辽宁框架结构商业广场钢结构三叉型节点加工施工工法

'钢结构三叉型节点加工工法工法编号：编制单位：中建一局钢结构工程有限公司主要执笔人：宋敏仇大明1前言在目前的钢结构施工中，由三叉柱支撑的结构形式频频出现。为保证现场安装精度及简化操作工艺，在施工时，将三叉型节点选择在工厂制作，现场只负责完成直段构件与节点拼装工作。本工法选择的节点形式为梭型方管与梭型圆管相贯组合的三叉型节点。2工法特点2.0.1本工法所描述的节点形式为以梭型方管为主管，两根梭型圆管相贯在主管管壁之上的三杈型节点。构件截面尺寸：圆管700~681x25，方管是784~740x717~655x35。2.0.2利用XSTEEL软件及CAD三维建模同时做出节点实体模型，再根据此模型分别做出圆管平面展开图。将平面展开图中的数据反馈到样板纸上做出1：1样板，再利用样板进行实体管贯口切割。2.0.3利用实体转换数据制作组装胎架进行零件组装，组装时，通过控制关键点数据控制组装精度。2.0.4采用CO2气体保护焊对节点进行全熔透等强焊接。3适用范围适用于所有钢结构中由三叉柱支撑的结构体系及圆管与圆管、圆管与方管相贯的对节点形式，及类似结构作为参考。4工艺原理将计算机所得数据反馈到实际施工中，根据空间转换后的X、Y投影尺寸放样制作拼装胎架，利用控制检测量值指导零件拼装定位、焊接成型。5施工工艺流程及操作要点5.1工艺流程16 梭型方管加工拼装胎架制作尺寸无误尺寸校核无误焊后尺寸复核无误　梭型圆管切割零件拼装定位点焊固定焊接固定焊缝无损检测尺寸、外观检查成品检验图5.1-1节点加工工艺流程5.2操作要点5.2.1梭型方管加工操作要点1工程用尺工厂制造用钢卷尺必须经计量部门与本工程用的标准尺进行校核，并标贴修正值后才能使用，以保证制作、检验、现场安装用尺的一致性。2放样、号料和划线1）放样①16 放样人员必须熟悉施工图和工艺要求，核对构件及构件相互连接的几何尺寸和连接有否不当之处。如发现施工图的遗漏或错误，以及其它原因需要更改施工图时，必须取得原设计单位签具设计变更文件，不得擅自修改。②放样应在平整的放样平台上进行。凡需放大样的构件应以1:1的比例放出实样；当构件零件较大难以制作样杆、样板时可通过CAD放样。③放样工作完成，对所放大样和样杆、样板（或下料图）进行自检，无误后报专职人员检验。2）号料、划线①号料前应先确认材质和熟悉工艺要求，然后根据排版图、下料加工单和零件草图进行号料。②号料时，应尽量使构件受力方向与钢材轧制方向一致。使用的钢材必须平直无损伤及其他缺陷，否则应先矫正或剔除。③钢结构制作下料时，应对主要承重结构节点、焊缝集中区域所用钢板及重要构件、重要焊缝的热影响区，进行超声波检测以保证钢板质量。④本工程厚板使用量大。由于厚板的厚度公差较大，因此厚板组合的构件截面尺寸要考虑这一变化因数。⑤划线允许偏差：表5.2.1-1划线允许偏差表项目允许偏差基准线位置零件外形尺寸划线号料后应标明基准线、中心线和检验线以利于组装和检验，允许用样冲或凿子一类的工具进行标记，但其深度应不大于0.5mm。3切割加工1）下料切割①箱型构件翼缘（腹）板下料采用数控多头钢板切割机、等离子数控火焰多头切割机进行切割下料，连接钢板下料采用等离子数控火焰多头切割机和小车式火焰切割机进行下料切割。钢板切割前应用钢板矫正机对钢板进行矫正。对箱型构件钢板还必须进行检验和探伤，确认合格后才准切割。加工的要求应按标准检验切割面、几何尺寸、形状公差、切口截面、飞溅物等，检验合格后进行合理堆放，做上合格标识和零件编号。