大型博物馆工程钢结构加工制作专项方案

大型博物馆工程钢结构加工制作专项方案

4.1加工制作概况和重点难点分析

XX省博物馆新馆钢结构工程主要的制作构件是：圆管柱、箱形截面吊杆、楼面梁、箱形截面空间桁架等，钢管混凝土柱其计59

根，每整根长度约为30.46米，工厂制作时分段制作；箱形截面吊杆共计40根，每整根长度约为26.6米，工厂制作时分段制作。其中

部分箱型梁及箱形空间桁架中需灌混凝土，箱形梁中还布置了大量的纵横加劲板，特别是箱形空间桁架节点中加劲板密集，大部分加

劲板均要求全熔透。

重点难点分析：

1.节点区加劲板较多，间距又小，焊道深（最深达到1500mm）,且要求为全熔透焊缝，采用常规的焊接方法，焊工没有操作空

间；若采用熔嘴电渣焊，则所需的熔嘴长度达1800mm,如此长的熔嘴在焊接时会压降增加并产生热量，使熔嘴变弯，从而导致熔嘴

与构件短路，严重影响焊拉质量。为解决此问题，采用了熔丝电渣焊焊接工艺方法并合理安排装配与焊接顺序，解决节点区的劲板焊

接问题。

2.翼板外伸箱型梁四条纵焊缝为单面坡口的全熔透焊缝，焊接完成后必定会导至翼板外伸端的角变形，如何去控制及消除焊接角

变形是一个重点与难点。

未采用反变形方法

焊接前焊接后

解决方法：采用反变形法，并控制好反变形量。

采用反变形方法

焊接前焊接后

3.工厂预拼装构件结构庞大，各联接处的控制点均为空间三维坐标点，如何正确测量预拼装后各空间点的坐标是一个重点与难点。

解决方法：采用配有专用软件的全站仪测量系统

4.2主要结构的分段及分类

由于运输的限制，原则上工厂制作的构件控制在16000mm*3200mm*2800（长*宽*高）以下，每个构件的重量控制在40吨以下。

鉴于以下原则，对本工程的主要结构进行如下分段。

4.2.1圆管柱工厂分段

圆管柱：在7.5米标高以上的整根圆管柱长约为30.46米，穿过3、4楼层，直到第5层（即箱形截面空间桁架的下弦）为止。现

以GZ1为例进行分段，示意图如下：

圆管柱

柱顶节

四层圆管

柱节点

三层夹层

圆管柱节

三层圆管

柱节点

圆管柱轴侧图

根据运输条件，工厂加工时将圆管柱分成六段，如上图所示。圆管柱现场对节点如下:

圆管柱现场

地面对接

4.2.2吊杆工厂分段

箱形截面吊杆共计40根，每整根长度约为26.6米，工厂制作时进行分段制作，主要分段如下:

根据运输条件，工厂加工时将吊杆分成五段，如上图所示。吊杆现场对节点如下:

吊杆现块对接接头

4.2.3桁架工厂分段

屋顶（5、6层）主要由纵横相正交的8根预应力箱形空间桁组成，每根桁架长110.28米，中心高6.5米，桁架的上、下弦杆的截

面为：1500mm*1000mm,腹杆的截面有：800mm*1000mm,1200mm*1000mm,1500mm*1000mm三种。每根桁架工厂分成41段制

作，具体分段图见以下桁架工厂分段图。

4.2.4楼面梁工厂分段

根据运输条件，楼面梁长度原则上控制在16米内，在工厂制作时进行分段。楼面梁有三种不同形式：H型梁、箱型梁及翼板外伸

箱型梁。根据不同形式的钢梁分段处具有不同形式的对接接头。

1.楼面梁的三种基本形式

H型钢梁箱型钢梁翼板外伸箱型钢梁

2.楼面梁分段处节点处理

H型钢梁对接图箱型钢梁对接图

4.3材料的选用与检测

4.3.1材料的选用

本工程的材料采用的是：热轧H型钢钢材采用Q345B,其质量标准符合现行国家标准《低合金高强度结构钢》(GB/T1591-94)；

桁架焊接箱形梁、吊杆钢管柱等采用Q345GJC,其质量标准符合现行国家标准《高层建筑结构用钢板》(YB4104-2000)；对于钢板厚

度t240mm的钢板，均应做厚度方向拉力试验，其板厚方向的截面收缩率应满足GB5313之Z15级要求。

表1低合金高强度'结构钢的化学成分(GB/T1591-94)

质化学成分(％)

量

牌号AlCrNi

等CWMnSiWPWswVNbTi

2WW

级

1.00~1.0.030.02-0.015-0.02-0.0.0

C0.200.550.035

Q346050.150.06002015

51.00-1.0.030.02-0.015-0.02-0.0.0

D0.180.550.030

6000.150.06002015

表2低合金高强度结构钢的力学性能(GB/T1591-94)

180°弯曲试验

冲击功Akv(纵(1=弯心直径

2

屈服点。s(N/mm)

伸长率向)2=试样厚度(直

质

55(%)径)

量抗拉强度。

牌号-20-40

等b(N/mm2)0℃

厚度(直径，边长)(mm)℃

级

钢材厚度

>16->35->50-不小于(直径)(mm)

W16

3550100W16>16-10

不小于0

Q34C345325295275470-6302234//d=2ad=3a

5D345325295275470~63022/34d=2ad=3a

表3Q345GJ高层建筑结构用钢板的化学成分(YB4104-2000)

质化学成分(％)

量厚

牌号

等度:mmCSiMnPSVNbTiAl

级

W

C

0.20WWW0.02

Q345GJ6-1000.015-0.0500.01-0.10

DW0.551.60.0250.015-0.150.015

E0.18

表4Q345GJ高层建筑结构用钢板的力学性能(YB4104-2000)

质抗拉伸长冲击功Akv(纵180°弯曲试验屈强

牌号屈服点。sMPa

量强度率、向)钢板厚度：mm比

等080-20-40

级钢板厚度：mmbMPa5(%)℃℃℃

>16-10不大

W16

0于

>16-3>35>50不小于

6~16

5~50-100

C

Q342345-4335-325-490-6

D223434342a3a0.80

5GJ3455544543510

E

Q34C

345-4335-325-490-6

5GJD—223434342a3a0.80

5544543510

ZE

表5各厚度方向性能级别的断面收'缩率

断面收缩率62：%

厚度方向性能级别

三个试样平均值单个试样值

Z15215210

Z25225215

Z35235225

4.3.2钢结构主材的统计

该工程主要采用Q345B及Q345GJC钢材。热轧H型钢钢材采用Q345B钢材，钢板采用Q345GJC钢材。钢板的厚度有：6mm、

8mm>10mm>llmm>12mm>13mm^14mm>15mm>16mm>18mm>20mm>22mm、24mm>25mm、28mm、30mm>32mm、35mm>

