目 录
1 编制依据 -------------------------------------------------------------------------------------2 1.1 主要规范、规程及标准 --------------------------------------------------------------2 1.2 施工图纸及有关文件 -----------------------------------------------------------------2 1.3 其它 --------------------------------------------------------------------------------------2 2 工程概况 -------------------------------------------------------------------------------------3 2.1 工程简介 --------------------------------------------------------------------------------3 2.2 工程难点 --------------------------------------------------------------------------------3 3 桁架柱焊接工艺 ----------------------------------------------------------------------------3 3.1 总体焊接顺序 --------------------------------------------------------------------------3 3.2 总体焊接方法 --------------------------------------------------------------------------3 3.3 柱与柱的焊接 --------------------------------------------------------------------------4 3.4 箱形腹杆的对接 -----------------------------------------------------------------------6 3.5 焊接材料及焊接工艺参数 -----------------------------------------------------------7 4 防风措施设计 -------------------------------------------------------------------------------8 5 现场焊接管理 -------------------------------------------------------------------------------9
国家体育场钢结构桁架柱焊接方案
1 编制依据
1.1 主要规范、规程及标准
1.2 施工图纸及有关文件
《国家体育场钢结构设计施工图》 《国家体育场工程主结构施工方案》 《国家体育场钢结构现场焊接管理规程》 1.3 其它
2 工程概况
2.1 工程简介
国家体育场钢结构桁架柱共计24根，其中，Ⅰ区钢结构桁架柱12根，编号为P1~P8、P21~P24。桁架柱为三角形断面组合柱，由一根菱形内柱和两根箱形外柱组成，内、外柱之间设有箱型腹杆，两外柱之间则设有箱型立面次结构。桁架柱上大下小，上端与主桁架相连，下端则与柱脚相接。其中，内柱垂直于地面，而两外柱则倾斜向外。
桁架柱单根最重达500多吨，最高为67米，体形庞大，整根吊装难度极大。为此，根据桁架柱的特点、现场场地条件及安装精度要求、工期要求等实际情况，每根桁架柱分成两段，即下节柱和上节柱，采用800t 履带吊分段进行吊装，在高空进行焊接。桁架柱的现场接口主要包括下节柱与柱脚的焊接、下节柱与上节柱的对接以及桁架柱内部箱型腹杆的对接。接口处内、外柱板厚在20~100mm之间，其中部分菱形内柱的接口为100mm 厚的Q460E 钢板，箱形腹杆板厚在16~36mm之间。下节柱与柱脚的内柱现场接口为铸钢件与Q345D(GJ)或Q460E 的焊接。 2.2 工程难点
桁架柱中既有高强钢（Q460E 钢）的焊接，又有铸钢件的焊接，焊接工作量大。薄板焊接变形大，厚板焊接熔敷量大，温度控制和劳动强度要求高。而高空焊接、冬雨季焊接的防风雨、防低温措施更使得焊接难度增大。
3 桁架柱焊接工艺
3.1 总体焊接顺序
（1）先下后上，分段处的内、外柱三条焊缝同时对称施焊。 （2）先焊柱与柱的对接焊缝，后焊柱牛腿与腹杆间的对接焊缝。 3.2 总体焊接方法
根据现场接口型式、母材性能、技术要求及本公司的装备条件，现场桁架柱的焊接主要采用半自动CO 2气体保护焊（GMAW ）。焊接位置困难之处采用手工电弧焊
（SMAW ）。
3.3 柱与柱的焊接
（1）坡口形式
菱形内柱的对接焊缝坡口形式见图1，箱形外柱的对接焊缝坡口形式见图2，铸钢件与柱脚的对接焊缝坡口形式见图3。
≤50
＞50
图1 菱形内柱对接焊缝坡口形式
t
≤50
＞50
图2 箱形外柱的对接焊缝坡口形式
t ≤50
t ＞50
图3 铸钢件与柱脚的对接焊缝坡口形式
（2）焊接位置：横焊 （3）焊接方法
Q460E 钢与Q460E 钢的对接采用药芯焊丝CO 2气体保护焊或手工电弧焊，其他钢种对接采用实芯焊丝CO 2气体保护焊或手工电弧焊。
（4）预热