②16 为保证切割板材的边缘质量，采用数控切割机进行切割。采用两个旋转三割炬同时切割，保证钢板两边受热均等，不产生旁弯和变形。精度远远高于规范要求。如下图所示：图5.2.1-1③箱型构件钢板下料长度的确定以图纸尺寸为基础，根据截面大小和连接焊缝的长度，考虑预留焊接的收缩余量和加工余量并结合以往施工经验，四条纵焊缝按每1m沿长度方向收缩0.6mm，因此一般翼缘及腹板下料长度的预留量为50mm。表5.2.1-2气割下料允许误差项　　　目允　许　偏　差（mm）零件宽度、长度±3.0切割面平面度0.05t，且不应大于2.0割纹深度0.3局部缺口深度1.0注：t为切割面厚度。表5.2.1-3剪切下料允许误差项　　　目允　许　偏　差零件宽度、长度±3.0边缘缺棱1.0表5.2.1-4坡口加工面粗糙度及切口深度的允许误差粗糙度0.2mm以下切口深度0.2mm以下(用砂轮打磨)2.0mm以上(补焊后砂轮打磨)表5.2.1-5坡口加工允许偏差项目允许偏差坡口角度±5°钝边±1.0mm④钢板下料后质量应符合下列要求：不铣边的切割表面必须用磨光机或风砂轮打磨气割面和矫正；放样号料要按定长尺寸的钢板对应进行，不得随意取短使用；下料完成后，施工人员必须将下料后的零件加以标记，并归类存放；检验划线的准确性并打印记。16 ⑤钢板矫正时应符合下列要求：钢材的机械矫正，一般应在常温下用机械设备进行。矫正后的钢材，表面上不应有凹陷，凹痕及其他损伤；热矫正时应注意不能损伤母材，加热矫正可采用火焰矫或电加热，但加热温度不得超过900℃，加力矫正应避开蓝脆区温度(200℃～400℃)，严禁用水激冷，应缓慢冷却至室温。4组装工序说明简图主材下料主材坡口U型组立BOX型组立BOX焊接（埋弧焊）用CO2气体保护焊打底后用埋弧焊图5.2.1-2箱型构件加工流程图16 1）注意事项①组装前必须熟悉图纸，仔细核对零件的几何尺寸和零件之间的连接尺寸，核对零件的编号、材质、数量等，熟悉相应的制造工艺和焊接工艺，以便明确各构件加工精度和焊接要求。②装配用的工具(卷尺、角尺等)必须事先检验合格，样板和样条在使用前也应仔细核对，组装用的平台和胎架应符合构件装配的精度要求(胎具的水平应在3mm之间)并具有足够的强度和刚度，使用前应经技监部门认可合格。③构件组装要按照工艺流程进行，零件连接处的焊缝两则各30～50mm范围以内的轧屑、水份、毛刺、氧化皮、油污等应清理干净。④检验各组装杆的图号及处观尺寸、坡口形式的正确性。对零件的焊接坡口不符合要求处用磨光机或风砂轮打磨。⑤在加工中发现变形时，如该变形量不能确保所定的成品精度，要在无损于材质的情况下用加热法进行矫正。⑥焊接箱型构件的拼接应优先在BOX拼装机上进行拼装，也可以在拼装胎架上进行拼装，拼装后按焊接工艺进行焊接和矫正，然后在翼板上标出中心线的位置作为构件组装时的基准。⑦焊接箱型构件组装精度表5.2.1-6箱型构件组装允许偏差项目允许偏差(mm)检验方法图例长度L±3.0用钢尺检查高度H±2.0宽度B±2.0对角线偏差3.0弯曲e用拉线和钢尺检查扭曲H(B)/25016 板局部平面度()（1m范围内）　　3.0　　2.0用1m直尺和塞尺检查间隙a±1.0用钢尺检查对口错边△，且不大于3.0翼缘板倾斜度H(B)≤4001.5用直尺和钢尺检查H(B)＞4003.0相贯线切口±2.0用套模和游标卡尺检查2）组装下翼板和腹板，组成U构件，保证U构件的宽度尺寸。图5.2.1-33）在组立机上，将U型构件组立成箱形构件，点固焊缝应点在两侧坡口底部，保证焊透，不得有缺陷，焊点不宜过高。