[深圳]大型车站超厚八边型钢箱柱加工及焊接施工工法

1四川省工法申报表(2011年度)工法名称超厚八边型钢箱柱加工及焊接施工工法申报单位推荐单位申报时间2011.122申报资料目录一、四川省工法申报表二、工法内容材料三、企业工法批准文件复印件四、关键技术审定材料复印件五、3份工程应用证明原件六、经济效益证明原件七、关键技术专利证书和科技成果的奖励证明复印件八、当关键技术属于填补省内国内空白时科技查新报告复印件九、反映应用工法施工的工程照片3填写说明1．“申报单位”栏：必须是申报表中所填写的主要完成单位。2.“主要完成单位”栏最多填写3家，并应当与“主要完成单位意见”栏中的签章一致。3．“通讯地址”及“联系人”：指申报单位的地址和联系人。4.“主要完成人”栏：最多填写5人。5.“重新申报项目”指该工法已批准为四川省工法，但批准年限已超过六年，其内容仍符合四川省工法申报条件的工法项目。6.“工法应用工程名称及时间”栏：最少填写3项工程，如工程应用少于3项，应填写申报书中“工法成熟、可靠性说明”栏。4工法名称超厚八边型钢箱柱加工及焊接施工工法主要完成单位1、2、3、通讯地址邮编联系人电话主要完成人姓名职务职称工作单位总工程师谢庆工法应用工程名称和时间1、深圳北站工程2009年11月至2010年1月2、3、工法关键技术名称、组织审定的单位和时间“深圳北站工程关键施工技术”，2011年5月15日，通过四川省科学技术厅科技成果鉴定。工法关键技术获科技成果奖励的情况“深圳北站工程关键施工技术”获2011年度四川省科技进步三等奖。原工法名称、完成单位、省级工法批准文号及工法编号(重新申报项目填写此栏)5工法内容简述：箱型钢柱是在建筑钢结构中应用十分广泛的结构形式，通过在箱体内浇注混凝土，可以实现提高柱的承载能力，降低柱的截面尺寸，增大净使用空间。较之混凝土柱结构，通过工厂化生产，可以大大提高生产效率。而目前使用最广泛的是四边形箱型柱，八边形的钢柱目前仍然较为少见，它主要适用于大型性，超高荷载的建筑当中，在大型性高荷载的建筑中较之四边形柱，八边形柱在承载能力，节省空间方面的优势则更为突出。在深圳北站工程施工中成功制作和使用了八边形箱型柱，它是深圳地铁4、6号线的Y型柱及平台，以及东广场63m超大悬挑结构的主要支撑体系。本工程八边形钢箱柱的最大板厚为50㎜，通过成功运用了超厚八边形箱型钢柱加工施工工法，保证了钢结构关键施工部位的施工质量及施工安全。本工法工艺原理：根据钢结构构件尺寸设计制作合理的装配和焊接胎架、工装夹具、工艺隔板及撑杆等刚性固定措施，并且根据钢材特点，通过焊前预热，过程中保温，焊后热处理等一系列方案保证焊缝的质量。需要严格遵守相关的工艺要求来进行施工。通过一系列反变形的焊接措施，制作出高精度、高质量、高效率的箱型柱。中铁二局股份有限公司依托深圳北站工程，联合杭萧钢构股份有限公司进行科技攻关，针对深圳北站施工关键技术进行研究，取得了“深圳北站工程关键施工技术”研究成果。通过科研课题的研究与应用，形成了“超厚八边型钢箱柱加工及焊接施工工法”，该工法的运用加快了工程施工进度，同时又保证了施工安全，取得了明显的社会、经济和环境效益。6关键技术及保密点（如有专利权，请注名专利号）：八边形钢箱柱的组装及厚板焊接是本工法的关键技术，根据八边形钢箱柱的材质特点，通过焊前预热，过程中保温，焊后热处理等一系列方案保证焊缝的质量。八边形钢箱柱在组装过程中使用临时组装胎架等措施保证了安装的精度亦是本工法的关键技术。技术水平和技术难度（与省内外同类技术水平比较）：通过对八边形钢箱柱构造的分析及焊接工艺的选定，保证了厚板焊接的质量和八边形钢柱的组装加工精度；通过科学合理的焊接工艺保证了钢箱柱的焊接质量。以上内容都是属于目前国内的技术难题，没有可以借鉴的技术范例，通过进行一系列关键的技术攻关，形成了具有国际领先技术水平的工法。7工法成熟、可靠性说明（当工法工程应用少于3项时填写）：该工法经应用于深圳北站工程实践，成功解决了大型钢结构工程加工上的技术难题，为我国大型公共建筑建设积累了宝贵的经验。