对于板厚大于36mm 的Q345GJ-D 钢板与Q345GJ-D 或铸钢件焊接要进行预热。其中，板厚小于等于50mm 的钢板焊接时可采用火焰预热，板厚大于50mm 的钢板焊接时采用电加热片伴随预热，预热温度为120℃，层间温度120～200℃。预热范围为坡口两侧三倍板厚范围，且不小于100mm 。对于厚度大于50mm 的接头，焊后利用预热设备立即升温至250℃，保温2小时缓冷。
对于Q460E 钢板与Q460E 、Q345GJ-D 或铸钢件焊接要进行预热。采用电加热片伴随预热，预热温度为150℃，层间温度150～250℃。预热范围为坡口两侧三倍板厚范围，且不小于100mm 。焊后利用预热设备立即升温至250℃，保温2小时缓冷。
（5）焊接顺序
每个接口由2～4名焊工同时对称施焊，采用多层多道焊，实行包角焊，如图4所示。
图a 两名焊工焊接时的焊接顺序示意图
图 四名焊工焊接时的焊接顺序示意图
图4 柱与柱焊接顺序
内、外柱与下柱顶节点的三条对接焊缝应同时施焊。 3.4 箱形腹杆的对接
（1）坡口形式：见图5
图5 箱形腹杆的对接焊缝坡口形式
（2）焊接位置：全位置 （3）焊接方法
采用药芯焊丝CO 2气体保护焊或手工电弧焊。 （4）焊接顺序
翼缘板焊接时要加引弧板。
每个接口由2～4名焊工同时对称施焊，采用多层多道焊，如图6所示。 先焊腹板的对接焊缝，再焊翼缘板的对接焊缝。
乙2
甲
2
图6 箱形腹杆的对接焊缝焊接顺序
3.5 焊接材料及焊接工艺参数
根据桁架柱安装分段，桁架柱安装焊缝为Q345D(GJ)与Q345D(GJ)、Q345D(GJ)与GS-20Mn5V 、Q345D(GJ)与Q460E 、Q460E 与Q460E 、Q460E 与GS-20Mn5V 间的对接焊缝。根据焊接工艺评定结果，桁架柱焊接材料见表1，焊接工艺参数见表2。
表1 桁架柱焊接材料
表2 焊接工艺参数
备注：当Q345D(GJ)与 GS-20Mn5V、Q345D(GJ)与 Q460E、Q460E 与GS-20Mn5V 采用实芯焊丝CO 2气体保护焊时，保护气体采用20％CO 2+80%Ar的混合气体，其他采用纯CO 2气体。
4 防风措施设计
为确保安全，保证焊接质量，桁架柱分段对口处搭设脚手架平台，操作平台设在离现场焊缝600～800mm 处，以利于焊工操作，具体形式如下。
图7 桁架柱焊接防风设计示意图
5 现场焊接管理
桁架柱受力大，是整个工程的关键，其焊接质量十分重要，为此，在桁架柱的施工过程中，焊接技术管理、现场作业焊工资质管理、焊接工长职责、焊工操作纪律、焊材管理、焊机、辅助机具及焊机棚、焊接过程检验、焊接记录、现场通用焊接工艺、应力变形控制措施、施焊环境、焊接检验等必须按照《国家体育场钢结构现场焊接管理规程》中的要求严格执行。
目 录
1 编制依据 -------------------------------------------------------------------------------------2 1.1 主要规范、规程及标准 --------------------------------------------------------------2 1.2 施工图纸及有关文件 -----------------------------------------------------------------2 1.3 其它 --------------------------------------------------------------------------------------2 2 工程概况 -------------------------------------------------------------------------------------3 2.1 工程简介 --------------------------------------------------------------------------------3 2.2 工程难点 --------------------------------------------------------------------------------3 3 桁架柱焊接工艺 ----------------------------------------------------------------------------3 3.1 总体焊接顺序 --------------------------------------------------------------------------3 3.2 总体焊接方法 --------------------------------------------------------------------------3 3.3 柱与柱的焊接 --------------------------------------------------------------------------4 3.4 箱形腹杆的对接 -----------------------------------------------------------------------6 3.5 焊接材料及焊接工艺参数 -----------------------------------------------------------7 4 防风措施设计 -------------------------------------------------------------------------------8 5 现场焊接管理 -------------------------------------------------------------------------------9