如图：16 图5.2.1-4安装上翼板示意图4）对箱形柱四主角焊缝进行双弧双丝焊（如下图片所示），保证全熔透焊缝根部焊透。焊接应同时、同向、同工艺参数焊接两条主角焊缝。对于板厚较大的焊缝，还应按工艺要求采用多层多道焊法，将工件翻身交替焊接，防止过大的变形。如图：图5.2.1-5箱形柱主角焊缝焊接5）将工件转至端面铣，对箱形构件的封板端进行铣削，将预留的加工余量铣削掉。如下图片所示：图5.2.1-66）当箱型构件两端铣削好后，即转入装配工序。16 图5.2.1-7加工好后的梭型方管5.2.2梭型圆管贯口切割操作要点1计算机放样为保证圆管相贯口尺寸的精确度，在进行相贯口切割之前，需先通过计算机放样，做出梭型圆管的截面相贯线展开图，然后利用辅料制作实体模型，确认尺寸无误后再进行实体管的切割。展开时，通过Xsteel、CAD两种软件同时放样，以便核实尺寸，这对加工起到重要作用。展开图如下：图5.2.2-1梭型管实体模型图5.2.2-2梭型管相贯线展开图2制作实物模型利用上述制作的平面展开图形及方管加工图，制作树杈柱实物模型如下图：16 图5.2.2-3节点实物模型3实体梭型圆管切割根据上述模型确认贯口尺寸无误后，即可进行梭型圆管的切割工作。1）对梭型圆管展开图进一步标注，以提高实际放样的准确性。如图所示：图5.2.2-4梭型圆管平面展开划分标注图2）制作1：1样板使用专用样板纸，按照平面展开图纸的具体尺寸，进行1：1的放样。放样时，放样人员须使用计量检定、校准合格的测量器具，进行放样。图5.2.2-51：1放样示意图3）样板试组装16 将制作的1：1样纸图剪裁成形。并将其卷制成梭型圆管形状，待两根梭型圆管全部用样板纸卷制成形后进行组装，检查杆件相接处是否合适，如有误差进一步的修剪，直到完全合适为止。4）梭型圆管切割将制作好的样纸圈在成品管壁外侧且保证紧贴，按其节点对接处展开线形状用记号笔画在圆管上，并保证划线时样板纸折卷后两外边线完全闭合，如下图所示。画好线后，采用手工切割成型，切割面应无裂纹、夹渣、分层和大于1mm的缺棱。图5.2.2-6切割前划线图5.2.2-7划线完成图5.2.2-8切管图5.2.2-9切割后实体5）坡口加工为使圆管与圆管、圆管与方管接触面良好及保证焊接后质量要求，在组装前，对相贯处圆管边缘进行打坡口处理，方法是采用人工气割切割，切割后进行打磨处理。坡口加工原则是：当圆管与圆管相接时，向外打坡口；圆管与方管相接于方管上表面时，向外打坡口；圆管与方管相接于方管两侧面时，向内打坡口。16 图5.2.2-10坡口位置示意图5.2.3节点组装1组装胎架制作胎架制作时，应先根据坐标转化后的X、Y投影铺设平台并操平，平台大小根据节点投影尺寸确定。在经操平好后的钢板平台上1：1划X、Y投影线、标高线、检验线及支点位置，形成田字形控制网，然后设置立杆以便零件固定。胎架不应有明显晃动状，并应提交检验合格后方可使用。胎架示意图如下：2.3-1画投影线图5.2.3-2制作好的胎架2零件定位根据加工详图尺寸，将零件在拼装胎架上组装成型。组装时，先将梭型方管搁置于台架上固定，并保证方管中心线与平台水平，如下图所示：图5.2.3-3梭型方管定位示意图方管定好位后，组装梭型圆管。梭型圆管定位时，保证两圆管外口处最高点间距离（图中尺寸1）；圆管外口处下部最低点，到方管底面的距离（图中尺寸2）；圆管外口处两侧端点，到方管中心的距离（图中尺寸3）；圆管外口处最高点，到方管中心的距离（图中尺寸4）。