中华人民共和国行业标准高层民用建筑钢结构技术规程JGJ 99-98 9
第 8.5.3 条 次梁与主梁的连接,一般为次梁简支于主梁,次梁腹板通过高强度螺栓与主梁连接。次梁与主梁的刚性连接用于梁的跨较大、要求减小梁的挠度时。图 8.5.3 为次梁与主梁刚性连接的构造举例。
第 8.5.5 条 本条提出的梁腹板开洞时孔口及其位置的尺寸规定,主要参考美国钢结构标准节点构造大样。
用套管补强有孔梁的承载力时,可根据以下三点考虑: (1) 可分别验算受弯和受剪时的承载力; (2) 弯矩仅由翼缘承受; (3) 剪力由套管和梁腹板共同承担,即
V=VS+VW
式中VS--套管的抗剪承载力,
VW--梁腹板的抗剪承载力。
补强管的长度一般等于梁翼缘宽度或稍短,管壁厚度宜比梁腹板厚度大一级。角焊缝的焊脚长度可取0.7tw,tw为梁腹板厚度。
第六节 钢柱脚
第 8.6.1 条 高层钢框架柱与基础的连接,一般采用刚性柱脚,轴心受压柱可设计成铰接柱脚。条文中没有对铰接柱脚作专门规定,设计时应使其底板有足够尺寸,防止基础混凝土在压力下早期破坏;应采用屈服强度较低的材料作锚栓,以保证柱脚转动时锚栓的变形能力。在高层建筑钢结构设置地下室以及在地下室中设置钢骨混凝土结构层的情况下,柱脚承受的地震力较小,且不易准确确定,故本条规定此时可按弹性阶段设计规定进行设计。
第 8.6.2 条 埋入式柱脚埋深是参考日本有关规定提出的。
第 8.6.3 条 埋入式柱脚的构造比较合理,易于安装就位,柱脚的嵌固性容易保证,当柱脚的埋入深度超过一定数值后,柱的全塑性弯矩可以传递给基础。根据日本的研究,在埋入式柱脚中,力的传递主要通过混凝土对钢柱翼缘的承压力所产生的抵抗矩承受的,柱钉传力机制在这种柱脚中作用不明显,但为了保证柱脚的整体性,仍应设置栓钉。
式 (8.6.3) 系参考日本秋山宏著《铁骨柱脚の耐震设计》( 东京:技报堂, 1985) 一书拟定的,为日本目前采用的计算公式。该式的推导如下:
根据力的平衡条件 ( 图 8.6.3-2) ,可得以下二式
消去x ,即可得式 (8.6.3) 。
第 8.6.4 条 v1为柱下端的剪力,计算时不考虑钢柱与混凝土间的粘结力和底板的抗弯能力,计算简图如图 8.6.4-3 所示。以上部反力合力V2处为支点,其距基础梁顶面的距离为 dc,,下部反力合力为 V1,根据V2>V1的条件,取V1距钢柱底部距离为d/4 ,是偏于安全的,它大于柱脚的设计剪力V。根据日本的研究,此处混凝土的抗剪强度设计值宜取混凝土的抗拉强度设计值。保护层厚度也参考了日本规定。
第 8.6.5 条 M0为作用于钢柱埋入处顶部的弯矩,V为作用于钢柱埋入处顶部的水平剪力,M为作用于钢柱脚底部的弯矩。本条参考李和华主编《钢结构连接节点设计手册》 ( 北京:中国建筑工业出版社, 1992) 拟定。
第 8.6.6 条 外包式柱脚的轴力,通过钢柱底板传至基础,剪力和弯矩主要由外包混凝土承担,通过箍筋传给外包混凝土及其中的主筋,再传至基础。与埋入式柱脚不同,在外包式柱脚中,栓钉起重要的传力作用。
本条及上条的设计规定,主要参考日本秋山宏著《铁骨柱脚の耐震设计》,一书提出。
第 8.6.7 条 采用外露式柱脚时,柱脚刚性难以完全保证,若内力分析时视为刚性柱脚,应考虑反弯点下移引起的柱顶弯矩增大。当柱脚底板尺寸较大时,应采用靴梁式柱脚。
第七条 支撑连接
第 8.7.1 条 高强度螺栓连接应计算每个螺栓的最大受剪承载力、支撑板件或节点板的挤穿抗力、节点板的净截面最大抗拉承载力和节点板与构件连接焊缝的最大承载力,其方法在任何钢结构教程中都有规定,此处不拟赘述。计算螺栓连接的最大承载力时,螺栓的抗剪承载力应按本章节 8.2.6 条的规定采用。