国家体育场钢结构桁架柱焊接方案
1 编制依据
1.1 主要规范、规程及标准
1.2 施工图纸及有关文件
《国家体育场钢结构设计施工图》 《国家体育场工程主结构施工方案》 《国家体育场钢结构现场焊接管理规程》 1.3 其它
2 工程概况
2.1 工程简介
国家体育场钢结构桁架柱共计24根，其中，Ⅰ区钢结构桁架柱12根，编号为P1~P8、P21~P24。桁架柱为三角形断面组合柱，由一根菱形内柱和两根箱形外柱组成，内、外柱之间设有箱型腹杆，两外柱之间则设有箱型立面次结构。桁架柱上大下小，上端与主桁架相连，下端则与柱脚相接。其中，内柱垂直于地面，而两外柱则倾斜向外。
桁架柱单根最重达500多吨，最高为67米，体形庞大，整根吊装难度极大。为此，根据桁架柱的特点、现场场地条件及安装精度要求、工期要求等实际情况，每根桁架柱分成两段，即下节柱和上节柱，采用800t 履带吊分段进行吊装，在高空进行焊接。桁架柱的现场接口主要包括下节柱与柱脚的焊接、下节柱与上节柱的对接以及桁架柱内部箱型腹杆的对接。接口处内、外柱板厚在20~100mm之间，其中部分菱形内柱的接口为100mm 厚的Q460E 钢板，箱形腹杆板厚在16~36mm之间。下节柱与柱脚的内柱现场接口为铸钢件与Q345D(GJ)或Q460E 的焊接。 2.2 工程难点
桁架柱中既有高强钢（Q460E 钢）的焊接，又有铸钢件的焊接，焊接工作量大。薄板焊接变形大，厚板焊接熔敷量大，温度控制和劳动强度要求高。而高空焊接、冬雨季焊接的防风雨、防低温措施更使得焊接难度增大。
3 桁架柱焊接工艺
3.1 总体焊接顺序
（1）先下后上，分段处的内、外柱三条焊缝同时对称施焊。 （2）先焊柱与柱的对接焊缝，后焊柱牛腿与腹杆间的对接焊缝。 3.2 总体焊接方法
根据现场接口型式、母材性能、技术要求及本公司的装备条件，现场桁架柱的焊接主要采用半自动CO 2气体保护焊（GMAW ）。焊接位置困难之处采用手工电弧焊
（SMAW ）。
3.3 柱与柱的焊接
（1）坡口形式
菱形内柱的对接焊缝坡口形式见图1，箱形外柱的对接焊缝坡口形式见图2，铸钢件与柱脚的对接焊缝坡口形式见图3。
≤50
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图1 菱形内柱对接焊缝坡口形式
t
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图2 箱形外柱的对接焊缝坡口形式
t ≤50
t ＞50
图3 铸钢件与柱脚的对接焊缝坡口形式
（2）焊接位置：横焊 （3）焊接方法
Q460E 钢与Q460E 钢的对接采用药芯焊丝CO 2气体保护焊或手工电弧焊，其他钢种对接采用实芯焊丝CO 2气体保护焊或手工电弧焊。
（4）预热
对于板厚大于36mm 的Q345GJ-D 钢板与Q345GJ-D 或铸钢件焊接要进行预热。其中，板厚小于等于50mm 的钢板焊接时可采用火焰预热，板厚大于50mm 的钢板焊接时采用电加热片伴随预热，预热温度为120℃，层间温度120～200℃。预热范围为坡口两侧三倍板厚范围，且不小于100mm 。对于厚度大于50mm 的接头，焊后利用预热设备立即升温至250℃，保温2小时缓冷。
对于Q460E 钢板与Q460E 、Q345GJ-D 或铸钢件焊接要进行预热。采用电加热片伴随预热，预热温度为150℃，层间温度150～250℃。预热范围为坡口两侧三倍板厚范围，且不小于100mm 。焊后利用预热设备立即升温至250℃，保温2小时缓冷。
（5）焊接顺序
每个接口由2～4名焊工同时对称施焊，采用多层多道焊，实行包角焊，如图4所示。
图a 两名焊工焊接时的焊接顺序示意图
图 四名焊工焊接时的焊接顺序示意图
图4 柱与柱焊接顺序
内、外柱与下柱顶节点的三条对接焊缝应同时施焊。 3.4 箱形腹杆的对接
（1）坡口形式：见图5
图5 箱形腹杆的对接焊缝坡口形式
（2）焊接位置：全位置 （3）焊接方法
采用药芯焊丝CO 2气体保护焊或手工电弧焊。 （4）焊接顺序
翼缘板焊接时要加引弧板。
每个接口由2～4名焊工同时对称施焊，采用多层多道焊，如图6所示。 先焊腹板的对接焊缝，再焊翼缘板的对接焊缝。
乙2
甲
2
图6 箱形腹杆的对接焊缝焊接顺序
3.5 焊接材料及焊接工艺参数
根据桁架柱安装分段，桁架柱安装焊缝为Q345D(GJ)与Q345D(GJ)、Q345D(GJ)与GS-20Mn5V 、Q345D(GJ)与Q460E 、Q460E 与Q460E 、Q460E 与GS-20Mn5V 间的对接焊缝。根据焊接工艺评定结果，桁架柱焊接材料见表1，焊接工艺参数见表2。
表1 桁架柱焊接材料
表2 焊接工艺参数
备注：当Q345D(GJ)与 GS-20Mn5V、Q345D(GJ)与 Q460E、Q460E 与GS-20Mn5V 采用实芯焊丝CO 2气体保护焊时，保护气体采用20％CO 2+80%Ar的混合气体，其他采用纯CO 2气体。
4 防风措施设计
为确保安全，保证焊接质量，桁架柱分段对口处搭设脚手架平台，操作平台设在离现场焊缝600～800mm 处，以利于焊工操作，具体形式如下。
图7 桁架柱焊接防风设计示意图
5 现场焊接管理
桁架柱受力大，是整个工程的关键，其焊接质量十分重要，为此，在桁架柱的施工过程中，焊接技术管理、现场作业焊工资质管理、焊接工长职责、焊工操作纪律、焊材管理、焊机、辅助机具及焊机棚、焊接过程检验、焊接记录、现场通用焊接工艺、应力变形控制措施、施焊环境、焊接检验等必须按照《国家体育场钢结构现场焊接管理规程》中的要求严格执行。