16 图5.2.3-4圆管组装尺寸控制图图5.2.3-5圆管组装示意图5.2.4组装焊接待上述图5.2.3-4中的4种尺寸全部检查无误后，进行焊接定位。焊接采用CO2气体保护焊，焊缝要求完全熔透等强焊缝。焊接方法为：单面焊接，背面加衬板；单面焊接，背面清根，背面再焊；单面焊接，双面成型。焊后再检验上述4种控制尺寸。1焊前准备焊接工艺评定：指定焊接工艺评定指导书，严格模拟实际工况，按照预定工艺参数进行焊接试件的制作，确定最佳的焊接工艺参数和焊接方法。坡口检查：用焊缝量规对焊缝坡口间隙大小、角度以及安装组对情况进行检查。若坡口间隙超过设计要求，应进行修整，使坡口角度和间隙达到标准后方可正常施焊。衬板安装：衬板选用材质Q345C、厚度为6mm、宽度为30mm的钢板，长度根据需求下料。衬板安装之前先将其弯折成与母材半径相同的弧形，以使其与母材紧贴，如下图所示：衬板衬板图5.2.4-1圆管组装示意图16 2焊接方法同步、分层、对称焊接。焊接过程中，严格控制但道焊缝的厚度，单道焊缝的厚度应补大于5mm。尽全力减少焊接热输入。3焊接顺序节点组装焊接时，按下图所示顺序采取对称焊接。图5.2.4-2节点组装焊接顺序6材料与设备6.1材料6.1.1钢材本工法中所用钢材材质均为Q345C级。主材为梭型圆管、钢板，质量应符合《碳素结构钢》、《低合金高强度结构钢》的要求。6.1.2焊接材料组装焊接采用CO2气体保护焊，采用HJ（ER）50-6型号焊丝。材料厂家必须选用通过相应国际质量体系认证，具有供应类似规模钢结构工程材料业绩的材料供应商。其所有的焊接材料均要求有质检部门的质检报告和出厂合格证。并应符合《碳钢焊条》、《熔化焊用钢丝》、《埋弧焊用碳钢焊丝和焊剂》相关标准的规定。二氧化碳气体纯度大于99.9%，水蒸气与乙醇总含量（m/m）不得高于0.005%，并不得检出液态水。6.2设备本工法所用的机具设备见表6.2-1。表6.2-1机具设备表序号设备名称设备厂家数量1数控多头直条切割机哈尔滨四海1台2数控九辊矫平机哈尔滨四海1台3悬臂式自动埋弧焊机哈尔滨四海4台16 4卧式翼缘矫正机(40型)哈尔滨四海1台590º翻转平移机哈尔滨四海2套645º翻转平移机哈尔滨四海4套7传动辊道哈尔滨四海1套8抛丸清理机青岛黄河1台9美国林肯焊机哈尔滨四海4台10CO2气保焊机成都焊研4台11高压无气喷涂机波罗怒斯4台12普通直条切割机无锡华联1台13普通埋弧焊机成都焊研7台14电渣焊机哈尔滨四海1台15碳弧气刨1000型成都焊研1台其它零星设备165T电动单梁起重机河南豫中1台1710T电动单梁起重机河南豫中6台18滑线及轨道配件河南豫中1套1920米跨单梁门吊（10T）河南豫中2台7质量控制7.1质量标准本工法除满足设计图纸外，还必须遵守国家标准《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）、《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈》（GB8923-88）、《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》（GB11345-89）、《手工电弧焊焊接接头的基本形式与尺寸》（GB985-88）、《焊工技术考试规程》（JG/T56822-960）等的有关规定。7.2质量保证措施7.2.1钢材应在确定合格的分供方厂家中进行采购。所采购的材料必须有出厂合格证、质量证明和使用说明书。