钢结构焊接要求

1、，二-TS济 S建筑钢结构设计对焊接的基本要求蔡益燕中国建筑标准有设计研究院Essent iaI Requ i rements on weldingin Bui I di ng SteeI Structure Des ignby Cai yiyanConsultant of China Instituteof Building Standard Design andResearchI建筑钢结构设计对焊接用钢材的要求II建筑钢结构设计对焊接的基本要求III设计和制作中的一些问题我国钢结构抗震设计在钢材选用时遵循AISCM 出的下列基本要求：屈强比不大于0.85 （早期规定强屈比不小于1.2, 1

2、997改为屈强比不大于0.85）;有明显屈服台阶；伸长率不小于20% （标距50mm）;有良好的可焊性。其中，前三项是关于钢材的延性，第四项是钢材的可 焊性。1997 AISC对抗震结构钢材的选用规定：在地震作用组合下预期会出现非弹性受力 的构件，所用钢材的屈服强度不得大于50ksi （345Mpa）; A913 Grade60 （相当于420MPa ）可用于抗震 体系； A913 Grade 65 （相当于460MPa）只能用于符 合强柱弱梁要求的柱子，除柱脚外不能出现塑 性较。2005 AISC修改部分:地震作用组合下预期会出现非弹性受力的构件用钢 材的最低屈服强度不得大于345MPa （

3、50ksi）的规定，仅 限于下列结构：SMF （特殊抗弯框架）IMF （中等抗弯框架）STMF （特殊桁架式抗弯框架）SCBF （特殊中心支撑框架）EBF （偏心支撑框架）BRBF （无粘结支撑框架）下列结构所用钢材最低屈服强度不大于380Mpa （55ksi）即可：OMF （普通抗弯框架）；OCBF （普通中心支撑框架）。超强特厚钢板在建筑中应用举例我国一些新建的高层建筑（如北京新保利大厦）及其它大型钢结构工程（国家体育场,央电视台等），是国外设计的，采用了钢板最大厚度达140mm、强度达460MPa的钢材。我国自2000年以来，也自行开发和生产了相当于日本SN系列的390、420、460M

4、pa等强度 等级的钢材，并已在一些工程中应用日本在超高层建筑中采用调质钢（TMCP）的极厚钢板和H型钢，有用到SA440的高性能钢, 对焊接有何特殊要求，还有待了解。超强特厚钢材在焊接结构中的合理应用，成 为我国设计人员关注的热点。卢森堡阿尔贝特 公司供应的钢材产品，经测试，420Mpa钢的伸 长辜可达到伸长率20%,但460Mpa钢达不到此 限值。我国对Z向钢的应用规定我国高层民用建筑钢结构技术规程JGJ99-98 规定。厚度大于50nmi时板厚方向性能不得小于Z15; 建筑抗震设计规范GB50011-2001修改为板厚 4 0mm以上应采用Z15o表1 Z向钢的等级Z向性能等 级拉伸时断面

5、收 缩率硫含量Z15M15%SWO.O1OZ25225%SW0.007Z35M35%SWO. 005我国目前强度345MPa的低合金结构钢的部分产 品，有的不到40mm就在焊接时出现层状撕裂，表明 该强度等级钢材存在可焊性不稳定现象。我国钢结构制作经验表明，厚板不用Z向钢是冒 险的。我们要提醒用户，对厚度界于30mm - 4 0mm的 345MP国产钢板，在下料前应加强检验，以免给制作 造成困难。对焊缝冲击韧性的要求AISC规定，在焊接组合截面中，板厚等于或大于1. 5 (38mm),用于抗侧力体系时,要求主要受力焊缝具有-21°C时27J的冲击韧性。我国抗震规范GB50011规定：

6、8度乙类建 筑或9度时，当翼缘板厚大于40mni时，其 梁端对接焊缝的夏比冲击值应不小于- 21°C时27J。即适用范围暂限于梁翼缘端 部焊缝。II钢结构设计对焊接的基本要求1. 要分清主结构和次结2. 主结构的关键性焊缝3. 焊缝要采用正确的设计方法要米用正确的连接构造要分清*主结构和次结构主结构（或主要抗侧力体系）之间连接应符合抗震设 计要求：对承载力、稳定性、变形和耗能能力起主要作用；框架梁、柱、支撑、剪力墙板等构成主要结构体系;主要连接部位：梁与柱的连接，支撑与框架的连接、 柱脚的连接：次结构（次要构件和围护结构）：如楼盖次梁、屋面构件、外墙等是次要构件。不承受地震作用，其连

7、接不需符合抗震要求;主结构的关键性焊缝按AISC-2005规定，下列是焊缝是最重要的: 梁翼缘与柱的连接焊缝；剪力板与柱的连接焊缝；梁腹板与柱的连接焊缝；柱的拼接焊缝。偏心支撑中消能梁段与柱的连接焊缝、消能梁段腹板与翼缘的连接焊缝。我国历来重视梁翼缘与柱间的对接焊缝和柱拼接的对 接焊缝；但梁腹板（剪力板）与柱的连接，过去采用双 面角焊缝；有的专业标准已规定16nmi以上的梁腹板要采 用K形焊缝；日本1995年震害给我们的启示：梁柱连接焊缝端部采用围焊。險issK一11詈i=i一區焊缝设计要求非抗震结构的连接，通常采用按内力的进行设 计；内力很小时，则要求连接的承载力不小于 构彳牛承载另之毛抗震

