操作方向为自下而上，各段焊缝焊接顺序则为自上而下排序。第12页,共29页，2024年2月25日，星期天层间温度控制钢板墙要在地震时发挥作用，需尽可能减小焊接残余应力，以满足钢板墙荷载状态满足设计要求。经过多次试验监测及有限元模拟分析结果比对，焊接层（道）间温度应控制在120℃以内。经反复论证后的焊接工艺，实际监测数据与有限元模型数据极为接近，合理的焊接顺序及层间温度控制措施，焊接应力场分布均匀，平均焊接应力小于100Mpa。避免了应力集中诱发焊接裂纹的可能。局部复杂结构部分存在应力集中区域，应针对具体结构形式优化工艺参数。图-6监测值与模拟计算值对比图-7焊接应力场分布模拟图第13页,共29页，2024年2月25日，星期天注：立焊应搭设安全可靠操作架，可参考下图。钢柱钢板墙焊接操作架组合楼板操作架示意图第14页,共29页，2024年2月25日，星期天5.2.3焊前构件质量检查由于钢板墙焊接是在结构框架已完成并以承担上部结构荷载的状态下进行，所有焊缝均受刚性拘束。为最大程度降低焊接残余应力引发层状撕裂及焊接裂纹发生的可能，应对T型对接坡口横焊相关的框架梁上翼缘母材和处于焊接拉应力方向上的工厂加工焊缝进行焊前超声波探伤，排除因材质及焊接缺陷引发焊接裂纹的隐患。如下图说明：①钢梁上翼缘钢板使用直探头扫查；

②钢梁上翼缘与钢板墙对应位置无法使用直探头扫查区域使用60°或70°斜探头扫查。第15页,共29页，2024年2月25日，星期天5.2.4焊前准备工作（1）检查连接夹板及安装螺栓全部安装。螺栓紧固，钢夹板与钢板墙、钢柱连接板贴合紧密无间隙，钢夹板无翘曲变形起鼓。如有变形发生，采取火工或千斤顶进行现场矫正。（2）焊接辅助人员应在焊接前对焊缝坡口进行打磨除锈，保证焊前坡口的平整清洁；对超过规范要求的错边进行修正。以利于提高焊缝质量。（3）焊接技术人员须在焊接前检查坡口，清除坡口污染物及油、水，并填写焊前坡口检查记录。5.2.5焊接工艺焊接方法：选用CO2气体保护焊。焊接位置：横焊、立焊。第16页,共29页，2024年2月25日，星期天（3）焊接参数1）板对接焊缝型式：横焊，单V型坡口35°，间隙9mm。焊接参数表（横焊）焊丝

ER50-6规格焊剂或气体CO2

焊接方法CO2保护半自动焊焊接位置横焊焊接设备型号NBC-500A电源及极性直流反接预热温度（℃）60℃层间温度120℃/焊接工艺参数层次焊接方法焊条或焊丝焊剂或保护气保护气体流量(1/min)电流（A）电压（V）焊接速度(cm/min)热输入(kJ/cm)备注牌号直径(mm)1~2CO2焊ER50-6Ф1.2CO240~50290~31036~3835~45/

3~9CO2焊ER50-6Ф1.2CO240~50310~32036~4035~45/

盖面CO2焊ER50-6Ф1.2CO240~50270~29036~3835~45/

技术措施焊前清理用钢丝刷及砂轮清理坡口层间清理清渣及飞溅背面清根/其它：

第17页,共29页，2024年2月25日，星期天2）板搭接焊缝型式：立焊焊接参数表（立焊）焊丝

ER50-6规格焊剂或气体南亚CO2

焊接方法CO2保护半自动焊焊接位置立焊焊接设备型号NBC-500A电源及极性直流反接预热温度（℃）60℃层间温度120℃

焊接工艺参数层次焊接方法焊条或焊丝焊剂或保护气保护气体流量（1/min）电流（A）电压（V）焊接速度(cm/min)热输入(kJ/cm)备注牌号（mm）1~2CO2焊ER50-6Ф1.2CO240~50180-22026-3035-40/

