建筑工程中型鋼柱吊裝與焊接施工

王興龍，陸文芳，王偉國，王 旭，張 博

（中建二局第四建筑工程有限公司，天津 300450）

型鋼柱是建筑工程中常用的建筑結構構件，通常用在建筑物支撐和框架結構中，可承受垂直和水平的荷載，而型鋼柱具有重量輕、施工方便等優點[1]，在建筑工程中應用極為廣泛。但型鋼柱在吊裝施工過程中，一旦安裝位置不合理或者焊接工藝不符合建筑工程工藝標準，會導致型鋼柱支撐能力降低，影響建筑工程施工質量[2]，因此研究建筑工程型鋼柱吊裝技術和焊接施工方法對建筑工程領域意義重大。

1 工程概況

以某超高層建筑工程作為試驗對象，該建筑工程部分框支剪力墻結構，總建筑面積約為17.8萬m2，由地下室、4 座塔樓和裙樓組成，其中地下室2 層，負二層和負一層層高分別為4.5m 和4.8m。裙樓首層為5 層，第五層以上為鋼結構轉換層，鋼結構分布情況為：結構負二層底板至裙樓第5 層位置型鋼柱直徑為1 200mm，管壁厚度為25mm，該區域型鋼柱共30 條，第5 層有型鋼柱共114 條。

該建筑工程型鋼柱吊裝工程量較大，且其位于市區內施工場地有限，該建筑工程型鋼柱吊裝和焊接施工是其難點之一。

2 型鋼柱吊裝技術與焊接施工技術

2.1 施工策劃與設備選擇

該建筑工程型鋼柱吊裝和焊接施工之前，需對型鋼柱吊裝施工進行策劃與準備，將該建筑工程型鋼柱吊裝施工分為3 個階段，第一階段為地下室負二層底板到負一層，第二階段為裙樓，第三階段為轉換層。依據該建筑工程型鋼吊裝位置，預先將型號對應的型鋼構件放置在對應位置上，并在需要埋設螺栓位置采用保護螺紋的錐形防護套以保護螺栓[3]。且在吊裝型鋼柱之前，對構件上油漆殘和污垢進行補充和清除。

選擇徐工QUY300T 履帶式起重機吊裝型鋼柱，該起重機主壁長度為60m，工作半徑為12m，有效起重量為107t，提升高度為58.79m。

2.2 建筑工程中型鋼柱吊裝技術

履帶式起重機就位后，進行型鋼柱吊裝施工，其步驟如下。

1）型鋼柱吊裝前準備 ①清理型鋼柱吊裝場地雜物，并設置施工風險警示牌；②對起重機行車位置進行加固處理，避免起重機運作過程中該區域出現塌陷和裂縫情況；③檢查起重機，吊鏈、塞箍等是否滿足型鋼柱施工需求。

2）型鋼柱吊裝 型鋼柱施工準備完成后[4]，通過型鋼柱上端的4 個吊耳進行起吊，此時需要墊實型鋼柱底部位置，通過操縱吊臂和吊鉤升降將型鋼柱扶直，當型鋼柱不再晃動后，升起吊臂使型鋼柱離開地面25～50cm。采用四點吊裝方法，將木楞放置在型鋼柱底板下部，防止型鋼柱磨損。

3）臨時連接 吊裝型鋼柱后，調整型鋼柱和吊裝位置，使每節型鋼柱中心線吻合，緩慢下放型鋼柱，將上節型鋼柱與安裝碼板對應后，立即連接螺栓和臨時連接夾板。

4）測量型鋼柱與調整位置 型鋼柱臨時連接完工后，使用經緯儀測量型鋼柱垂直度、四面位置等參數，若該參數與建筑工程設計參數存在偏差，需使用螺旋千斤頂對型鋼柱進行調整，并使用扳手將連接螺栓固定。

5）設置纜風繩 型鋼柱在地面放置時，將纜風繩固定在型鋼柱吊耳上，在將4 個纜風繩固定在地面預設的碼扣上并使用螺栓鎖緊，然后起重機可松鉤。

6）型鋼柱摘鉤與焊接處理 纜風繩安裝完成后，對起重機進行摘鉤處理，松開吊裝卡環后，完成型鋼柱的吊裝，然后需對臨時連接的型鋼柱進行焊接，固定型鋼柱。

7）拆除纜風繩 型鋼柱焊接完成后，纜風繩需保留一段時間，當型鋼柱焊接和柱身鋼筋綁扎并施工驗收合格后，再拆除纜風繩。

8）第二節型鋼柱吊裝 第一節型鋼柱吊裝施工完成后，進行混凝土澆筑作業，待混凝土凝固并符合繼續施工標準后[5]，按照上述步驟安裝第二節型鋼柱，依次完成建筑工程型鋼柱吊裝技術。

2.3 型鋼柱焊接工藝

在安裝型鋼柱過程中，對型鋼柱進行焊接是非常重要的步驟，一旦焊接效果沒有達到結構支撐標準，會對建筑工程最終施工效果帶來極大的影響。設計型鋼柱焊接工藝流程如圖1 所示。