8、框架构件间的连接应采用抗震设计法：即连 接的最大承载力大于被连接才勾件的塑性承载 力。是大震不倒的重要保证，抗震设计的重要 概念之一4.框架梁与柱连接的构造要求（1）框架梁与柱的连接有两种方式（图1 ）:1 ）工场焊接+现场拼接；2 ）现场连接：翼缘焊接+腹板栓接聋绞知胞打隸田捍拉丫图2图1钢框架梁与柱连接的两种方式图2梁翼缘端部焊必需采用坡口全熔透焊缝（且应采用引弧板）; 焊接孔的形式： 美国FEMA350提出的孔形（图3）.国内有加 工问题； 我国现用孔型见图4 （参考日本的）；有些技术人员对梁端构造要求的抗震作用不 理解，表现在：孔型常常未按规定的形状和曲率加工；下翼缘焊缝分段施焊，认为

9、开孔较高无必要下翼缘衬板边缘不用角焊缝封闭等。IM"详图B详图A0 一柔裂纯形式®3典型裂缝发展仿况 X图4试件形式柱III.设计和制作中的一些问题加劲肋和隔板与柱翼缘焊接可否不用全熔透焊缝?箱形柱隔板能否不用电渣焊？加劲肋和隔板为什么要比梁翼缘厚些？节点区为什么要采用全熔透焊缝？支撑与框架抗震连接的特点。框架柱的焊接、拼接和对拼接焊缝的要求。框架梁下翼缘隅撑设置问题。关于高层建筑钢结构构件的板厚。加劲肋和隔板与柱翼缘焊接可否不用全熔透焊 缝？加劲肋（隔板）是梁翼缘截面的延伸，美国称为 连续板，采用全熔透焊缝是传力的需要。日本规定：加劲肋或隔板的强度不应低于梁翼缘的强度，厚

10、度比梁翼缘大1 2厚度等级；美国规定：加劲肋或隔板应与梁糞缘等厚，采用全熔透焊缝,或用角焊缝加强的双面部分熔透焊缝，但焊缝的承载力应不小于加劲肋与柱翼缘全部接触时的承载力。它启示我们，对低烈度区的结构这种构造可能适用，但应确保焊缝的有效面积。劲肋与工形柱腹板的连接，可采用角焊缝。焊接箱形柱横隔板不用电渣焊无法制作。 无梁一侧有不焊的，要才艮据情况考虑。日本对中低层建筑采用冷弯柱，壁厚较小 时用贯通式隔板；采用冷弯c形截面组成柱，用特制的内置隔 板,可不用电渣焊。我国有些冷弯型钢厂已生产500 x 500的方 钢管，少数单位引进冷弯柱生产线，由于还没 有相应的技术指南，目前应用较少。发展冷弯型钢

11、柱，减少电渣焊，是我国当 前焊接钢结构待解决的问题之一。rr加劲肋和隔板为什么要比梁翼缘厚些？日本规定应比梁翼缘厚2 - 4mm,且强度不 低于梁翼缘，认为是关键部位，应加强；美国在1994大震后，规定加劲肋（连续 板）应与梁翼缘等厚过去板厚由计算确定， 迖不至N占樂畳纟爰筈厘因为加劲云与梁束易对齐，引起偏心传力 ；且双向受力，又有焊接残余应力，受力复 杂，无法计算。''我国行业:示准规定加劲肋与梁翼缘等厚， 有人建议适当加厚，待定。节点、区为什么要采用全熔透焊缝?节点区在大震时将进入塑性，为保证整体性 和减小构件间连接破坏，采用全熔透焊缝。这 是过去就有的规定，设计手册中都可

12、找到。日本对梁的塑性区的范围取跨度1/10或载面 咼度的2倍；对柱取500niin或600mmo我国行业标准对柱有类似要求，对梁未专门 规定。因腹板厚度一般不大，翼缘焊缝用埋弧焊 有一定熔深，故未强调。支撑与框架抗震连接的特点支撑受轴向力，大震时受交变轴力，且全部进入塑性。强震区支撑宜采用热轧H型钢制作。抗震支撑的拼接和与框架构件的连 接，宜采用高强度螺栓，避免焊接残余 应力不利影响。护.-w、竺于框架平面的H形截面支撑，在与梁 柱翼缘相接处应设置加劲肋，以免将构件 仔坏。但此处焊缝不需要用全熔透焊缝（ ®亢.、警咅撑内力主要是沿轴线方向 传至梁枉轴线交点。框架柱的焊接、拼接和对拼接焊缝的要求 随着厚板采用z向钢，箱形柱的角部焊缝在经过工艺 试验确认可行后，可将双侧开坡口的V形焊缝改为仅 在一侧开坡口的单边V形焊缝（图6）。抗震框架柱拼接应采用全熔透焊缝，不宜采用螺栓 连接，也不宜采用部分熔透焊缝。>箱形柱的拼接，在柱端沿柱轴线lOOnrni内，要求采 用全熔透焊缝。框架梁下翼缘隅撑设置问题钢框架梁下翼缘处于受压区，为了防止侧向失稳， 要设置隅撑（图7）。当下翼缘较宽的抗弯框架，可考虑不设；但作为 设计一般规定，还是要