北京某大型图书馆钢结构加工制作施工方案(鲁班奖 钢桁架 超厚板).doc

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1、1目 录1 总 则 .31.1 适用范围 .31.2 工程概况 .31.3 编制依据 .52材 料 .62.1 钢材 .62.2 焊材 .62.3 高强度螺栓 .72.4 栓钉 .72.5 油漆 .72.6 原材料质量控制 .73加工制作工艺 .93.1 放样 .93.2 号料、划线 .93.3 切割、铣削加工 .93.4 制孔 .133.5 组装 .143.6 箱型柱、梁制作工艺 .173.7 焊接 H 型钢梁制作工艺 .283.7.1 制作流程 .283.7.2 各工序加工要领 .283.8 热轧 H 型钢制作工艺 .313.8.1 制作加工流程 .313.8.2 热轧 H 型钢梁的制作要

2、领 .314. 钢结构制作工艺要点 .334.1 箱型柱制作工艺要点(以 HJ2-5 为例) .334.2 屋架桁架的制作工艺要点 .344.3 巨型桁架的制作要点 .375焊接工艺 .4725.1 焊接工艺评定 .475.1.1 焊接工艺评定的依据 .475.1.2 焊接工艺评定分析 .475.2 焊工培训及焊工资格 .485.3 焊接方法和焊接设备 (表 19) .495.4 焊接材料 .505.5 焊接变形与焊接残余应力的控制措施 .505.6 防止厚板层状撕裂的措施 .525.7 焊接裂纹的预防措施 .545.8 焊后消氢热处理措施 .555.9 焊接工艺控制 .555.10 栓钉焊接

3、 .605.11 焊缝质量检测 .615.12 焊接接头的基本形式和尺寸 .646检验标准 .687构件的除锈、涂装要求 .718构件标记 .739包装、发运 .7510环境保护、职业健康、安全防护 .75附 主桁架构*件清单工厂制作计划工厂制作顺序工厂组织机构图主桁架立面图屋顶钢结构布置图31 总 则1.1 适用范围本方案适用于*二期工程暨*工程钢结构的加工制作。1.2 工程概况1.2.1 工程简介*二期工程暨*工程,是国家重点文化建设项目,位于北京市*号,主要建筑内容为数字图书馆的大型计算机机房、数字资源存储机房、数字处理间及数字图书馆辅助用房等,占地 2.2 万 m2,总建筑面积 8 万

4、 m2,底层建筑面积约 1.1 万 m2,建筑总高度约 27 米。建筑外形效果图:*二期的主楼由地下三层和地上五层组成;地下车库为地下两层。主楼三层以下的钢骨混凝土结构及六个钢筋混凝土筒体结构形成基座区;屋顶区钢桁架结构坐落在六个核心筒上,外形尺寸 116m105m,由 6 榀巨型主钢桁架、4 榀次钢桁架(主桁架柱间支撑)和 6 榀屋面钢桁架及 2000 余件主、次钢梁、层间钢柱、梁间支撑等组成大楼四层、五层楼板及屋面承重结构。最重单件构件达 765t,钢结构总重约 12300t。结构分区情况见下图: 屋 顶 区基 座 区 26.1900.-13441.2.2 本工程钢结构特点(1) 钢结构体

5、量大:本工程钢结构总重约 12300t,其大部分集中在刚性节点的六榀主桁架、四榀次桁架及主、次桁架间刚接/栓接的主梁上。最重构件为 HJ-1,其重达 765t(不含节点短肢),其外形尺寸为长 116.6m*宽 1.2m*高 10.04m。(2) 结构形式箱型为主:构件主要由焊接箱形构件、焊接 H 型钢及热轧 H 型钢等组成,但以箱型为主,且箱型截面尺寸最大宽度为 1200mm,高 1500mm,最大板厚为80mm。(3) 连接形式以焊接和栓接为主:除钢屋架与巨型桁架的连接形式采用销轴连接外,其余均采用高强度螺栓连接和焊接的形式进行连接。 (4) 杆件及节点出厂,现场组拼:由于桁架外形尺寸高大:

6、主桁架高达 10 余米,长达 100 余米,一个单元的次桁架也高达 10 余米,长 22.7 米,工厂必须将所有主、次桁架分解成杆件及节点,加工成型,按编号运至现场组装。1.2.3 钢结构制作加工重、难点分析(1) 由于本工程结构复杂、且属超厚板工程,焊接工作量大且要求高(焊缝填充量估计在 330 吨左右),所以确定正确合理的钢结构加工工艺及焊接工艺是保证本工程钢结构加工质量的前提。(2) 由于本工程结构复杂,选择正确合理的构件检测方案将是本工程钢结构加工质量的有效保证。(3) 本工程采用大量的超厚板,且结构构造独特,结构在焊接过程中易产生严重的角变形、扭曲变形、局部或整体变形。对于超厚板焊接