该工法成熟性及可靠性较高，具有明显的社会经济效益及推广价值。工法应用情况及应用前景：在深圳北站的超厚八变形箱型钢柱共有80节，3000吨的用钢量，全部应用本工法进行制做，实现了流水线的作业，从原材料进厂到成品出厂，总制作工期不足一个月，创造了较高的生产效率，保证了深圳北站的现场施工按时按量的完成，并达到《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001中相应的质量要求。该部分钢构件施工时间为2009年11月～2010年1月。通过本工法的运用，为同类建筑工程提供了宝贵的施工参照，具有良好的经济效益和社会效益，具有广泛的推广应用前景。经济效益和社会效益（包括节能和环保效益）：中铁二局股份有限公司依托深圳北站工程，联合杭萧钢构股份有限公司进行科技攻关，针对深圳北站施工关键技术进行研究，取得了“深圳北站工程关键施工技术”研究成果。通过科研课题的研究与应用，形成了“超厚八边型钢箱柱加工及焊接施工工法”，该工法的运用加快了工程施工进度，同时又保证了施工安全，取得了明显的社会、经济和环境效益。8主要完成单位意见：第一完成单位签章第二完成单位签章年月日年月日第三完成单位签章年月日推荐单位意见：1、如工法应用工程实例少于3项，对该工法关键技术可靠、成熟性提出意见：该工法针对深圳北站工程铸钢件吨位大、体型复杂、焊缝长的特点，通过科研课题的研究与应用，形成了“超厚八边型钢箱柱加工及焊接施工工法”，该工法的运用加快了工程施工进度，同时又保证了施工安全，取得了明显的社会、经济和环境效益。该工法成熟性及可靠性较高，具有明显的社会经济效益及推广价值。2、推荐意见：（签章）年月日9超厚八边形箱型钢柱加工及焊接施工工法1前言箱型钢柱是在建筑钢结构中应用十分广泛的结构形式，通过在箱体内浇注混凝土，可以实现提高柱的承载能力，降低柱的截面尺寸，增大净使用空间。较之混凝土柱结构，通过工厂化生产，可以大大提高生产效率。而目前使用最广泛的是四边形箱型柱，八边形的钢柱目前仍然较为少见，它主要适用于大型性，超高荷载的建筑当中，在大型性高荷载的建筑中较之四边形柱，八边形柱在承载能力，节省空间方面的优势则更为突出。深圳北站工程施工中成功制作和使用了八边形箱型柱，它是深圳地铁4、6号线的Y型柱及平台，以及东广场63m超大悬挑结构的主要支撑体系。本工程八边形钢箱柱的最大板厚为50㎜，通过成功运用了超厚八边形箱型钢柱加工施工工法，保证了钢结构关键施工部位的施工质量及施工安全。2工法特点2.1超厚八边箱型钢柱外形和内部结构都比较复杂，而且板材厚重，本工法所做钢柱截面尺寸为4000mm×2500mm×50mm，由于规格庞大，并没有非常对口的自动化设备可利用，只能通过手工化，半自动化的方式进行生产。而通过设计合理的制作工艺，不但有效避免了因机械化程度低而导致的不利影响，反而更加提高了效率，降低了能耗。2.2科学，合理，缜密，高效的制作工艺，实现了流水化生产，而且有效控制了箱型柱在生产过程中的组立变形和焊接变形，且保证了焊接质量。3适用范围10本工法主要适用于大型公共建筑中，超厚、大尺寸钢结构构件时加工、制造等。4工艺原理根据钢结构构件尺寸设计制作合理的装配和焊接胎架、工装夹具、工艺隔板及撑杆等刚性固定措施，并且根据钢材特点，通过焊前预热，过程中保温，焊后热处理等一系列方案保证焊缝的质量。需要严格遵守相关的工艺要求来进行施工。通过一系列反变形的焊接措施，制作出高精度、高质量、高效率的箱型柱。5施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺工艺流程图5.1-1:施工工艺流程图制作箱型组立胎架下料拼板焊接箱型柱组拼拼板钢型柱翻身坡口加工栓钉焊接钢板预处理（除锈）原材料检验号料焊接箱型柱翻身焊接背面上底漆115.2操作要点5.2.1八边形钢箱柱厚板焊接工艺评定（1）针对本工程八边形钢箱柱各种类型的焊接节点确定出最佳焊接工艺参数，制定完整、合理、详细的工艺措施和工艺流程。