箱形柱貫通式隔板與H型鋼梁翼緣連接精度控制技術(shù)

【摘要】多高層鋼結(jié)構(gòu)民用建筑中，梁、柱分別采用H型鋼梁、箱形柱時(shí)，梁與柱剛接常采用隔板貫通型栓焊混合連接。其中絕大部分梁端彎矩是通過翼緣傳遞給柱，而梁翼緣與貫通式隔板對接焊縫錯(cuò)邊量的控制精度直接影響彎矩傳遞效果。以項(xiàng)目為例，詳細(xì)介紹了梁翼緣與貫通式隔板對接焊縫錯(cuò)邊量的精度控制技術(shù)，并闡明了控制技術(shù)的易操作性、高效性、精確性。

【關(guān)鍵詞】箱形柱； 貫通式隔板； H型鋼梁翼緣； 對接焊縫； 錯(cuò)邊量

【中圖分類號】TU758.11【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A

［定稿日期］2023-06-08

［作者簡介］閆茂龍（1988—），男，碩士，工程師，研究方向?yàn)槭姓霉こ?、鋼結(jié)構(gòu)工程;田金鋼（1987—），男，本科，工程師，研究方向?yàn)槭姓霉こ?劉曉東（1996—），男，本科，助理工程師，研究方向?yàn)槭姓霉こ獭?/p>

0 引言

鋼框架、鋼框架-支承等結(jié)構(gòu)體系中，梁柱剛接節(jié)點(diǎn)起著傳遞彎矩和剪力的關(guān)鍵作用。在相互垂直的兩個(gè)方向柱與梁均為剛接時(shí)，柱宜采用箱形截面；當(dāng)箱形柱壁板厚度不大于16 mm時(shí)，梁與柱剛接可采用隔板貫通型［1］。梁柱剛接節(jié)點(diǎn)形式主要由全焊連接、高強(qiáng)度螺栓連接和栓焊混合連接三種［2-4］；其中栓焊混合連接節(jié)點(diǎn)的梁翼緣與柱采用全熔透坡口焊縫，梁腹板與柱連接板采用高強(qiáng)螺栓連接，這種節(jié)點(diǎn)不僅具有較好的延性，而且在施工現(xiàn)場安裝時(shí)可先用高強(qiáng)螺栓定位梁，然后對翼緣與柱連接處施焊，是目前鋼結(jié)構(gòu)梁柱剛性連接中施工最方便，采用最多的一種連接形式。

對于隔板貫通型栓焊混合連接節(jié)點(diǎn)，梁端彎矩絕大部分是通過翼緣傳遞給柱。理想狀態(tài)下梁翼緣與貫通式隔板對接焊縫，以及由彎矩引起的應(yīng)力路徑示意如圖1所示；梁翼緣與貫通式隔板存在錯(cuò)邊時(shí)，對接焊縫以及由彎矩引起的應(yīng)力路徑示意如圖2所示。對比上述兩種情況梁翼緣與貫通式隔板錯(cuò)邊會(huì)導(dǎo)致幾點(diǎn)不利因素：① 對接焊縫根部質(zhì)量難以保證；② 增大現(xiàn)場施焊難度；③ 焊縫產(chǎn)生剪應(yīng)力，應(yīng)力狀態(tài)變復(fù)雜；④ 對接部位板件方向存在突變，導(dǎo)致焊縫局部應(yīng)力集中。為此，以菏澤市萬福實(shí)驗(yàn)學(xué)校為例，在鋼構(gòu)件深化設(shè)計(jì)、制造、安裝過程中，對梁翼緣與貫通式隔板對接焊縫錯(cuò)邊量的精度控制技術(shù)予以介紹，確保該錯(cuò)邊量控制在GB 50205-2020 5.2.8《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》條［5］允許偏差范圍內(nèi)。

1 工程概況

菏澤市萬福實(shí)驗(yàn)學(xué)校位于山東省菏澤市定陶區(qū)境內(nèi)，總建筑面積157 678 m2。建筑結(jié)構(gòu)形式為鋼框架結(jié)構(gòu)，框架柱采用箱形截面柱，壁板厚度均不大于16 mm，箱內(nèi)澆灌混凝土；框架梁采用H型鋼梁；梁與柱剛接采用隔板貫通型栓焊混合連接節(jié)點(diǎn)。建筑鳥瞰圖如圖3所示。

2 產(chǎn)生錯(cuò)邊的原因分析

通過對本工程加工的零部件隨機(jī)取樣，量取相關(guān)數(shù)據(jù)，并結(jié)合鋼構(gòu)件的現(xiàn)場安裝對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。梁翼緣與貫通式隔板對接焊縫錯(cuò)邊產(chǎn)生原因分析如下：

（1）考慮焊接H型鋼梁高度以及對應(yīng)鋼柱上下貫通式隔板間距在加工時(shí)的測量誤差，在鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)節(jié)段，常出現(xiàn)以鋼梁上翼緣（或下翼緣）為基準(zhǔn)定位腹板螺栓孔群，以對應(yīng)鋼柱下隔板（或上隔板）為基準(zhǔn)定位連接板，會(huì)造成誤差累加。

（2）梁端腹板螺栓孔群采用螺栓孔鋼模板定位，利用磁力鉆鉆制；螺栓孔鋼模板在梁高方向的定位偏差會(huì)引起梁翼緣與貫通式隔板產(chǎn)生錯(cuò)邊。

（3）隨著螺栓孔鋼模板的重復(fù)利用，磁力鉆鉆頭不斷磨損模板孔壁，導(dǎo)致模板螺栓孔不規(guī)則性擴(kuò)大，繼而導(dǎo)致梁端螺栓孔間距誤差越來越大，從而引起梁翼緣與貫通式隔板間的錯(cuò)邊量越來越大。