7、结构,若焊接变形得不到有效控制,将会直接导致构件的外形尺寸精度严重超差,所以,如何控制本工程厚板焊接的变形,控制构件加工制作精度,是本工程钢结构加工制作中的突出难点。(4) 由于本工程多为封闭的厚板箱形焊接结构,焊缝填充量大,焊接应力集中,若构件的大量残余应力得不到释放,将大大降低构件的承载能力、抗疲劳强度,易造成结构脆性断裂,所以,如何采取经济合理的工艺措施,来消除(降低)构件内的残余应力是本工程加工制作的又一难点。(5) 厚板在加工焊接过程中易出现裂纹,甚至母材容易产生层状撕裂,一旦构件出现层状撕裂,会直接导致构件报废,所以如何采取有效的工艺措施,预防与控制焊缝的裂纹与母材的层状撕裂的发生

8、,是本工程焊接的一大难点。51.3 编制依据钢结构工程施工及验收规范 GB502052001建筑钢结构焊接技术规程 JGJ81-2002 高层民用建筑钢结构技术规程 JGJ99-98钢结构高强度螺栓连接的设计、施工及验收规程 JGJ82-91钢结构焊缝外形尺寸 GB5777-96碳素结构钢 JGJ81-2002低合金高强度结构钢 GB/T1591优质碳素结构钢 GB/T669-1999厚度方向性能钢板 GB/T5313圆柱头焊钉 GB/T10433低合金钢焊条 GB/T5118-95气体保护焊钢丝 GB/T14958-94熔化焊用钢丝 GB/T14957-94低合金钢埋弧焊用焊剂 GB/T12

9、470涂层钢材表面锈蚀等级和除锈等级 GB8923-88钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级法 GB11345-91本工程设计图纸及施工图设计说明 1.4 所有在原设计上的修改和变更都必须经原设计者的确认和签字认可后才能进行,施工人员不得擅自进行修改和变更。1.5 在钢结构件的制作过程中,应严格遵守公司质量管理的各项规定,确保构件的加工质量。遵守公司的生产安全规则和安全技术操作规程,确保生产安全。62材 料2.1 钢材本工程承重结构的钢材应保证抗拉强度、伸长率、屈服点、冷弯试验、冲击韧性合格和硫、磷含量符合限值。对焊接结构尚应保证碳含量符合限值。本工程钢桁架、钢柱、楼面主梁、钢屋架、钢支撑等

10、采用的钢材的屈强比不应小于 1.2;应有明显的屈服台阶;伸长率应大于 20%;应有良好的可焊性和合格的冲击韧性。承重结构处于外露情况和低温环境时,其钢材性能尚应符合耐大气腐蚀和避免低温冷脆的要求。本工程主要材料采用 Q345C、Q235B,质量标准分别符合 GB/T700碳素结构钢与 GB/T1591低合金高强度结构钢 ,次要部位采用部分 Q345B、Q235B 材料。主要钢材为定制,厚度为 4080mm 有 Z 向要求的 Q345C 板材全部由舞阳钢厂轧制;1030 mm Q345C 钢材,从济钢和首钢采购。钢材使用情况如下表:表 1所用部位 钢材牌号 质量标准主材(未注明的钢材,包括型钢和

11、板材)Q345C低合金高强度结构钢(GB/T 1591)当 40mm60mm,为 Q345CZ15当 60mm 时,为 Q345CZ25耳板 Q235B 碳素结构钢 GB/T 700焊接垫板 Q345B 低合金高强度结构钢 GB/T 1591螺杆、销轴 45 号 优质碳素结构钢 GB6992.2 焊材表 2焊接方法 母材钢号 焊材牌号、规格手工电弧焊Q235B、Q345E4303 E5015 3.2、4.0Q345C H10Mn2 + SJ101埋弧自动焊Q235B H08MnA + SJ1014.0、4.8CO2气体保护焊 ER50-6 1.2电渣焊Q235、Q345ER50-6+JF600

12、 1.6(1) 手工焊 E5015 焊条,其性能应符合低合金钢焊条 (GB/T5118-95)的规定;7(2) 气体保护焊焊丝质量应符合气体保护焊钢丝GB/T14958-94 的规定;埋弧焊焊丝质量符合熔化焊用钢丝GB/T14957-94 的规定,焊剂质量符合低合金钢埋弧焊用焊剂GB/T12470 的规定;(3) 保护气体采用 100%CO2 气体,其纯度不得低于 99.95%(体积法) ,含水量不得大于 0.005%(重量法) 。(4) 焊剂 SJ101 在使用前必须在 300350烘干 2 小时,否则不得使用。2.3 高强度螺栓本工程中凡未注明的螺栓均为 10.9 级摩擦型高强度螺栓,产品

13、选用扭剪型高强度螺栓连接副。普通螺栓的质量标准应符合六角头螺栓 (GB 5782)和六角头螺栓-C 级 (GB 5780)的规定。高强度螺栓的质量标准应符合钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角螺母、垫圈与技术条件 (GB/T 12281231)或钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副 (GB 3632GB 3633)的规定。2.4 栓钉本工程中所用栓钉,其钢材牌号为 Q235B,经冷加工制作而成。栓钉的质量标准应符合圆柱头焊钉 (GB 10433)中的规定。2.5 油漆 柱、梁、钢桁架表面厂内仅涂底漆,为水性无机富锌底漆,干膜厚度 100 微米;对除上述以外的构件,涂水性无机富锌底漆,干膜厚度 100