40mm>45mm>50mm>60mm>80mmm。在这些钢板中最大厚度为80mmo钢板厚度40mm的钢板，均应做厚度方向拉力试验,

其板厚方向的截面收缩率应满足GB5313之Z15级要求。

表6主要钢板材料数量统计表

Q345GJCQ345GJCZ15

数量（吨）

6mm1

8mm16

10mm750

11mm6

12mm453

13mm45

14mm33

15mm524

16mm1168

18mm692

20mm2180

22mm580

24mm2

25mm1118

28mm377

30mm1719

32mm628

35mm1752

40mm548

45mm635

50mm849

60mm2377

80mm276

主要材料数量折线图

4.3.3原材料的检测要求

在本工程中采用的原材料主要是各种规格的钢板、符合本工程工艺标准的焊接材料、符合各种技术指标的涂料、以及各种紧固件

等。

原材料的检测主要是依据GB50205-2001《钢结构工程施工质量验收规范》和设计总说明的有关规定，对各种主控项目进行检验和

检测。

钢材进厂后先卸于“待检区”。由品管科检验员对原材料进行检查，首先检查该批钢材“质量保证书”上所写化学成分、机械性能

是否达到技术条件的要求，并复核钢材表面质量、外形是否符合标准，同时，需对该批钢材的机械性能进行自检，如全部符合，在钢

材表面做出检验合格的认可标记。

钢材的检验内容如下:

a.钢材的数量和品种是否与订货单符合;

b.钢材的质量保证书是否与钢材上打印的记号符合;

c.核对钢材的规格尺寸;

d.钢材表面质量检验。不论扁钢、钢板和型钢，表面均不允许有结疤、裂纹、折叠和分层等缺陷，钢材表面的锈蚀程度，不得超

过其厚度公差;

e.钢材的堆放：钢材堆放在仓库内，合格钢材应按品种、牌号、规格分类堆放。在最底层垫上道木或石块，防止底部进水，致使

钢材锈蚀。

厚度在40mm以上的各类钢板进行100%UT探伤,检验其Z向性能。其材质应符合GB/T5313《厚度方向性能钢板》，Z3

0.005

对于此类钢板，我们将不但要求生产厂家提供《质量合格证明》，还要对进厂钢板进行复检和提交验收报告，并依据5

JGJ81-2002《建筑钢结构焊接技术规程》进行拉伸、弯曲、V型缺口冲击、Z向性能和熔炼分析。其有关性能应符合表含硫量

级—

7要求：

别

表7(%)

含硫量断面收缩率)2：%Z1

厚度方向性能

三个试样平均含硫量

级别单个试样值级—

(%)值

别

(%)

Z150.01215210

Z250.0072252158：895

Z350.005235225

Z2

0.007

5

钢材验收要求和标准按表8要求

Z3

表80.005

5

验收项目Q345BQ345GJCQ345GJCZ15

材质证明原件、证书，炉批号，数量规格品质，技术

主要资料条件，主要标志等齐全；炉、批号与钢材上钢印号应

相符

依据标准：《高层建筑结构用钢板》(YB4104-2000)

力学和化学性能《低合金高强度结构钢》(GB/T1591-1994)

《厚度方向性能钢板》GB/T5313-1985

依据标准：《热轧H型钢和部分T型钢》

(GB/T11263-1998)

尺寸及允许偏差

《碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板和钢带》

(GB/3274-1988)

抗拉强度/屈服强(Ob/Os)21.2；

抗震性能延伸率8%>20%

180°冷弯试验：合格

热轧H型钢采用Q345B

材质要求t<40mm采用Q345GJC

tN40mm采用Q345GJCZ15

冲击韧性C级0℃冲击功Akv»34J

Z向性能1240mmZ15钢板逐张UT探伤合格

4.4钢结构制作前的准备

工厂加工制作前的准备主要有材料准备、人员组织和技术工艺准备三方面的内容：材料准备主要指原材料的检测、钢板校平，焊

接材料的匹配与选择；人员配备的主要工作是对参加工程的各类作业人员的资格和技能审查、考核培训等，要求所有的人员必须100%

持证上岗，特别是特殊岗位的人员；至于技术工艺准备最主要是制定各种作业指导书、加工工艺和进行焊接工艺评定等。下面对以上

的内容作详细的阐述。

4.4.1钢板校平

1.钢材的初步矫正，只对影响号料质量的钢材进行矫正，其余在各工序加工完毕后再矫正或成型。

2.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，在表面上不应有凹陷，凹痕及其它损伤。在工厂加工制作

