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，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邊量的控制精度直接影響彎矩傳遞效果。以項目為例，詳細介紹了梁翼緣與貫通式隔板對接焊縫錯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； 錯邊量

【中圖分類號】TU758.11【文獻標志碼】A

［定稿日期］2023-06-08

［作者簡介］閆茂龍（1988—），男，碩士，工程師，研究方向為市政公用工程、鋼結(jié)構(gòu)工程;田金鋼（1987—），男，本科，工程師，研究方向為市政公用工程;劉曉東（1996—），男，本科，助理工程師，研究方向為市政公用工程。

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)點起著傳遞彎矩和剪力的關(guān)鍵作用。在相互垂直的兩個方向柱與梁均為剛接時，柱宜采用箱形截面；當箱形柱壁板厚度不大于16 mm時，梁與柱剛接可采用隔板貫通型［1］。梁柱剛接節(jié)點形式主要由全焊連接、高強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螺栓連接，這種節(jié)點不僅具有較好的延性，而且在施工現(xiàn)場安裝時可先用高強螺栓定位梁，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，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邊時，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邊會導(dǎo)致幾點不利因素：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，以菏澤市萬福實驗學(xué)校為例，在鋼構(gòu)件深化設(shè)計、制造、安裝過程中，對梁翼緣與貫通式隔板對接焊縫錯邊量的精度控制技術(shù)予以介紹，確保該錯邊量控制在GB 50205-2020 5.2.8《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收標準》條［5］允許偏差范圍內(nèi)。

1 工程概況

菏澤市萬福實驗學(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。建筑鳥瞰圖如圖3所示。

2 產(chǎn)生錯邊的原因分析

通過對本工程加工的零部件隨機取樣，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)進行分析。梁翼緣與貫通式隔板對接焊縫錯邊產(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的測量誤差，在鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計節(jié)段，常出現(xiàn)以鋼梁上翼緣（或下翼緣）為基準定位腹板螺栓孔群，以對應(yīng)鋼柱下隔板（或上隔板）為基準定位連接板，會造成誤差累加。

（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引起梁翼緣與貫通式隔板產(chǎn)生錯邊。

（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邊量越來越大。

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

（5）梁柱剛接節(jié)點螺栓孔處的理論狀態(tài)如圖4所示，鋼梁較鋼柱豎向標高可調(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)計階段

鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計階段以梁高中心線為基準定位腹板螺栓孔群，并以對應(yīng)柱上下隔板之間水平中心線為基準定位連接板，尺寸標注如圖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)計階段與加工階段定位方式不同造成的累計誤差。

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)動軸將縱、橫向定位桿（均為角鋼）連成平行四邊形機構(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)動軸連至橫向定位桿中點處，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

采用游標卡尺量取鋼模板螺栓孔徑，嚴格依據(jù)GB 50205-2020《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收標準》，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)上述標準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處作標記，調(diào)整直角尺位置重復(fù)上述工作做另一標記，畫線連接兩標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，并畫標記線，以水平中心線為基準定位連接板豎直方向位置。

3.3 安裝階段

鋼梁安裝后，高強螺栓終擰前，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)鋼梁標高，待鋼梁上、下翼緣分別與鋼柱上、下貫通式隔板的錯邊量均較小時，終擰高強螺栓。

4 結(jié)束語

從鋼構(gòu)件深化設(shè)計、制造、安裝階段，對梁翼緣與貫通式隔板對接焊縫錯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邊量控制在GB 50205-2020《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收標準》允許偏差范圍內(nèi)。

參考文獻

［1］ 建筑抗震設(shè)計規(guī)范（2016年版）： GB 50011-2010 ［S］. 北京： 中國建筑工業(yè)出版社， 2016： 105.

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

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

［5］ 雷健， 段成剛. 鋼結(jié)構(gòu)梁柱剛接節(jié)點設(shè)計探討［J］. 鋼結(jié)構(gòu)， 2015， 30（6）： 69-73.

［6］ 鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收標準： GB 50205-2020 ［S］. 北京：中國計劃出版社，2020： 22.