为了安装方便,有时将支撑两端在工厂与框架构件焊在一起,支撑中部设工地拼接,此时拼接仍应按式 (8.1.3-3) 计算。
第 8.7.2 条 采用支托式连接时的支撑平面外计算长度,是参考日本的试验研究结果和有关设计规定提出的。工形截面支撑腹板位于框架平面内时的计算长度,是根据主梁上翼缘有混凝土楼板、下翼缘有隅撑以及楼层高度等情况提出来的。
第 8.7.3 条 根据偏心支撑框架的设计要求,与耗能梁段相连的支撑端和长梁段的抗弯承载力之和,应超过耗能梁段端的最大弯矩。试验也表明,支撑端的弯矩较大,支撑与梁段的连接应考虑这一因素。支撑直接焊在梁段上的节点连接特别有效。
一般说来,支撑轴线与梁轴线的交点应在耗能梁段的端点,但支点位于梁端内,可使支撑连接的设计更灵活。
第 8.7.4 条 试验表明,耗能梁段在端头设置加劲肋是必要的。净长小于 2.6MP/Vp的耗能梁段,非弹性变形很大,为了防止翼缘屈曲,在距梁端 bf 处应设置腹板加劲肋。
对于剪切型梁段,腹板屈曲降低了梁的非弹性往复抗剪能力。腹板上设置加劲肋,可以防止腹板过早屈曲,使腹板充分发挥抗剪能力,同时减少由于腹板反复屈曲变形而产生的刚度退化。
第 8.7.5 条 试验表明,腹板的加劲肋只需与梁的腹板及下翼缘焊接。为了保证耗能梁段能充分发挥非弹性变形能力,还是要求三面焊接。耗能梁段净长小于 1.6MP/Vp。时为剪切型,大于 2.6MP/Vp时为弯曲型,前者要求的加劲肋间距较小。当其小于 2.2MP/Vp。或虽大于此值但剪力较大时,其加劲肋间距较弯曲型时为小,除两端设置加劲助外,还要求设置中间加劲肋。
第 8.7.6 条 耗能梁段两端的上下翼缘应设置水平侧向支撑,以保证梁段和支撑斜杆的稳定。楼板不能看作侧向支撑。梁段两端在平面内有较大竖向位移,侧向支撑应尽量不影响梁端的竖向位移。因此应当将侧向支撑设在梁端头的一侧。侧向支撑中的轴力可能大于条文规定的值,可以设计得保守一些。
美国加州规范建议,侧向支撑的轴力为耗能梁段达Vp或Mpc时,支撑点梁翼缘中力的较小者的 1%。本条文按现行国家标准《钢结构设计规范》 (GBJ 10) 第五章的规定采用,偏于安全。
第九章 幕墙与钢框架的连接
第一节 一般要求
第 9.1.1 条 高层钢结构设计中,非承重幕墙虽不是承重构件,但它与钢框架的连接有其特殊要求,若连接遭到破坏,导致幕墙构件脱落,将会造成重大经济损失和人员伤亡,因此应予以应有的重视。
非承重幕墙一般有金属幕墙、玻璃幕墙和预制钢筋混凝土幕墙 ( 即挂板 ) 三类,我国现有高层钢结构多数采用玻璃幕墙,较少采用铝合金幕墙和预制钢筋混凝土幕墙。铝合金幕墙造价较高,预制钢筋混凝土幕墙重量大,刚度大,在设计、制作、安装等方面都较前两者复杂,对混凝土幕墙的节点连接,必须采取周密的构造措施,避免产生钢框架与幕墙之间设计未考虑的相互不利影响。
其他非结构构件主要是指内隔墙。目前,内隔墙较多采用轻钢龙骨石膏板,这种内隔墙一般有较好的适应变形的能力,不需特殊处理。其他整体刚度较大的内隔墙,可按本章所定原则采取相应的构造措施。
第 9.1.2 条 有关幕墙本身的设计,在国家现行标准《玻璃幕墙工程技术规范》 (JGJ 102-96) 中,对玻璃幕墙的设计已有规定,混凝土幕墙可按类似原则根据现行国家标准《混凝土结构设计规范》 (GBJ 10) 进行设计。
第 9.1.3 条 在地震作用或风荷载下,幕墙构件不互相碰撞,不脱落,是对幕墙的基本要求之一。幕墙允许的最大变形角为1/150 ,介于多遇地震和罕遇地震下层间位移变形角容许值之间,也就是说,可以保证在多遇地震时不碰撞、不脱落,但不能保证在罕遇地震时不破坏或脱落,日本也是这样规定的。