3~9CO2焊ER50-6Ф1.2CO240~50200-24028-3235-40/

盖面CO2焊ER50-6Ф1.2CO240~50200-24028-3235-40/

技术措施焊前清理用钢丝刷及砂轮清理坡口层间清理清渣及飞溅背面清根/其它：

第18页,共29页，2024年2月25日，星期天6、材料与设备本工法需要采用的机具设备见表1。表1机

具

设

备

表第19页,共29页，2024年2月25日，星期天7、质量控制7.1工程质量控制标准7.1.1焊缝外观质量控制标准第20页,共29页，2024年2月25日，星期天7.1.2焊缝无损检测执行标准焊缝无损检测执行《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001、《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ81-2002、《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》GB11345的要求及《磁粉探伤方法》（GB/T15822-2005）。另外根据设计要求还必须满足以下设计要求:（1）一级全熔透焊缝----100%超声波检验,评定等级为Ⅱ,检验等级为B级。。（2）除一级以外的全熔透焊缝,局部熔透焊缝——至少20%超声波检验，评定等级为Ⅲ,检验等级为B级。（3）对于焊脚尺寸大于12mm的角焊缝进行不少于20%的超声波检测以及至少20%的磁粉检测。（4）三级焊缝———不要求超声波检验。磁粉检查至少10%。（5）钢板墙所有焊缝需进行100%磁粉检测。立向贴脚焊缝检测使用湿法磁悬液探查，横焊缝使用干法磁粉探查。第21页,共29页，2024年2月25日，星期天7.2质量保证措施7.2.1严格控制焊接顺序按确定的焊接顺序进行焊接，焊接过程中管理人员要求全过程旁站。7.2.2避免气候影响（1）进入冬施期间或气温低于5℃时，不得施焊。（2）气体保护焊时当风力大于二级，应采取防风措施方能施焊，风力大于五级须停止焊接。7.2.3焊工管理(1)参加钢板墙焊接作业的焊工应按照《钢结构焊接技术规程》JGJ81-2002的要求进行附加考试。附加考试合格的焊工方能上岗作业，且考试合格的焊工仅允许在考试合格的范围内施工，严禁焊工在超出自己焊接考试合格范围之外的位置进行焊接作业。（2）焊工在进行焊接作业之前焊接工程师应对其进行详细的焊接技术交底，并编制焊接工艺卡。（3）焊工作业的过程中应该严格按照焊接工艺卡的要求进行焊接施工，每个焊工在焊接操作之前应该认真填写焊前检查记录，焊前检查合格之后才能开始焊接工作。（4）焊工在焊接全过程中发现任何可疑的母材缺陷、焊接裂纹等缺陷，必须报告焊接工程师，由焊接工程师及总工确定处理方案之后方可继续进行焊接作业。焊工无权私自处理任何与焊接有关的裂纹等缺陷。（5）焊接完成后，焊工应在焊缝附近打上自己唯一固定的焊工钢印号，并填写焊接过程记录表。焊缝外观检查合格之后才能进行无损检测，焊工对自己所有焊接过程均应有详细的书面记录。第22页,共29页，2024年2月25日，星期天8、安全措施8.1参加钢板墙焊接的焊工进入现场须遵守各项现场安全、消防管理规定。8.2钢板墙焊接时时必须使用头罩或手持面罩，穿干燥工作服，绝缘鞋，用耐火防护手套，耐火的护腿套、套袖及其他劳动防护用品。要求上衣不准扎在裤子里，裤脚不准塞在鞋（靴）里，手套套在袖口外。8.3钢板墙在焊接前，应到消防部门开动火证，由消防部门同意取证后方可进行操作。焊接前应找电工对电源线、电焊机的一次线和电焊机的绝缘性能进行检查，安全无误后，方可送电操作。8.4在钢板墙焊接过程中要有专人看火，并且清理易燃易爆物品。看火人员要认真负责。并随时关查用火周围有没有隐患。身边随时有灭火器、水桶，并且有明显的标志。8.5所使用的电缆线，焊把线要架空，用绝缘钩挂好，不得在地面来回的拖拉，以防破皮触电。8.6作业中发现气路或气阀漏气时，必须立即停止作业。8.7离地2米及2米以上的高空作业时必须佩戴并系好安全带。第23页,共29页，2024年2月25日，星期天9、环保措施9.1焊接施工应符合相关的国家环保法规和地方性法规的规定。9.2在防风措施确保焊接质量前提下，应做好通风措施，利于焊接有害气体排散。9.3焊接时，在保证通风措施前提下，遮挡弧光，防止弧光伤害无防护措施人员。9.4优先选用先进的环保的焊材，减小环境污染。第24页,共29页，2024年2月25日，星期天10、效益分析10.1纯钢板剪力墙结构体系在超高层结构中的应用为世界首例，为今后超高层结构施工做有力的补充。10.2焊接施工中有效控制超长焊缝所产生应力应变，为类似工程的施工提供借鉴。10.3采用纯焊接的方法，避免高强螺栓连接时螺栓孔无法精确对位的问题，减小了施工的难度。10.4采用纯焊接的工法，相比高强螺栓连接，可以节省高强螺栓，节约一定的工程成本。第25页,共29页，2024年2月25日，星期天11、应用实例11.1工程概况天津津塔工程主塔楼地下4层，地上73层，檐高336.9m。塔楼结构设计采用钢框架-钢板剪力墙结构体系（参见图5、6）。图5津塔立面图6地上标准层平面第26页,共29页，2024年2月25日，星期天核心筒钢板墙自地下B4