过程中，我们主要利用下面矫平机来对钢板的校平。

3.Q354B；Q345GJC低合金钢，允许加热矫正，其加热温度严禁超过正火温度（900℃）。用火焰矫正时，不准浇水冷却，一定

要在自然状态下冷却。

4.4.2各类人员的资质审查

其中对电气焊工资质审查主要有两方面：特种作业证和技术等级证，由于本工程制作难度大，其加工和拼装质量要求高。因此，

我们将在本工程开始前对焊工及钾工进行专门培训，并取得相应的资格证书或上岗证。对于超声波探伤人员必须持有中国机械工程学

会无损检测学会的技术资格证书。

在工程开始前将对所有的人员进行以下的技术培训或指导：

岗前培训：工程施工前，分别组织领导层、管理层、作业层进行管理模式、技术路线、质量标准、安全等方面培训，树立团队作

业精神，并贯穿于施工始终，保证建设的顺利进行。

系统培训：制定科学详细的培训计划，以技术交流、专家培训等多种形式进行，并实施绩效考核及激励机制，最大限度发挥个人

潜能，达到工作岗位100%适应度。

对本工程技术焊接工人要组织专门的培训及考试，熟悉不同的焊接设备、不同的焊接工位、不同的环境和各种不同的焊接工艺。

考试合格后持证上岗。

技术支持：发挥高校合作优势；科研单位合作优势；聘请各专业的专家进行生产中的技术支持。

4.4.3焊接材的选择

1.焊接方法的确定

根据本工程的构工类型、结构特点以及材质确定为以下几种焊接方法

工厂采用的焊接方法

序号焊接方法代号备注

1半自动CO2气体保护焊GMAW

2埋弧自动焊SAW

3栓钉焊SW-P

4丝极电渣焊ESW-WE

2.焊接材料的选择原则

(1).用于本工程的焊接材料应为符合国家标准的产品材料标准规范或等同，且应遵从JGJ81-2002系列等级；

(2).由不同等级/类别的金属所组成的接头，避免使用焊缝金属强度比母材强度过高的焊接填充材料，使用适合于低强配比，但抗

裂能力与韧性储备更高的低氢焊材；

(3).全部使用低氢、低S、低P焊接材料和低氢的焊接方法，降低焊缝中的氢含量，防止由焊缝中的氢源引发层状撕裂；

(4).所选焊接材料，必须按设计要求、相关标准进行复检，并进行严格的工艺评定，合格后方可用于工程施工。

3.埋弧焊焊丝、焊剂的匹配及选择：

(1).埋弧焊用焊丝和焊剂应符合现行国家标准《埋弧焊用焊丝和焊剂》(GB/T5293)、《低合金钢埋弧焊用焊剂》(GB/T12470)的规

定；

(2).埋弧焊焊剂和焊丝的匹配，必须保证焊缝的冲击韧性；

(3).所选焊剂的渣系应为碱性系列，降低焊缝金属含氧量，减少熔敷金属氧化物夹杂量，有效提高焊缝的抗裂能力；

(4).焊丝应保证脱氧元素和微量合金的含量；

(5).拟采用的埋弧焊焊丝、焊剂的匹配如下表：

焊接母材焊接材料适用

方法规范规范场所

SAWQ345B对接

F5021-H10Mn2

SAW-DQ345GJC角接

4.焊条、气体保护焊焊丝的选择：

(1).焊条应符合国家标准《碳钢焊条》(GB/T5117)、《低合金钢焊条》(GB/T5118)；

(2).焊丝应符合国家标准《熔化焊用钢丝》(GB/T14957)、《气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝》(GB/T8110)及《碳钢药芯焊

丝》(GB/T10045)、《低合金钢药芯焊丝》(GB/T17493)的规定；

(3).拟采用的焊条的选择如下表:

焊接母材焊接材料适用

方法规范规范场所

Q345B定位焊

SMAWE5015

Q345GJC对接、角接

(4).拟采用的实芯焊丝气体保护焊选择如下:

焊接母材焊接保护气适用

方法规范材料(露点)场所

GMAW定位焊

Q345B食品级C02

GMAW-ER5015对接

Q345GJC露点低于-40C

A角接

5.电渣焊焊丝、焊剂的匹配及选择:

由于电渣焊工艺的热输入极大，对焊缝以及母材热影响区域的韧性和强度可能造成较大损害，必须采用丝极电渣焊(ESW-WE)

方法，并在焊缝外强制水冷等特殊工艺措施，以降低热输入，并采用特种焊接材料，提高焊接接头综合力学性能与韧性储备。

(1).必须采用电渣焊工艺时，焊剂和焊丝的匹配，必须保证焊缝的冲击韧性；

(2).焊丝应保证脱氧元素和微量合金的含量；所选焊剂的渣系应为碱性系列，降低焊缝金属含氧量，减少熔敷金属氧化物夹杂量,

有效提高焊缝的抗裂能力。

(3).拟采用的电渣焊焊丝、焊剂的匹配如下:

焊接母材焊接材料适用

方法规范规范场所

AWSA5.25

Q345B对接

ESW-WEFES70-ES-G-E

Q345GJC角接

W

6.焊接材料的保管与使用

焊接材料的保管与使用直接影响到焊缝的质量，是焊接工程中必不可少的。焊接材料使用控制与保管在整个工程质量控制上显得

特别重要。

工厂焊接材料库为一级仓库，焊接材料的保管与使用严格按IS09001质量保证体系进行全过程的管理与控制，质量控制与监督部

门是焊接材料库的管理部门，焊接材料的保管与使用须按如下要求进行：

(1).保管：焊接材料库建立《物资验收记录表》，写明焊材进厂日期、牌号、规格、产地、质保书号、复验编号等。每批焊材检验、

复验合格后，才能进入合格品区，否则分堆摆放，进行退货。库房内要通风良好，保持干燥，库内要放置温度计(干湿度计)、相对湿

度不大于60%。保管员必须每天上班后观察记录库内温度、湿度，使库内温、湿度达到规定标准。焊条、焊丝、焊剂搬运堆放时不得

乱摔、乱砸，应注意轻放。不准拆散焊材原始包装，以防散包混杂。焊材存放在专用的货架上，货架离地面、墙均在300mm以上。焊

材库内所有焊材必须按其品种、规格、牌号等分类存放在货架上，并有明显标牌以示区别。

(2).发放：焊接材料库建立《焊材发放台帐》，领用应签字记账，凭“焊材发放限额单”领料。发料时严格按工艺要求、预算、规

格、牌号、数量发放，不得超领、超发。发出时仓库保管员应填写《焊材发放记录》及《检验和试验合格通知单》，注明规格、牌号、

复验编号、数量、批号、检验合格情况等，发给领用部门。发料时应按焊材出厂日期的先后发放，以防存久变质。

(3).领用：生产部计划员根据生产计划、工艺要求和单项工程材料消耗预算编制《焊材发放限额单》，经生产部工艺计划科科长审

核，下发焊接工长。焊工作为使用人，应根据工程结构对应施焊接头的母材材质和工艺规定，凭“焊材发放限额单”从焊接材料库领

取合格的焊材。领取的焊条置于保温筒中，随用随取，焊接过程中必须盖好保温筒盖，严禁焊材外露受潮，如发现焊材受潮，须立即

回库重新烘焙(焊条烘干次数不宜超过2次)。

(4).烘焙和储存：焊接材料在使用前应按材料说明书规定的温度和时间要求进行烘焙和储存。如材料说明要求不详，可按下表要

求执行。

焊条药皮使用前使用前容许在大气

焊条或焊剂

或焊剂类型烘焙条件存放条件中暴露时间

350〜400℃

焊条：E5015低氢型120±20℃4小时

1-2小时

300~350℃

焊剂：SJ101烧结型120±20℃8小时

2小时

4.4.4焊接工艺评定准备

为了能较好地保证工程的焊接质量，技术工艺部门将依据JGJ81-2002《建筑钢结构焊接技术规程》标准的有关规定做好相关焊接