第 9.1.4 条 本条规定与节点连接无直接关系,但分离缝合适与否,直接关系到幕墙是否会在层间位移不超过层高位移限值时互相碰撞,因为节点连接有可能因附加的碰撞力而破坏。
分离缝之间应填塞压缩性良好的弹性填充材料和密封材料,如海棉橡胶、硅酮膏等,以便在可能出现碰撞时起缓冲作用,并满足建筑功能上的密封要求。
分离缝的宽度是根据京城大厦和其他一些建筑的设计规定提出的。玻璃幕墙由于玻璃间隙能吸收一定的层间变位量,因而玻璃幕墙之间的纵横向分离缝允许小于本条规定值。
第二节 连接节点的设计和构造
第 9.2.1 条 幕墙构件与钢框架的连接节点,应具备承重、固定和可动三种功能。三种功能可分别设置三种节点,必要时也可由一个节点同时具备固定和承重两种功能。典型构造举例见表9.2.1 。
承重点主要承受幕墙的竖向荷载,并且具有调整标高的功能。固定节点的作用是将幕墙固定在主体结构上,主要承受侧向荷载和平面外荷载,节点受力复杂。可动节点是能适应较大层间变位的主体结构与幕墙构件连接的一种特殊节点,当主体结构产生层间变位时,可动节点能吸收设计允许的层间随动变位。综上所述,在水平荷载下,幕墙构件与钢框架连接的可靠性,将由节点连接强度和随动变位功能双重控制。
第 9.2.2 条 由于幕墙构件仅通过节点的紧固件和连接件与钢框架连接,因此应采用延性好的钢材作紧固件和连接件,以避免出现突然的脆性破坏。
第 9.2.3 条 本条所列为幕墙的常遇荷载,若工程中还需考虑特殊荷载,宜按实际情况采用。
第 9.2.4 条 本条所列幕墙构件风荷载,与现行行业标准《玻璃幕墙工程技术规范》 (JGJ 102) 所采用的一致。
第 9.2.5 条 本条与第四章第三节相比,补充了平面外水平地震作用。这是根据幕墙节点受力特点补充的。
第 9.2.6 条 本条是考虑幕墙热胀相碰引起的附加作用力,若使α△T= (2c-d)/ι,就可消除温度应力的影响。从连接点看,还要考虑由于幕墙和钢结构的材料热胀系数不同引起的内力。
第 9.2.7 条 本条规定取自本规程第 5.4.1 条,温度效应取值参考了国外资料。不考虑平面内和平面外地震作用同时出现,是参考国外的设计规定提出的。
第 9.2.8 条 连接节点设计,应符合现行国家标准《钢结构设计规范》 (GBJ 17) 的规定。本条规定了紧固件的设计内力要乘以不小于 2.5 的增大系数,是参考美国 UBC 关于连接墙板与主体结构的紧固件应有不小安全系数等于 4 的规定,结合我国的设计规定提出的。
第 9.2.9 条 与现行国家标准《钢结构设计规范》 (GBJ 17)的规定一致。
第 9.2.10 条 螺栓、角钢的最小构造尺寸,系综合国内外若干高层钢结构工程中幕墙与连接件的构造,并参考国外资料提出的。
第 9.2.11~9.2.15 条 这五条都是可动节点的构造措施。可动节点示意图见规程图 9.2.11 ,其位置举例可参见表 9.2.1 。由于我国高层钢结构是 80 年代才开始发展的,关于可动节点的构造措施,积累的经验和资料不多,本规程列出的构造措施,是在汇集我们已有经验的基础上,参考了国外经验 ( 主要是日本的资料 ) 提出的。这些构造措施的目的是: (1) 使可动节点在设计相对变位值范围内具有良好的位移性能。为了减少相对运动时的摩擦力,在可动节点部位设置了滑移垫片。垫片一般为 1mm 厚薄片,可采用聚四氟乙烯、氟化树脂、不锈钢等材料。为适应水平滑移或转动需要,在连接铁件上开设长圆孔,其长向孔径可按第9.2.12 和 9.2.13 条的要求确定。 (2) 是为了便于安装和控制安装正确度。在连接铁件上开设大孔径的连接孔,在长圆孔的长向孔径中考虑了施工误差,都为便于安装创造条件,又可能吸收一定的施工误差。但安装时,预埋螺栓必需尽量位于长孔径的中心位置,施工的尺寸误差必须小于允许误差,否则将影响可动节点的变位性能,严重的甚至可能在层间变位小于层高的 1/150 时,连接点破坏,使幕墙脱落。