7.2.2计算机出图时，必须保证两种软件所出的图形完全吻合。7.2.3制作组装胎架时，严格控制X、Y坐标转化后的尺寸，并保证组装时胎架牢固。16 7.2.4组装时，保证图5.2.3-11中的4种控制尺寸的精度。7.2.5组装焊接前应检查焊缝根部间隙、对接缝钢板是否错位、焊缝处有无生锈或附着杂物及有无其他影响焊接质量的缺陷。7.2.6为保证焊缝焊脚高度，焊工必须持证上岗并严格按照焊接工艺评定操作，焊接过程中保证电压稳定，焊剂铺设均匀。7.2.7为保证焊后无气孔夹渣，焊接时保证装配间隙、坡口质量、清根彻底及焊接环境湿度，焊接材料进行烘焙。7.2.8防止焊接变形的主要措施1焊接采用分层、分道的方法进行施焊。2焊缝对称焊接。焊接时第一道焊缝选用技能优秀的焊工，对称焊接应尽量保持同时、同速度施焊，并选择相同的电流参数和每层的焊接厚度。3保证焊接预热和焊后热处理。焊接过程中严格控制层间温度。7.2.9焊缝裂纹和层间撕裂的控制1匀速焊接、连续施焊，是焊接应力间隔、分散出现，减少焊接冷裂纹和层间撕裂产生。2使用优秀的焊工，减少焊接返修。3控制坡口尺寸和截面积，防止过量熔敷金属，控制表面余高，使其平滑过渡，以减少焊趾部位的盈利集中。4注意焊前预热和层间温度控制。5焊后热处理及保温是防止层间撕裂的关键。8安全措施8.0.1施工机具必须符合《建筑机械使用安全技术规程》的有关规定，施工中定期进行检查、维修，保证机械使用安全。8.0.2严格遵守国家有关安全的法律法规、标准规范、技术规程和地方有关安全的规定。8.0.3专业责任工程师和区域责任工程师必须督促与检查各施工队对安全防护措施是否进行了检查。8.0.4根据安全措施要求和现场实际情况,各级管理人员须亲自逐级进行书面交底。8.0.5特殊工种必须持有上岗操作证,严禁无证上岗。8.0.6工人在上岗时要坚决拒绝违章指挥、违章作业、违反劳动纪律。9环保措施9.0.1严格遵守国家有关环境保护的法律法规、标准规范、技术规程和地方有关环保的规定。16 9.0.2施工垃圾应及时清运，并适量洒水，减少粉尘对空气的污染。可回收物料尽量重复使用。9.0.3施工使用的机械的废气和噪声等应符合环保要求。9.0.4明确环保组织体系中各岗位的职责和权限，建立并保持一套工作程序、制度，对所有参与体系工作的人员进行相应的培训。9.0.5加工厂成立2人左右的场容清洁队，每天负责厂内外的清理、保洁，洒水降尘等工作。9.0.6控制人为噪声。建立控制人为噪声的管理制度，减少人为的大声喧哗，增强全体施工人员防噪声扰民的自觉意识。9.0.7对施工机械进行全面的检查和维修保养，保证设备始终处于良好状态，避免噪音、泄漏和废油、废弃物造成的污染。10效益分析利用本文所述方法对三叉型节点进行加工，不仅保证了加工精度，也给现场顺利安装奠定了基础，进一步确保了工程的整体工期和经济效益，为同类工程施工提供了宝贵的经验。11应用实例沈阳恒隆xx中街xx广场工程位于沈阳市沈河xx区、东临铜行北xx巷，南至中街xx路，西邻正阳xx街，北为北中街xx路，位于沈阳市最繁华的区域内，整个建筑平面为方形，轴线尺寸为：189ｍ×166ｍ，整个屋面造型位于不同标高，均为凹型曲面，建筑面积约为：18.2万平方米，整个建筑为现浇钢筋混凝土框架结构，共分为地下三层和地上四层。钢结构部分分为：楼层间钢结构部分和屋面钢结构部分：本工程共有2个钢结构屋面分别为：屋顶1和屋顶6A，屋面结构均为：采用由三叉钢柱支撑的箱型钢梁组成的框架型屋面。本工法的实施给工程的安装质量奠定了一定的基础，保证了本工程按期顺利完成。16'