建筑工程钢结构冬季施工技术

沈正德

摘要：钢结构工程在建筑工程领域具有举足轻重的作用。在建筑工程中设计使用的钢结构，皆为重要工程及工程结构中较重要部位，因此要求制作加工精度较高，质量控制较严格，特别是在冬季严寒条件下施工，由于工人操作难度增大，材料对温度变化的敏感性较强，冬季施工必须针对冬季施工特点，制定专门的冬季施工工艺规程和施工组织设计。特别是在负温下进行钢结构的制作和安装时，应按照负温施工的要求。

关键词：建筑工程；钢结构；冬季；施工技术

中图分类号： TU761 文献标识码： A 文章编号：

钢结构冬季施工的技术难点

目前钢结构工程中已普遍、大量使用了以Q345为代表的低合金高强度钢，在一些重点工程中，由於荷载较高或结构形式特异、受力复杂，已使用了强度更高的Q390Q420Q460钢材，而且板厚达到50~150mm, 这类钢材在常温下焊接施工的裂纹敏感性已较大，在厚板和节点复杂、拘束应力较大的情况下焊接难度更大，技术上要求更严格。其主要质量控制点为焊接冷却过程中800~500℃区间内的冷却速度，冷却速度太快将使焊缝和热影响区产生马氏体脆性组织，冷却速度太慢将使热影响区过热而产生粗大脆性的侧板条铁素体组织，在较大焊接应力的作用下易于在焊后立即或延迟产生裂纹。在冬季低温环境下施焊将使冷却速度加快，焊接裂纹敏感性加剧，对防止裂纹产生的各项技术措施要求比常温焊接时更为严格。焊工这一特殊工种的操作质量受焊工身体、精神状态影响较大，负温环境下天寒地滑，焊接质量不易保证，且安全防护要求较高。

二、钢结构冬季施工技术的基本要求及注意事项

在冬季施工中，钢结构的制作和安装所用的钢尺、量具应采用土建单位使用的钢尺、量具，用同一精度级别鉴定。要制定土建结构和钢结构的不同验收标准，不同温度膨胀系数差值的调整措施。钢结构在负温下进行安装时，要注意温度变化引起钢结构外形尺寸的偏差。特别是在正温下制作，在负温下安装时，要有调整偏差的措施。凡参加在负温下施工的电焊工，除了取得常温焊接资格合格证外，还须经过负温焊接工艺培训，经考试合格后，方可参加负温下钢结构施工。除此之外，钢结构工程冬季施工过程时还应遵照以下要求和注意事项。

人员方面

参加负温钢结构施工的电焊工应经过负温焊接工艺培训，需要取得焊接资格考试资格证。经培训考试合格，取得相应的负温焊接合格证，方能参加钢结构的负温焊接工作。定位点焊工作应由取得定位点焊合格证的电焊工来承担。

材料方面

2.1、主材

（1）在负温下施工用的钢材，宜采用平炉或氧气转炉Q235钢、16Mn钢、15MnV钢、16Mnq钢、15MnVq钢。其质量标准应分别符合国家现行标准的规定。

（2）在负温下施工用的钢材，应具有负温冲击韧性保证值，Q235钢试验温度应为-20℃，16Mn钢、16Mnq钢、15MnV钢和15MnVq钢试验温度应为-40℃。

（3）负温下施工的钢铸件应按国家现行标准《一般工程用铸造碳钢》中规定的ZG200-400、ZG230-450、ZG270-500、ZG310-570号选用。

（4）钢材及有关连接材料应附有质量证明书，性能应符合设计和产品标准的要求。根据负温下结构的重要性、荷载特征和连接方法，应按国家标准的规定进行复检。

2.2、焊材

（1）选用负温下钢结构焊接用的焊条、焊丝，在满足设计强度要求的前提下，应选择屈服强度较低、冲击韧性较好的低氢型焊条。重要结构可采用高韧性超低氢型焊条。

（2）碱性焊条在使用前应按照产品出厂证明书的规定进行烘焙，烘焙合格后，存放在80-100℃烘箱内，使用时应取出放在保温筒内，随用随取。当负温下使用的焊条外露超过2h时，应重新烘焙。焊条的烘焙次数不宜超过3次。

（3）焊剂在使用前应按照质量证明书的规定进行烘焙，其含水量不得大于0.1%。在负温下露天进行焊接工作时，焊条外露不得超过2h，超过2h必须重新烘焙，焊条烘焙次数不超过3次。

2.3、钢结构制作

（1）钢结构制作和安装冬季施工应严格依据有关钢结构冬季施工规定执行。

（2）钢构件在正温下(夏季、工厂)制作，在负温下(冬季、露天)安装时，由于温度变化会引起钢结构构件外形尺寸的偏差，施工中应采取调整偏差的技术措施。

(3)端头为焊接接头的构件下料时，应根据工艺要求预留焊缝收缩量，多层框架和高层钢结构的多节柱还要预留荷载使柱子产生压缩的变形量。

（4）构件的组装必须按工艺规定的顺序进行，由里向外扩展组拼。焊接结构如在负温下组拼时，预留焊缝收缩值宜由试验确定。点焊缝的数量和长度由计算确定。

(5)零件组装必须把接缝两侧各50mm内的铁锈、毛刺、泥土、油污、冰雪等清理干净，并保持接缝干燥，没有残留水分。

（6）在负温下钢结构的焊接梁、柱接头板厚大于40mm且在板厚方向承受拉力作用时，还要求钢材有板厚方向伸长率的保证。

（7）在低温下进行焊接要参照《钢筋焊接及验收规程》进行，做好取暖防寒措施，以防止焊缝冷却过快而产生裂纹和脆性断裂等现象。

(8)负温度下焊接中厚钢板、厚钢板、厚钢管的预热温度可由试验确定。

(9)在负温度下构件组装定型后进行焊接时，应严格按焊接工艺规定进行，由于焊接的起始点和收尾点比常温更易产生未焊透和积累各种缺陷，因此，单条焊缝的两端必须设置引弧板和熄弧板。引弧板和熄弧板的材料应和母材一致。严禁在母材上引弧。