第三节 施工要点
第 9.3.1 条 本规程强调了从幕墙构件制作到安装的过程中,对节点预埋件的要求。这些要求尤其需要向各道工序的直接操作人员交底,并请质检部门严格把关。强调这些要求是实践经验的总结,因为幕墙构件全靠螺栓连接固定,若某道工序违反操作规程,因敲打碰撞螺栓使其受到损伤,就会留下隐患,轻则降低节点连接的安全度,甚至可能导致严重后果。万一实际工程中由于各道工序误差积累,造成较大偏差而又难以纠正,也只能由设计入员提出补救措施,而决不容许采取损伤预埋件的错误行为。
第 9.3.2 条 对可动节点长圆孔内的螺栓提出紧固时的控制扭矩要求,是为了使节点具有设计规定的相对变位功能。据国外资料,对预制钢筋混凝土构件,其扭矩以控制在 3000~5000N·cm 范围为宜。对玻璃幕墙,可按有关规定采用。习惯的拧紧度远远超过这个要求,过大的紧固力将使滑移垫片受到过大的挤压力,从而增大了摩擦力。试验表明,这会降低幕墙的随动功能,并且容易损坏滑移垫片。不容许活动孔内螺栓焊接固定,是考虑到滑移垫片在高温下有可能遭到破坏,并便于更换受到损伤的滑移垫片。
第 9.3.3 条 可动节点内不要使用不合格的滑移垫片,是为了保证其随动变位性能。要求连接铁件和紧固件的材料规格和精度,符合设计要求和有关规定,是保证连接功能的基本条件之一,不容忽视。
第 9.3.4 条 安装尺寸允许偏差根据国外规定 ( 主要是日本规定 ) 提出。从我国实际看,只要每道工序严格把关,也是可以做到的。
第 9.3.5 条 节点的连接铁件和紧固件,都必需事先作表面防锈处理,安装后要求再次作表面防锈处理,是考虑到安装过程中防锈层可能因焊接等原因被局部破坏。节点的防火也应予以应有重视,但需注意不要因此降低了可动节点的随动功能。
第 9.3.6 条 幕墙施工中的安全要求,应遵照有关标准的规定,其细则在本章中不可能一一列举。
第十章 制 作
第一节 一般要求
第, 10.1.1 条 高层钢结构的施工详图,应由承担制作的钢结构制作厂负责绘制。编制施工详图时,设计入员应详细了解并熟悉最新的工程规范,以及工厂制作和工地安装的专业技术。
监理工程师是指合同文件明确规定可以代表业主的人。由于高层建筑钢结构施工详图的数量很大,为保证工期,制作单位的图纸应分别提交审批。施工详图已经审批认可后,由于材料代用、工艺或其他原因,通常总是需要进行修改的。修改时应向原设计单位申报,并签署文件后才能生效,作为施工的依据。
第 10.1.2 条 高层钢结构的制作是一项很严密的流水作业过程,应当根据工程特点编制制作工艺。制作工艺应包括:施工中所依据的标准,制作厂的质量保证体系,成品的质重量保证体系和为保证成品达到规定的要求而制定的措施,生产场地的布置,采用的加工、焊接设备和工艺装备,焊工和检查人员的资质证明,各类检查项目表格,生产进度计算表。一部完整的考虑周密的制作工艺是保证质量的先决条件,是制作前期工作的重要环节。
第 10.1.3 条 在制作构造复杂的构件时,应根据构件的组成情况和受力情况确定其加工、组装、焊接等的方法,保证制作质量,必要时应进行工艺性试验。
第 10.1.4 条 本条规定子对钢尺和其他主要测量工具的检测要求,测量部门的校定是保证质量和精度的关键。校定得出的钢卷尺各段尺寸的偏差表,在使用中应随时依照调整。由于高层钢结构工程施工周期较长,随着气温的变化,会使量具产生误差,特别是在大量工程测量中会更为明显,各个部门要按气温情况来计算温度修正值,以保证尺寸精度。
