建筑钢结构焊接变形的控制措施分析

建筑钢结构焊接变形的控制措施分析

谷尚波

谷尚波

隆嘉建设集团有限公司317600

摘要：钢结构在建筑工程建设中应用比较广泛，自身强度比较高，并且就具有良好的塑性特点。但是就实际施工现状来看，在钢结构焊接时经常会因为截面与厚度因素影响，而出现变形累加问题，在加上施工材料与技术限制，将会在根本上限制结构框架施工效果。在进行施工优化时，需要就钢结构特点进行分析，确定变形原因，并基于此来选择合适的措施进行优化，本文就此方面内容进行了简要分析。

关键词：建筑工程；钢结构；焊接变形

建筑工程结构复杂程度不断提高，钢结构框架应用量也在不断增加，为全面提高工程建设效果，必须要针对常见的焊接变形问题进行分析，在确定变形原因的基础上来选择对应的措施进行优化，争取不断提高工程施工效果。造成钢结构焊接变形的因素很多，对于不同的原因，在处理时就需要有针对性的来选择对应的技术，消除存在的质量隐患。

一、建筑钢结构焊接变形分析

钢结构焊接为建筑工程施工中重要环节，但是受各项因素影响，很容易出现变形质量问题，必须要选择合适的措施进行优化。针对焊接残余对结构影响程度不同来进行划分，可以分为局部变形与整体变形两种；按照变形特征进行分析，则可以分为角变形、收缩变形、波浪变形、弯曲变形、错边变形以及扭曲变形等[1]。其中，角变形与波浪变形为结构局部变形，而建筑钢结构焊接变形大多为结构整体变形。想要有效改善钢结构焊接变形问题，就需要从实际情况出发，从整体角度来对各项因素进行分析，并基于此来选择合适的措施进行优化，并编制合理的方案对施工技术进行约束。

二、建筑钢结构焊接变形种类与原因分析

1.焊接变形种类

1.1角变形

角变形即钢结构在焊接后，构建平面围绕着焊缝所产生的角位移，是比较常见的一种质量问题，主要是因为沿着板厚方向出现了不同收缩变形量，并及时采取措施处理。

1.2纵向收缩变形

钢结构焊接施工后，观察轴向方向是否存在收缩变形，若存在即为将纵向变形，而如果在焊缝垂直方向出现收缩变形则为横向变形[2]。其中，结构焊接横向变形主要是因为焊缝肉熔点热膨胀影响较大，与周围低温金属产生冲击作用。

1.3波浪变形

波浪变形主要是因为薄板钢结构焊接施工时，受焊缝内应力影响，产生波浪形收缩变形情况。

1.4错边变形

建筑钢结构焊接施工时，经常会存在两件钢结构一同焊接的情况，这时如果两侧钢结构受热不均，很有可能会造成焊件在高度与长度上出现错位情况，影响结构施工效果。

2.变形原因

2.1焊接温度

如果焊接时温度控制不当，很容易出现变形质量问题，当温度达到金属熔点或者超过金属熔点时，会造成金属出现不同程度的膨胀问题[3]。这样对于不同的金属结构来说，会存在明显的不协调，形成不同程度的形变。另外，如果某类金属达到熔点膨胀后，金属结构本身会具有一个温度，对周围金属产生一定影响，一旦出现膨胀即形成焊接变形。

2.2结构材料

不同金属材料熔点不同，这样在一定的焊接温度下，就会对不同钢结构产生不同程度的影响，钢结构膨胀度存在一定的差别。对于不金属材料，其膨胀度过大或者过小，均会诱发钢结构出现焊接变形问题，对最终焊接质量产生影响。

2.3焊接顺序

不同部位的钢结构在焊接时所对应的顺序不同，如果顺序出现错误，极有可能会诱发结构出现焊接变形问题。钢结构焊缝承载力不同，当优先焊接承载力较小的钢结构时，较大的重量就会造成钢结构扭曲，形成结构焊接变形。

2.4结构刚性

在面对相同的承载力时，钢结构刚性越大则变形程度越小，因此在焊接施工时，还需要做好此方面的研究。施工人员应选择较大刚性的钢结构来承载较大的重力，选择较小的刚性结构来承载较小的重力，减少钢结构焊接焊接变形问题的产生。

