关于十字形钢柱制作的几点体会

耿凤兰

（新疆绿大地钢结构工程有限公司，新疆 乌鲁木齐 830011）

1 工程概况

新疆富蕴金山矿冶有限公司2×15万t/a直接还原球团矿一期工程中的链篦机室，有十四根十字型钢柱，二十七根H型钢柱。十字柱结构特殊，整体刚度大，对几何尺寸的要求严格，如果在制作过程中产生变形，矫正起来就极其困难，因此控制变形是制作的关键。

GB50205-2001《钢结构工程施工质量验收规范》规定十字柱制作允许偏差：柱身板垂直度不应大于5.0mm；截面连接处对角线偏差为3.0mm；柱身弯曲矢高，对于单层钢柱不大于12mm，可对于多节钢柱就不应大于5.0mm；柱身扭曲，对于单层钢柱不应大于8.0mm，对于多节钢柱不应大于5.0mm。

根据设计说明，柱上下翼板、腹板的拼接焊缝，采用坡口全熔透焊，焊缝等级为二级；翼板与腹板的T型焊缝，腹板先开坡口，预留间隙，按熔透等强工艺施焊，焊缝等级为二级。

由于我公司是第一次制作这种类型的钢柱，尚无成熟经验，经过不断的摸索和试验，终于总结出合理的控制变形的制作工艺。

2 十字柱的结构

链篦机室的十四根十字柱，材质为Q235B，规格为+700×400×25×36 的 6 根，长度为 10m；+800×400×25×36 的 2 根，长度为 28.6m；+600×350×20×30 的 6 根，长度为 5.8m，形状如图1所示（以最大规格为例）：

从图1可以看出，十字柱由一根H800×400×25×36和两根 T387.5×400×25×36 组成。

图1 工艺流程图

3 十字柱的制作工艺流程如图2所示：

4 制作工艺

4.1 下料时进行变形预控

（1）十字柱由一根 H800×400×25×36 和两根 T387.5×400×25×36焊接而成。考虑到T型钢焊接后翼板和腹板垂直度出现偏差时很难矫正，故将两根T型钢先做成一根H型钢，焊接矫正后再剖成两根T型钢。

（2）预留焊接收缩量。十字柱下料时腹板要开双面坡口，宽度方向留4mm焊接收缩量，长度方向留30~50mm的切割余量，即一根 H800×400×25×36的腹板下料尺寸为 25mm×732mm；另一根要剖成T形钢的H775×400×25×36要加切割量，即腹板下料尺寸为25mm×709mm。

4.2 下料工艺要求

（1）下料前对钢材进行几何尺寸、表面质量等方面的检查。钢材端边或断口处不得有分层、夹渣等缺陷，钢材表面损伤、锈蚀，经打磨修整后，其厚度削减量不应大于该钢材厚度负偏差的1/2。

图2 十字柱的制作工艺流程

（2）由于钢材规格的限制，钢柱的翼板和腹板必然会拼接，只允许长度方向的拼接，拼接长度不小于1000mm；翼板和腹板的拼接缝应错开不小于200mm，并与内部加劲板的角焊缝间距大于200mm。板料对接时，坡口为X形，在焊缝两头各加一块引弧板，焊后气割去除，并将焊道边缘修磨平整。对接处焊后要进行超声波探伤，并达到二级焊缝质量标准。

（3）所有翼板均在多头直条切割机上进行下料，板料的原边均不保留，以保证板料两侧受热均匀，不产生侧弯；腹板则用半自动切割机下料，切割完后直接开坡口，板料待完全冷却后方可移动。

5 组立、焊接、矫正

在组立前对所有的板料进行矫正处理，以保证组立精度，矫正后的钢材局部平面度允许偏差为1.0mm，并清除毛刺、铁锈、污垢等影响外观的缺陷。

5.1 H型钢的组立

（1）先按翼板宽度找出板料的中心线，再按此中心线找出腹板边缘线，按此线进行组立。组立完成后，在H型钢内部加临时固定板，以控制腹板和翼板的相对位置和垂直度，并起到一定的防变形作用。