第 10.1.5 条 对节点构造复杂的钢结构,出厂前应在制作厂进行预拼装,并应有详细记录作为调整的依据。对受到运输条件限制而需要在工厂分段制作的大型构件,也应根据情况进行预拼装。
第二节 材 料
第 10.2.1 条 本条对采用的钢材必须具有质量证明书并符合各项要求,做出了明确规定,对质量有疑义的钢材应抽样检查。这里的"疑义"是指对有质量证明书的材料有怀疑,而不包括无质量证明书的材料。
对国内材料,考虑其实际情况,对材质证明中有个别指标缺项者,可允许补作试验。
第 10.2.2 条 本条款提到的各种焊接材料、螺栓、防腐涂料,为国家标准规定的产品或设计文件规定使用的产品,故均应符合国家标准之规定和设计要求,并应有质量证明书。
选用的焊接材料,应与构件所用钢材的强度相匹配,必要时应通过试验确定。下面给出的选用表仅作参考,选用时应根据焊接工艺的具体情况做出适当的修正。厚板的焊接,特别是当低合金结构钢的板厚大于 25mm 时,应采用碱性低氢焊条,若采用酸性焊条,会使焊缝金属大量吸收氢,甚至引起焊缝开裂。
本条款对焊接材料的贮存和管理做了必要的规定,编写时参考了国家现行标准《焊接质量管理规程》 (JB 3228) 、焊接材料产品样本等资料。由于各种资料提法不一,本规程仅对两项指标进行了一般性的规定。焊接材料保管的好坏对焊缝质量影响很大,因此在条件许可时,应从严控制各项指标。
螺栓的质量优劣对连接部位的质量和安全以及构件寿命的长短都有影响,所以应严格按规定存放、管理和使用。扭矩系数是高强度螺栓的重要指标,若螺栓碰伤、混批,扭矩系数就无法保证,因此有以上问题的高强度螺栓应禁用。
在腐蚀损失中,钢结构的腐蚀损失占有重要份额,因此对高层建筑钢结构采用的防腐涂料的质量,应给予足够重视。对防腐涂料应加强管理,禁止使用失效涂料,以保证涂装质量。
第三节 放样、号料和切割
第 10.3.1 条 为保证高层建筑钢结构的制作质量,凡几何形状不规则的节点,均应按 1:1 放足尺大样,核对安装尺寸和焊缝长度,并根据需要制作样板或样杆。
焊接收缩量可根据分析计算或参考经验数据确定,必要时应作工艺试验。
第 10.3.2 条 高层建筑钢框架柱的弹性压缩量,应根据经常作用的荷载引起的柱轴力确定。压缩量与分担的荷载面积有关,周边柱压缩量较小,中间柱压缩量较大,因此,各柱的压缩量是不等的。根据日本《超高层建筑》构造篇的介绍,弹性压缩需要的长度增量在相邻柱间相差不超过 5mm 时,对梁的连接在容许范围之内,可以采用相同的增量。这样,可以按此原则将柱子分为若干组,从而减少增量值的种类。在钢结构和混凝土混合结构高层建筑中,混凝土剪力墙的压应力较低,而柱的压应力很高,二者的压缩量相差颇大,应予以特别重视。
第 10.3.3 条 关于号料和切割的要求,要注意下列事项:
一、弯曲件的取料方向,一般应使弯折线与钢材轧制方向垂直,以防止出现裂纹;
二、号料工作应考虑切割的方法和条件,要便于切割下料工序的进行;
三、高层建筑钢结构制作中,宽翼缘型钢等材料采用锯切下料时,切割面一般不需再加工,从而可大大提高生产效率,宜普遍推广使用,但有端部铣平要求的构件,应按要求另行铣端。由于高层钢结构构件的尺寸精度要求较高,下料时除锯切外,还应尽量使用自动切割、半自动切割、切板机等,以保证尺寸精度。
第四节 矫正和边缘加工
第 10.4.1 条 对矫正的要求可说明如下:
一、本条规定了矫正的一般方法,强调要根据钢材的特性、工艺的可能性以及成形后的外观质量等因素,确定矫正方法;
二、普通碳素钢和低合金结构钢允许加热矫正的工艺要求,在现行国家标准《钢结构工程施工及验收规范》 (GB 50205) 中已有具体规定,故本条只提出原则要求;