三、钢结构焊接变形优化要点分析

1.结构设计优化

第一，焊缝尺寸与数量优化。面对钢结构焊缝数量比较多的情况，如果尺寸也比较大，则会使得钢结构输入热量增大，加大了结构焊接变形问题产生的概率。因此需要做好对焊缝尺寸与数量的控制，提高其设计合理性。第二，焊接方式选择。从焊缝尺寸与形状等方面进行分析，在保证结构具有足够承载力的同时，合理选择坡口形状与尺寸，最大程度来减少焊缝截面面积，对结构焊缝变形问题进行优化。第三，焊接操作简单。建筑钢结构框架数量众多，焊接工程量巨大，在进行施工时，不但要确保质量，同时还应尽量提高施工效率，因此在设计时还应做好操作便利性分析。即应尽量避免焊缝焊接位置处于仰面，在无法避免仰面焊接的时候，需要采取其他措施进行优化。

2.焊接技术优化

总结以往钢结构焊接经验，应尽量选择对称焊接的方式，尤其是对于刚度较小的结构材料，先行焊接焊缝很容易出现结构变形问题。因此焊接施工时要确保焊缝位置的对称性与均匀性，如果焊缝不对称，则应先行焊接焊缝比较少的一侧。对于部分结构在焊接完成后会出现角变形问题，应选择在焊接之前进行反变形的方式。在满足设计标准的情况下，焊接施工时应尽量选择纵向焊接与横向加强肋的方式处理。另外，对于T形接头板厚度比较大的情况，可以选择用开破口角的方式进行焊接施工。

3.钢结构材料优化

钢结构用途存在差异，则其所需承载重力也各不相同，这样在进行焊接施工时，就需要根据钢结构实际用途来选择相应的材料。并根据焊缝位置来选择合适的熔点金属，来完善钢结构焊接时，受承载力以及熔点等因素影响出现的变形问题。另外，在选好钢结构材料后，还应做好对焊接温度的控制，例如在焊接焊缝位置金属时，要最大程度降低对周围金属造成影响，并在焊接完成后迅速进行降温处理，避免温度过高使得周围金属结构产生变形。

四、建筑钢结构焊接变形控制实例分析

1.工程概述

以某建筑工程为例，其结构主要采取巨型框架、核心筒以及伸臂桁架抗侧力组合体系，结构主要材料为钢-混凝土，整个结构钢用量大约在1100t，具有构件重大、节点复杂特点，因此在进行焊接施工时，变形问题控制难度大，必须要编制严格的优化方案。

2.优化措施

2.1焊接工艺

对于厚板焊接施工，可以选择用多层多道焊接的方式，利用小电流来抑制钢结构的变形。注意在每次焊缝收头位置处理时，应熔至上一道焊缝顶端部位50mm左右位置，将两道焊缝错开大约50mm距离，避免出现接头集中的情况[4]。

2.2安装顺序

需要提高接点装配焊接顺序的合理性，如下图1所示，节点1，3现场焊接变形问题比较严重，在进行优化处理时，就需要线完成结构两端的焊接施工，然后在对腹杆连接进行焊接，最后进行中间螺栓的施工。另外，在对结构中间螺栓节点进行临时固定处理时，可以选择临时连接板包夹腹板与翼缘在临时连接板上选择长圆孔，或者开扩打孔方式处理，并投入一定量临时螺栓，缓解结构变形问题。最后对按照工程实际测量数据制作连接板结构进行替换，提高对节点施工质量的控制。

图1环带桁架与巨型柱连接

结束语：

面对建筑钢结构焊接变形问题，为提高工程施工总体效果，因此必须要对变形原因进行分析，并结合钢结构焊接施工特点，选择合适的施工技术，对每个环节进行优化，降低各因素对焊接效果的影响，避免出现变形问题。

参考文献：

[1]熊文.建筑钢结构焊接变形控制措施之初探[J].中国城市经济，2011，17：306.

[2]薛晓林.钢结构焊接变形控制措施研究[J].硅谷，2014，02：119+121.

[3]高传孝，李灵芝.浅析钢结构焊接变形的成因与控制策略[J].中国建筑金属结构，2013，10：6-7.

[4]程君.平台钢结构焊接变形控制措施[J].今日科苑，2009，04：81-82.