（2）用CO2保护焊进行打底，两边同时进行，然后进行埋弧自动焊，用碳弧刨清根，焊接顺序如图3所示。

图3 H型钢焊接顺序

（3）柱两头要加引弧板。焊接顺序：先用CO2保护焊对位置1、3同时打底，翻边再对位置2、4同时打底，再焊接位置1、2处的第一道焊缝，然后在位置3、4焊缝处先清根，再焊一道，最后返回位置1盖面，按2、3、4顺序盖面。

（4）H型钢焊接完毕后，采用翼缘矫正机对H型钢进行矫正，保证翼缘板的垂直度不大于3.0mm，翼缘板对腹板的垂直度不大于5.0mm。

（5）按上述程序完成后，H775×400×25×36 的 H 型钢要剖开。切割时，在两边各留50mm不断开，中间部分进行间断切割，切割1.5m预留30mm不断开，待构件冷却后，再将未断开的部分割断，在很大程度上减小了T型钢的变形，在剖开的同时对剖开边开双面坡口，坡口形式如图4所示。

图4 T型钢腹板坡口形式

图5 十字柱组立胎具

5.2 十字柱的组立

（1）工艺隔板的制作。工艺隔板按十字柱的尺寸形状下料，其厚度与所连接梁中翼缘较厚的一致。工艺隔板与构件的接触面要求开坡口，边与边之间必须成90°直角，以保证十字柱截面的垂直度。

（2）检查H型钢和T型钢是否矫正合格，其外形尺寸是否达到要求，并将焊接区域内的所有铁锈、氧化皮、飞溅、毛边等杂物清除干净，方可开始组装。

（3）十字柱组立胎具如图5所示。将H型钢在平台上摆平调正，两T型钢腹板与H型钢腹板的相对位置如图6所示。

图6 T型钢与H型钢腹板的相对应位置及焊接顺序

（4）将T型钢坡口较浅的一侧与H型钢腹板进行定位点焊，定位焊缝长度为40mm，焊道间距400mm，焊接应先从坡口深度大的一侧进行，从中间向两边同时施焊，以避免因焊接造成弯曲或扭曲变形。焊接工艺与H型钢相同，均采用气体保护焊打底和埋弧焊填充盖面的焊接方法，对应的焊接位置均为船型焊。

5.3 十字柱的矫正

（1）焊接完成后，检查十字柱是否产生变形。矫正变形需用千斤顶配合火焰进行矫正，不得锤击强迫矫正，加热时应注意变形的方位，加热温度控制在600～900℃之间。

（2）矫正完成后，对十字柱进行端铣，以控制柱身长度及现场安装后的垂直度。

6 焊接变形控制要求

（1）采用船型焊，能较好地保证焊缝熔深、焊脚尺寸及外观质量。

（2）H型钢焊接时，中途不得停焊，以免受热不均，产生较大的热应力产生变形。

（3）焊完后，需等构件完全冷却后方可吊运。

（4）每一焊道焊接完成后及时清理焊渣及表面飞溅物，发现影响焊接质量的缺陷时，清除后方可再焊。

（5）在连续施焊过程中应控制焊接区母材温度，使层间温度的上下限符合工艺文件要求。

7 结语

按照上述工艺制作的十字柱，经检查均符合设计及质量验收规范的要求。构件安装完后，各部分连接良好，进一步证明了制作工艺的可行性及可操作性，为以后的制作积累了宝贵的经验。

[1]GB50205-2001.钢结构工程施工质量验收规范[S].

[2]JGJ81-2002.建筑钢结构焊接技术规程[S].

[3]田雨华.十字柱及ㄈ形柱制作变形控制[J].钢结构，2010，25（1）.