第 10.4.2 条 对边缘加工的要求,可说明如下:
一、精密切割与普通火焰切割的切割机具和切割工艺过程基本相同,但精密切割采用精密割咀和丙烷气,切割后断面的平整和尺寸精度均高于普通火焰切割,可完成焊接坡口加工等,以代替刨床加工,对提高切割质量和经济效益有很大益处。本条规定的目的,是提高制作质量和促进我国钢结构制作工艺的进步;
二、高层钢结构的焊接坡口形式较多,精度要求较高,采用手工方法加工难以保证质量,应尽量使用机械加工;
三、使用样板控制焊接坡口尺寸及角度的方法,是方便可行的,但要时常检验,应在自检、互检和交检的控制下,确保其质量;
四、本条参考了现行国家标准《钢结构工程施工及验收规范》 (GB 50205) 的规定,并增加了被加工表面的缺口、清渣及坡度的要求,为了更为明确,以表格的形式表示。
在表 10.4.2 中,边线是指刨边或铣边加工后的边线,规定的容许偏差是根据零件尺寸或不经划线刨边和铣边的零件尺寸的容许偏差确定的,弯曲矢高的偏差不得与尺寸偏差叠加。
第五节 组 装
第 10.5.1 条 对组装的要求,可作如下说明:
一、构件的组装工艺要根据高层钢结构的特点来考虑。组装工艺应包括:组装次序、收缩量分配、定位点、偏差要求、工装设计等;
二、零部件的检查应在组装前进行,应检查编号、数量、几何尺寸、变形和有害缺陷等。
第 10.5.2 条 表 10.5.2 的组装允许偏差,参考日本《建筑工程钢结构施工验收规范》 (JASS6) ,根据对我国高层钢结构施工的调查,将其中某些项目的允许偏差值做了必要的修改。
第六节 焊 接
第 10.6.1 条 高层建筑钢结构的焊接与一般建筑钢结构的焊接有所不同,对焊工的技术水平要求更高,特别是几种新的焊接方法的采用,使得焊工的培训工作显得更为重要。因此,在施工中焊工应按照其技术水平从事相应的焊接工作,以保证焊接质量。
停焊时间的增加和技术的老化,都将直接影响焊接质量。因此,对焊工应每三年考核一次,停焊超过半年的焊工应重新进行考核。
第 10.6.2 条 首次采用是指本单位在此以前未曾使用过的钢材、焊接材料、接头形式及工艺方法,都必须进行工艺评定。工艺评定应对可焊性、工艺性和力学性能等方面进行试验和鉴定,达到规定标准后方可用于正式施工。在工艺评定中应选出正确的工艺参数指导实际生产,以保证焊接质量能满足设计要求。
第 10.6.3 条 高层建筑钢结构对焊接质量的要求比对其他结构要高,厚板较多、新的接头形式和焊接方法的采用,都对工艺措施提出更严格的要求。因此,焊接工作必须在焊接工程师的指导下进行,并应制定工艺文件,指导施工。
施工中应严格按照工艺文件的规定执行,在有疑义时,施工人员不得擅自修改,应上报技术部门,由主管工程师根据情况进行处理。
第 10.6.4 条 由于生产的各个焊条厂都有各自的配方和工艺流程,控制含水率的措施也有差异,因此本规程对焊条的烘焙温度和时间未做具体规定,仅规定按产品说明书的要求进行烘培。
低氢型焊条和烘焙次数过多,药皮中的铁合金容易氧化,分解碳酸盐,易老化变质,降低焊接质量,所以本规程对反复烘焙次数进行了控制,以不超过二次为限。
本条款的制定,参考了国家现行标准《焊条质量管理规程》(JB 3228) 、《建筑钢结构焊接规程》 (JGJ 81) 和美国标准《钢结构焊接规范》 (ANSI/AWS D1.1-88) 。
第 10.6.5 条 为了严格控制焊剂中的含水量,焊剂在使用前必须按规定进行烘焙。焊丝表面的油污和锈蚀在高温作用下会分解出气体,易在焊缝中造成气孔和裂纹等缺陷,因此,对焊丝表面必须仔细进行清理。
第 10.6.6 条 本条款选自原国家机械委员会颁布的《二氧化碳气体保护焊工艺规程》 (JB 2286-87) ,用于二氧化碳气体保护焊的保护气体,必须满足本条款之规定数值,方可达到良好的保护效果。