（2）焊接工艺评定试件的选择根据《建筑钢结构焊接技术规程》（JGJ81-2002）规定，选择板厚10、30、60mm的试件进行焊接工艺评定，并可以覆盖本工程全部规格的适用板厚，分析数据如下表所示：表5.2.1-1焊接工艺评定试件参数表序号材质试件规格（mm）评定合格试件厚度t（mm）工程适用厚度范围覆盖本工程适用板厚（mm）板厚最小值板厚最大值1Q345BZJG10≤250.75t2t10、12、16、182Q345BZJG30≤250.75t2t20、25、30、403Q345BZJG60≥400.75t1.5t50、845.2.2钢板预处理：八边型钢柱组成部件截面较宽大，本体、零件材料采取板材预处理方式，即钢板原材料先抛丸，上车间底漆（漆膜厚度=25μm）。5.2.3拼板：1、号料：（1）清理场地,将有碍拼接的材料;杂物清除干净,场地不得有水。（2）按拼板任务单及领料单领取所需拼接的钢板，根据排版图对所领钢板的材质、厚度、尺寸、板数进行认真的核对。（3）吊运钢板至拼接场地，为防止钢板弯折变形，必须使用专用吊具。（4）操作工应采用醒目的油漆圈出钢板炉批号，并按拼接图要求,12对钢板进行划线,拼接后长度方向的余量为30mm,并经检验员检查合格。炉批号应记录在检验原始记录中。在拼接前，如其中一部份钢板事先需下料的.则应对此钢板按拼接图要求进行划线、下料，并将炉批号移植到每一主材零件板上面。下料的注意事项：1）下料尺寸应增加切割缝每条3mm（50mm板）。切割前应预热至60℃2）拼接宽度不应小于300mm，注意拼接焊缝避开节点区域200mm以上。3）具体工艺参数见表表5.2.2-1表5.2.3-1直条机切割工艺参数钢板厚度（mm）割嘴号码氧气压力（MPa）丙烷气压力（MPa）气割速度（mm/min）40～604#0.450.04300～250605#0.60.04250～2302、拼板焊接破口加工：（1）采用半自动切割机对坡口进行加工；（2）气割时,应控制切割工艺参数,具体见表5.2.2-2表5.2.3-2半自动切割工艺参数钢板厚度（mm）割嘴号码氧气压力（MPa）乙炔气压力（MPa）气割速度（mm/min）25～502#0.40.04250～400503#0.50.04160～250（3）按坡口位置划出基准线，调整割咀位置，使割咀始终对准基准线，并保持割咀与钢板一定的角度（坡口角度）。（4）钢板的切割线与号料线的允许偏差应符合下列规定：手工切割:±1.5mm半自动切割:±1.0mm（5）平板拼焊坡口型式由设计图纸决定。13（6）坡口面及坡口两侧20mm范围内（待焊接区域）必须打磨干净并保持干燥，不得有油、锈和其它污物。3、拼板装配：（1）装配构件允许错边量不得大于3mm。（2）为保证焊接后钢板尽可能平整,采用X形坡口,为保证板材拼接的直线度，以及尽可能减少清根工作量，装配时应顶紧间隙，宜采用埋弧焊直接打底拓展熔深。当没有把握采用埋弧焊打底时，可以采用CO2气体保护焊打底焊接。此时应将坡口钝边缩小至2-3mm。图5.2.3-1：拼接坡口形式（3）定位焊：定位点焊须由合格焊工担任，焊接方法为手工电弧焊或CO2气保焊。采用的焊条或焊丝按相关规定,定位点焊长度为≥40mm，间隔300～400mm。（4）钢板拼缝两端装焊引弧板和熄弧板，其材质应与焊拼板相同，厚度不宜小于8mm，其长度应大于或等于100mm，其宽度应大于坡口深度。（5）装配完成后,操作工在自检合格后须经检验员检查合格后方可进入正式焊接。4、拼板焊接：（1）预热采用火焰加热预热，预热范围为两倍钢板宽度，预热温度80℃。预热温度测量点位应取两边及中间的预热区间边缘处，且远离加热火焰。50296+2-060°±5°60°±5°0+2-014（2）焊接参数表表5.2.3-3焊接参数表焊道焊接方法焊丝/直径保护电流（A）电压（V）速度（Cm/Min.）打底CO2气体保护焊φ1.2CO2-100%240-28028-3030-40埋弧焊φ4.0SJ101450-55028