工艺评定，并制定完善、可行的焊接工艺方案和措施。作为工程中指导焊接作业的工艺规范。

焊接工艺评定流程

2.工艺评定方案的确定

为了制定焊接工艺评定方案，必须对工程中钢材类别、规格、节点形式、位置、焊接方法进行总结分析，本工程的主要材料为Q354B

及Q345GJC,所采用的焊接方法主要是：二氧化碳气保焊；埋弧自动焊；手工电弧焊，电渣焊。

通过以上的总结分析，并依据美国焊接学会AWSD1.1-2002《钢结构焊接规范》和JGJ81-2002《建筑钢结构焊接技术规程》有关

焊接工艺评定和重新进行焊接工艺评定的有关规定，确定了免除焊接工艺评定的方案。我公司在以往大量的工程实际中已积累了许多

焊接工艺评定试验，具体实例见下：

国家体育场钢结构工程焊接工艺

评定报告

编号：,/i/C+pR”

编制：______他怎源_______

技术人贝：73、（一

批准：B

单位：浙江精展结晶限。3

焊接工艺评定报告目录

序号报告名称报告编号页数

1焊接工艺指导书NC-HPZ-0111

2焊接工艺记录表NC-HPJL-0111

3焊接工艺评定报告NC-HP-0111

4焊接工艺评定检验结果1

5检测报告05A0208HJ2

焊接工艺评定指导书

共1页第1页

工程名称国家体育场指导书编号NC-HPZ-O11

母材钢号Q345GJD-Z15规格t=42mm供货状杰热轧生产厂舞阳钢厂

母材钢号Q345GJD-Z15规格t=42mni供货状态热轧生产厂舞阳钢厂

焊接材料生产厂牌号类型烘干制度CCXh)备注

焊条/////

焊丝锦泰JM-58///

焊剂或气体C02/罐装//

焊接方法GMAW焊接位置立焊

焊接设备型号0TCXD-500电源及极性直流反接

后热温度(C)时间保温

预热温度(C)100-150层间温度150-200

(min)1.5h

焊后热处理不采用

接

头

焊

及

n接11

坡

顺

□

序

尺

图

寸

图

焊条或焊丝

焊焊接焊剂或保护气流电流电压焊接速度

道次备注

接方法牌号0(ffiffi)保护气(1/min)(A)(V)cm/min

I

GMAWJM-581.220120〜15022〜2520

艺ca

参

数

清理水分、油污、打磨焊

焊前清理焊前清理清理焊渣及上道缺陷

区

技背面清根/

术

其它：

措

1、气保焊打底厚度为15-20mm,中间层至距满焊1〜2mm,然后进行盖面。

施

2、在短酒柜让—出匚-----

焊接工艺评定记录表

共1页第1页

工程名称国家体育场记录表编号NC-HPJL-011

焊接设备直流反

焊接方法GMAWOTCXD-500电源及极性

位置型号接

母材钢号类别规格(mm)供货状杰生产厂

Q345GJD-Z1542mm热轧舞阳钢厂

IQ345GJD-Z15"T42mm热轧舞阳钢厂

焊接材料

牌号/类型/

生产厂/批号/

焊条

接烘干温时间

头//

尺度（C）(min)

寸规格

及牌号JM-58。1.2

施(nun)

捏彼

焊锦泰焊

道生产厂批号50418724

次材公司

顺规格

序

据实填写焊接道次（打底4层。中间6牌号C0299.95%

焊剂(mm)

层，盖面2层）

或气生产厂上海岩彳辛

体烘干温时间

//

度（C）(min)

施焊工艺参数记录

焊条（丝）气体流量焊接速度热输入

道次焊接方法电流（A