第 10.6.7 条 焊接场地的风速大时,会破坏二氧化碳气体对焊接电弧的保护作用,导致焊缝产生缺陷。因此,本规程给出了风速限值,超过此限时应设置防护装置。
第 10.6.8 条 装配间隙过大会影响焊接质量,降低接头强度。定位焊的施焊条件较差,出现各种缺陷的机会较多。焊接区的油污、锈蚀在高温作用下分解出气体,易造成气孔、裂纹等缺陷。据此,特对焊前进行检查和修整做出规定。
第 10.6.9 条 本条对一些较重要的焊缝应配置引弧板和引出板做出的具体规定。焊缝通过引板过渡升温,可以防止构件端部未焊透、未熔合等缺陷,同时也对消除熄弧处弧坑有利。为保证焊接质量稳定,要求引板的材质和坡口形式同于焊件,必要时可做试验确定。
第 10.6.10 条 在焊区以外的母材上打火引弧,会导致被烧伤母材表面应力集中,缺口附近的断裂韧性值降低,承受动荷载时的疲劳强度也将受到影响,特别是低合金结构钢对缺口的敏感性高于普通碳素钢,故更应避免"乱打弧"现象。
第 10.6.11 条 本条款的制定参考了现行国家标准《钢结构工程施工及验收规范》 (GB 50205) 和部分国内高层钢结构制作的有关技术资料。钢板厚度越大,散热速度越快,焊接热影响区易形成组织硬化,生成焊接残余应力,使焊缝金属和熔合线附近产生裂纹。当板厚超过一定数值时,用预热的办法减慢冷却速度,有利于氢的逸出和降低残余应力,是防止裂纹的一项工艺措施。
本条款仅给出了环境温度为0℃以上时的预热温度,对于环境温度在0℃以下者未做具体规定,制作单位应通过试验确定适当的预热温度。
第 10.6.12 条 后热处理也是防止裂纹的一项措施,一般与预热措施配合使用。后热处理使焊件从焊后温度过渡到环境温度的过程延长,即降低冷却速度,有利于焊缝中氢的逸出,能较好地防止冷裂纹的产生,同时能调整焊接收缩应力,防止收缩应力裂纹。考虑到高层建筑钢结构厚板较多,防止裂纹是关键问题之一,故将后热处理列入规程条款中。因各工程的具体情况不同,各制作单位的施焊条件也不同,所以未做硬性规定,制作单位应通过工艺评定来确定工艺措施。
第 10.6.13 条 高层建筑钢结构的主要承力节点中,要求全熔透的焊缝较多,清根则是保证焊缝熔透的措施之一。清根方法以碳弧气刨为宜,清根工作应由培训合格的人员进行,以保证清根质量。
第 10.6.14 条 层状撕裂的产生是由于焊缝中存在收缩应力,当接头处约束度过大时,会导致板厚度方向产生较大的拉力,此时若钢板中存在片状硫化夹杂物,就易产生层状撕裂。厚板在高层建筑钢结构中应用较多,特别是大于 50mm 超厚板的使用,潜在着层状撕裂的危险。因此,防止沿厚度方向产生层状撕裂是梁柱接头中最值得注意的问题。根据国内外一些资料的介绍和一些制作单位的经验,本条款综合给出了几个方面可采取的措施。由于裂纹的形成是错综复杂的,所以施工中应采取那些措施,需依据具体情况具体分析而定。
碳当量法是将各种元素按相当于含碳量的作用总合起来,碳是各种合金元素中对钢材淬硬、冷裂影响最明显的因素,国际焊接学会推荐的碳当量为 Ceq =C+Mn/6+(Ni+Cu)/15+(Cr+Mo+V)/5(% ),Ccq值越高,钢材的淬硬倾向越大,需较高的预热温度和严格的工艺措施。
焊接裂纹敏感系数是日本提出和应用的,它计入钢材化学成份,同时考虑板厚和焊缝含氢量对裂纹倾向的影响,由此求出防裂纹的预热温度。焊接裂纹敏感系数Pcm= C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B+板厚/600+H/60(% ) ,预热温度 T℃= 1440Pcm一 392 。