由于型鋼柱在焊接過程中容易出現冷裂紋情況，選擇低氫型電焊條焊接型鋼柱。

型鋼柱焊接順序如下。

1）焊接前準備 在焊接型鋼柱之前，將氫型電焊條放置到烘干機內，設置烘干機溫度為320℃，恒溫烘干1.5h 后，將氫型電焊條保溫備用。然后清理型鋼柱焊接坡口兩側的水分、油漬等污物，并保持坡口位置清爽干凈。在坡口內進行引弧，保障母材完整。

2）焊接 采用2 人對稱施焊的方式對型鋼柱接頭進行焊接，以防止焊接位置出現變形情況，焊接方向為由中間逐漸向兩邊施焊。在焊接靠近鋼腹板位置的坡口時，前3 層需使用小范圍焊接操作，此時選擇直徑為3.2mm 的電焊條，焊接電流設置在95±5A 之間，焊接速度保持在10cm／min 左右，線能量控制在20～20kJ／cm 之間。前3 層焊接完成后，對型鋼柱背面進行清根處理，然后對焊接位置進行機械打磨，將焊縫表面的滲碳清除干凈，防止型鋼柱表面因碳化而出現裂縫情況。同時第二層焊接方向要與第一層相反，第三層焊接方向與第一層保持一致。然后焊接第四到第六層，此時選擇直徑為4.0mm 的電焊條，將焊接電流調整到190～210A 之間，電弧電壓調整到28～35V 之間，焊接速度保持20cm／min，線能量控制在24～34kJ／cm。該過程中，每層焊接方向均與上一層相反。焊接型鋼柱第八層時，其焊接參數與電焊條參數可與上一層相同，但焊接速度可提升至22cm／min。

3）打磨 對型鋼柱焊接完成后，割掉引弧板并將焊接位置打磨干凈，完成型鋼柱焊接施工。

2.4 基于超聲波衍射時差的無損檢驗方法

型鋼柱焊接施工完成后，利用超聲波衍射時差方法對型鋼柱焊接效果進行無損檢測。利用TOFD 超聲波檢測儀采集型鋼柱焊接無損檢測，超聲波TOFD 超聲波檢測儀由主機、檢測掃查器、超聲波探頭等硬件組成，其連接用戶PC端，通過發送檢測命令得到型鋼柱無損檢測超聲波。獲得檢測超聲波信號后，可利用三角方程和測量衍射波傳播時間，得到型鋼柱焊接缺陷的尺寸和位置，其表達公式如下

式中，L為超聲波到達型鋼柱缺陷上端點聲程；c為超聲波聲速數值；T為超聲波從發射到到達型鋼柱缺陷的傳播時間；S為1／2 探頭中心距；d1為型鋼柱焊接缺陷深度，其計算公式如下

式中，ζ1為型鋼柱焊接缺陷上端點衍射波和直通波的傳播時間差；s為型鋼柱焊接缺陷寬度。

令d2為型鋼柱焊接缺陷下端點和無損檢測面之間的最大距離，其計算公式如下

令Z表示型鋼柱焊接缺陷自身高度，則以式（2）、式（3)結果為基礎，其計算公式如下

經過上述步驟，得到型鋼柱焊接缺陷上下端點深度、缺陷位置和缺陷自身深度，實現型鋼柱焊接效果無損檢測。

3 實驗分析

使用本文方法對該建筑工程型鋼柱進行吊裝和焊接，驗證本文方法實際應用效果。

3.1 驗證本文方法吊裝型鋼柱技術

以型鋼柱垂直度偏差作為衡量指標，以10 個型鋼柱作為實驗對象，以統計方式獲取該10 個型鋼柱垂直度偏差，結果如表1 所示。

表1 型鋼柱垂直度偏差（單位：mm）

分析表1 可知，應用本文方法對該建筑工程型鋼柱進行吊裝施工后，10 個型鋼柱的垂直度偏差值均不同，其中最大偏差值為3.213mm，最小偏差值為0.158mm，在建筑工程中，鋼結構垂直度偏差單層不得高于5mm，整體垂直度偏差最大不得超過35mm，本文方法吊裝施工后的型鋼柱偏差數值位在可允許范圍內，該結果說明本文方法可有效對建筑工程型鋼柱進行吊裝施工。

3.2 驗證本文方法焊接型鋼柱能力

以10 個存在不同程度焊接缺陷的型鋼柱作為實驗對象，使用本文方法對該10 個型鋼柱焊接缺陷展開無損檢驗，檢驗結果如表2 所示。

分析表2 可知，利用本文方法可有效獲得型鋼柱焊接缺陷上端點和下短刀到無損檢測面距離，并依據該2 個數值可得到型鋼柱焊接缺陷自身深度，從型鋼柱焊接缺陷自身深度上來看，其數值均為超過二級未焊滿焊縫允許閾值0.2mm。

上述結果說明：利用本文焊接施工方法可有效焊接建筑工程中的型鋼柱，本文方法具備較為顯著的應用效果。

4 結語

本文提出了建筑工程中型鋼柱吊裝技術與焊接施工方法，并進行了實際驗證，驗證結果表明本文方法吊裝建筑工程中型鋼柱技術較好，焊接型鋼柱能力也較強，未來可在建筑工程中廣泛應用。但由于建筑工程型鋼柱在吊裝和焊接施工過程中存在諸多影響因素，在應用本文方法時可依據施工現場適當調整，以發揮其最佳應用效果。