(10)负温度下厚度大于9mm的钢板应分多层焊接，焊缝应由下往上逐层堆焊。为了防止温度降得太低，原则上一条焊缝要一次焊完，不得中断，在再次施焊时，应先进行处理，清除焊接缺陷，合格后方可按焊接工艺规定再继续施焊。

2.4、涂装

在低于0℃的钢构件上涂刷防腐涂层前，应进行涂刷工艺试验。涂刷时必须将构件表面的铁锈、油污、边沿孔洞的飞边、毛刺等清除干净，并保持构件表面干燥。为了加快涂层干燥速度，可用热风、红外线照射干燥。干燥温度和时间由试验确定。雨雪天气或构件上有薄冰时不得进行涂刷工作。钢结构使用的涂料应符合负温下涂刷的性能要求，不得使用水基涂料。

2.5、其他方面

（1）气体保护焊采用的二氧化碳，其气体纯度不宜低于99.5%(体积分数)，含水量不得超过0.005％(质量分数)。使用瓶装气体时，瓶内气体压力低于1N/mm2时应停止使用。在负温下使用时，要检查瓶嘴有无冰冻堵塞现象。

（2）在负温下钢结构使用的高强螺栓、普通螺栓应有产品合格证，高强螺栓应在负温下进行扭矩系数、轴力的复检工作，符合要求后方能使用。

(3)普通碳素结构钢工作地点温度低于-20℃，低合金钢工作地点温度低于-15℃时不得剪切、冲孔；普通碳素结构钢工作地点温度低于-16℃，低合金结构钢工作地点温度低于-12℃时不得进行冷矫正和冷弯曲。

(4)在负温度下露天焊接钢结构时，宜搭设临时防护棚。雨水、雪花严禁飘落在炽热的焊缝上。

三、钢结构冬季施工的关键技术及其施工工艺分析

钢结构由于其优越性，在我国高层建筑中越来越普遍采用。钢结构施工技术含量高，其中焊接是其关键的施工技术之一。焊接质量常常是施工质量控制的难点，特别是在较低温度下焊接施工时，由于环境温度较低，加之高空风速较大，增加了焊接接头的冷却速度，导致焊接裂纹倾向加大甚至出现焊接裂纹。因而在钢结构冬季施工过程中，必须以评定合格的焊接工艺为依据，制定冬季焊接施工工艺，采取以下工艺施工。

1、焊接前对焊工进行冬季焊接施工技术培训，使焊工明确冬季焊接工艺，严格按工艺要求施工。

2、焊接前，每天由专职焊接管理人员测定环境温度及风速，随时注意天气变化。

3、雨、雪天禁止施焊，当环境温度低于试验温度时禁止施焊。

4、注意冷空气对焊件表面对流散热的影响。当风速大于5m/s时，禁止柱一梁焊接施工，否则须搭设防风棚；当风速大于2m/s。时，箱形柱一柱焊接须搭设防风棚(防风棚应可靠，四面围帆布挡风，并且顶部来风处也应遮挡)。

5、预热用2-4把燃气烘枪烘烤。预热区在焊缝两侧，每侧宽度均应大于焊件厚度的2倍且不应小于lOOmm。预热温度用测温笔在距焊缝中心50mm处测量，达到规定的温度后方可进行焊接作业。

6、每条焊缝应一次焊完，中途不得中断，如因意外原因(如停电、下雨、下雪等)中断，应及时采取后热、缓冷措施。重新施焊前应对已焊焊缝进行检查，焊前需按规定进行预热。

7、箱形柱一柱对接时由两名焊工对称施焊，根据现场情况安排一名焊工辅助施工，如领取焊条、层间烘烤、中途接换焊接等，以确保层间温度和连续施焊。

8、箱形柱一柱对接焊接完成后，立即在焊缝区上下250mm范围内用厚30mm的石棉包裹三层，以减缓接头冷却速度。

9、实际结构的焊接按上述工艺对实际的柱一柱、柱一梁接头进行焊接，所有焊接接头焊后经100％超声波探伤和磁粉探伤，未发现裂纹，焊缝按《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》标准检验，I级焊缝一次合格率达99.8%。证明拟定的工艺试验方案和焊接工艺合理。

四、结语

总之，冬季钢结构施工技术是一项综合性技术，施工的重点是要保证焊接质量, 要做到焊前预热、中间加热、焊后再保温处理, 其目的也就是消除骤冷骤热、消除胀缩不均、延缓冷却收缩。不仅如此，由于冬季施工的不稳定因素，在施工过程中还会遇到其他多种多样的问题和突发事件。为此，在工程实践中，只有不断加强对建筑工程钢结构冬季施工技术的分析和探讨，才能确保冬季钢结构工程的施工质量和施工安全。

参考文献：

[1]王岩峰，钢结构焊接冬季施工要点阐述[J]，新疆钢铁, 2004,(2):57- 58.

[2]杨林，常永平编著，冬季施工现场技术及实例，化学工业出版社,2009.06.

[3]GB50205-2001，钢结构工程施工质量验收规范[S].