14、微米;环氧云铁中间漆,干膜厚度为 60 微米。2.6 原材料质量控制2.6.1 原材料进厂验收原材料进厂必须核对其质量合格证明文件、标志及检验报告等。钢材的表面有锈蚀、麻点或划痕等缺陷时,其深度不得大于该钢材厚度允许负偏差值的 1/2,钢材表面的锈蚀等级应符合现行国家标准涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级GB8923 规定的 C 级及 C 级以上,钢材端边或断口处不应有分层、夹渣等缺陷。材料进厂后,由专检人员按相应的国家标准及设计总说明的相关要求验收确认,然后由保管员作好验收标记,并按规定进行材料存放、保管和发放。2.6.2 原材料复验按照钢结构工程施工及验收规范GB502052001 中第 4

15、 章的规定,对 40mm 以上有 Z 向性能要求的钢板及跨度大于860mm 的主要受力构件所用钢板,应进行抽样复验,其复验结果应符合现行国家产品标准和设计要求。对一级焊缝所用焊接材料应进行抽样复检。对进厂的有 Z 向要求的钢板,每 10 张抽检一张,探伤质量等级为三级。钢材及焊材具体复验要求由监理、业主、总包单位提出,经专家组论证后确定。2.7 本工程中凡未注明的高强度螺栓摩擦面抗滑移系数 均不得小于 0.45(Q235)及 0.50(Q345) 。应根据设计要求,做高强螺栓摩擦面抗滑移系数试验。2.8 进入车间施工的材料应平整无弯曲和变形,否则应进行矫正。矫正可用机械或火焰矫正的方法进行,火

16、焰矫正的加热温度应根据钢材性能确定,一般不得超过 650,低合金钢材料严禁用水激冷。钢材矫正后的允许偏差(mm)见下表:表 3 钢板一般的外形要求 简图 允许偏差(mm)f1.0 (t14)f1.5 (t14)fL/1000,且5.093加工制作工艺3.1 放样3.1.1 放样和车间施工、验收用的钢卷尺等计量工具,必须经计量部门与本工程使用的标准尺进行校核,并标贴修正值后才能使用,标准测定拉力为 5Kg。3.1.2 放样作业依据施工详图进行,在进行放样时必须认真核对图纸,加放焊接和铣削的加工余量并作出标记。3.2 号料、划线3.2.1 号料前应先确认材料的材质、尺寸和规格,按零件图和下料加工清

17、单及排版图进行号料。3.2.2 钢梁、钢柱板材拼接时,应符合下列要求:a、焊接 BOX 钢柱/钢梁的翼缘板拼接缝和腹板拼接缝两者的间距应大于 200mm。b.焊接 H 型钢梁,翼板拼接缝和腹板拼接缝之间的间距应大于 200mm。上下翼板的对接焊缝不应设置在同一截面上,也应错开 200mm 以上,翼缘的拼接应避开梁跨度的 1/3 范围,翼缘板拼接长度不小于 2 倍板宽,腹板拼接长度不小于 600mm;c.热轧 H 型钢梁长度方向拼接时,焊缝应采用 Z 型接口,且应避开梁跨度的 1/3范围,最小拼接长不得小于 1 米,且拼接缝应避开节点及孔群 100mm 以上;d. 板材下料应与钢板轧制方向一致,

18、拼接焊接应在杆件组装前进行,材质为Q345 的板材拼接焊后至少 24 小时后,才能对焊缝进行 UT 探伤。3.2.3 号料时,使用的钢材应平整且无损伤和缺陷,否则应进行矫正或剔除。3.2.4 在钢板上划线和做记号时,不得使用凿子,洋冲印的深度0.5mm,对于需弯曲的钢材不能使用洋冲和凿子作标记。3.2.5 号料所划的切割线必须正确清晰。号料尺寸允许偏差为1.0mm。3.2.6 号料后,应按公司质量管理的规定,做好材质标记的移植。3.3 切割、铣削加工 钢材的切割原则上采用火焰自动切割或数控切割,次要部位的零件可以采用火焰半自动切割。材料切割后,自由边缘必须进行打磨。3.3.1 条料切割加工(1)切割加工方法厚度12mm 的条料的切割加工采用直条切割机加工,同一条料两边同时切割。10也可采用集气瓶进行供气,半自动切割机同时进行切割。如下图示:(2)切割准备:a.切割前对变形钢板必须火焰矫正合格后方允许切割;b.将钢板吊上切割平台,放置时应调钢板边缘与轨道平行,不平行度不大于3mm。并应调整钢板表面水平,保证切割时割嘴到钢板表面距离偏差控制在 3mm 以内;c.划线:根据排料图以及零件图划出切割加工线,划线时应按零件图加放切割余量。宽度方向应根据割嘴型号加放割缝余量;d. 切割前应将预切割缝两侧 50mm 的油污等杂物,清除干净;(3)切割:

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