（4）梁柱剛接節(jié)點(diǎn)連接板定位精度在豎向的偏差亦會(huì)引起梁翼緣與貫通式隔板產(chǎn)生錯(cuò)邊。

（5）梁柱剛接節(jié)點(diǎn)螺栓孔處的理論狀態(tài)如圖4所示，鋼梁較鋼柱豎向標(biāo)高可調(diào)量示意如圖5所示；鋼梁安裝過程中，往往不采取任何措施，鋼梁會(huì)因自重下沉。

（6）零件加工精度，焊接變形等其他原因。

3 精度控制

3.1 深化設(shè)計(jì)階段

鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)階段以梁高中心線為基準(zhǔn)定位腹板螺栓孔群，并以對應(yīng)柱上下隔板之間水平中心線為基準(zhǔn)定位連接板，尺寸標(biāo)注如圖6所示，定位方式與加工階段測量放樣保持一致，從而減小了因深化設(shè)計(jì)階段與加工階段定位方式不同造成的累計(jì)誤差。

3.2 加工階段

3.2.1 H型鋼梁端腹板螺栓孔制孔

梁端腹板螺栓孔群制孔階段，依然采用螺栓孔鋼模板定位，利用磁力鉆鉆制。其中螺栓孔鋼模板采用自制的“H型鋼梁腹板螺栓孔群定位裝置”定位。該裝置是利用平行四邊形機(jī)構(gòu)確定梁高中心線位置，繼而以中心線位置定位鋼模板，裝置示意如圖7所示。

定位螺栓孔鋼模板操作步驟：

（1）采用未擰緊的螺栓作為轉(zhuǎn)動(dòng)軸將縱、橫向定位桿（均為角鋼）連成平行四邊形機(jī)構(gòu)。

（2）中線定位桿采用雙矩管與雙填板組焊而成（矩管間形成滑槽），兩端采用未擰緊的螺栓作為轉(zhuǎn)動(dòng)軸連至橫向定位桿中點(diǎn)處，確保中線定位桿與縱向定位桿平行。

（3）通過反向推拉兩縱向定位桿，使得兩縱向定位桿頂緊H型鋼梁上下翼緣內(nèi)側(cè)。

（4）定位板通過對拉螺栓在滑槽范圍內(nèi)完成滑動(dòng)定位螺栓孔鋼模板。

3.2.2 螺栓孔鋼模板檢測及控制

采用游標(biāo)卡尺量取鋼模板螺栓孔徑，嚴(yán)格依據(jù)GB 50205-2020《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》，按照A級螺栓孔徑的允許偏差控制。采用鋼尺檢查鋼模板螺栓孔孔距，亦依據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)控制孔距在允許偏差范圍內(nèi)。

3.2.3 梁柱剛接連接板定位

箱形柱與貫通式隔板組焊完畢后，仍采用自制的“H型鋼梁腹板螺栓孔群定位裝置”定位箱型柱上下隔板之間的水平中心線位置，以水平中心線為基準(zhǔn)定位連接板豎直方向位置。

定位連接板操作步驟：

（1）通過反向推拉“H型鋼梁腹板螺栓孔群定位裝置”兩縱向定位桿，使得兩縱向定位桿頂緊上下貫通式隔板。

（2）以中線定位桿為標(biāo)尺，在箱型柱壁板上畫出兩條平行線。

（3）利用直角尺的一邊對準(zhǔn)其中一條線量取兩條平行線的垂直間距，繼而在該段距離中點(diǎn)處作標(biāo)記，調(diào)整直角尺位置重復(fù)上述工作做另一標(biāo)記，畫線連接兩標(biāo)記做出箱型柱上下隔板之間的水平中心線。

（4）利用直角尺定位連接板水平方向位置，并畫標(biāo)記線，以水平中心線為基準(zhǔn)定位連接板豎直方向位置。

3.3 安裝階段

鋼梁安裝后，高強(qiáng)螺栓終擰前，借助螺栓直徑與孔徑之間的差值，采用F扳手等工具微調(diào)鋼梁標(biāo)高，待鋼梁上、下翼緣分別與鋼柱上、下貫通式隔板的錯(cuò)邊量均較小時(shí)，終擰高強(qiáng)螺栓。

4 結(jié)束語

從鋼構(gòu)件深化設(shè)計(jì)、制造、安裝階段，對梁翼緣與貫通式隔板對接焊縫錯(cuò)邊量的精度控制技術(shù)展開了闡述；采用“H型鋼梁腹板螺栓孔群定位裝置”定位鋼梁腹板螺栓孔群，大大提高了螺栓孔群在梁高方向的定位精確；采用上述裝置定位箱型柱上下隔板之間的水平中心線位置，以水平中心線為基準(zhǔn)定位梁柱剛接連接板豎直方向的位置，提升了連接板的定位精度。

最終將梁翼緣與貫通式隔板對接焊縫錯(cuò)邊量控制在GB 50205-2020《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》允許偏差范圍內(nèi)。

參考文獻(xiàn)

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［2］ 李星榮， 秦斌. 鋼結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)手冊［M］.第4版. 北京： 中國建筑工業(yè)出版社， 2019.

［4］ 譚堅(jiān)， 區(qū)彤， 李松柏， 等. 鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)研究［J］. 建筑結(jié)構(gòu)， 2011， 41（S1）： 829-835.

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