建筑结构丨日本的横隔板为什么四面都用电渣焊？

百科 2024-12-06 10:59 北京

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之前讨论箱形柱的时候，有读者留言讨论隔板焊接采用几面电渣焊的问题，那我们就展开聊一聊这个话题，到底要几面电渣焊？这也是钢结构区别于混凝土的一个重要方面：钢结构的连接节点设计更加细致。

（图中箱形柱的隔板就只能焊三面了）

隔板有几类？

谈论箱形柱的隔板前，首先要区别隔板的种类。

1. 结构隔板：四边焊接，无损检测。
2. 工艺隔板：三边焊接，无需检测。这个隔板的作用，主要是为了固定作用，控制箱形柱在制作过程中的变形。

（箱形柱的结构隔板和工艺隔板）

本文中想探讨的是第一种：结构受力的隔板。这种隔板是图集《16G519》中经常出现的零件。

几面采用电渣焊？

什么是电渣焊

主要照顾一下对焊接工艺不了解的读者，这里给一个示意图，想深入了解，可以试试这个公众号的小程序。

几面电渣焊？

结构受力的内隔板需要四边焊接，那么应该在哪几面采用电渣焊呢？在有操作空间的情况下，最多只能在三边进行电弧焊，而最后一边因被钢板盖住，只能使用电渣焊。因此就形成了以下三种可能的组合：

1. 三面用电弧焊，有盖板的一面用电焊；这种方式在一本协会标准中被允许。
2. 两面用电弧焊，两面用电渣焊；这种方式是《高钢规》中的要求做法。
3. 四面都用电渣焊。

《钢结构制造技术标准》T/CSCS 016-2021

第6.9.5条，提到：横隔板厚度≤18mm，可以采用三面坡口焊，一面电渣焊；大于18mm，就要采用两面电渣焊，两面剖口焊了。

（箱形柱的结构隔板一面电渣焊和两面电渣焊）

隔板厚度	箱形截面尺寸	可采用
≤18mm	—	三面坡口焊，一面电渣焊
＞18mm	＜ 600mm	两面电渣焊，两面剖口焊
＞18mm	≥ 600mm	四面电渣焊

条文说明中，特别提到，空间够大，人可以进去焊，就不用电渣焊了。

“箱形构件隔板的电渣焊：当截面尺寸≥600mm 时，也可采用焊工直接进到构件里面焊接。”

这条的内容也从另一个侧面揭露了目前的现状：人工的成本还是相对比较低的。如果采用人工更省钱，为什么要费那么多钱上更多的自动化设备、搞装配化呢？

《高钢规》JGJ99-2015

第9.6.15条，一整条12款，都是在说电渣焊。可见电渣焊质量的重要性！

“箱形构件封闭后，通过预留孔用两台焊机同时进行电渣焊：同一横隔板两侧的电渣焊宜同时施焊，并一次焊接成型；”
【条文说明】“焊接时应由两台电渣焊机在构件两侧同时施焊，以防焊件变形。”

到底选择哪一种组合合适呢？这个就要评估焊接对构件变形的影响程度。

焊接变形的影响

1988年川田工业株式会社渡边武等发表的一篇论文《钢结构箱形柱的制造测试》中，详细探讨了应用于超高层建筑钢结构中的箱形柱的制造方法和焊接工艺。

研究主要是通过全尺寸制造实验，验证钢结构箱形柱的制造方法、焊接工艺以及质量控制方式，同时为提高实际工程中的制造精度积累数据。通过观察各工艺制造阶段的构件收缩量，发现影响最大的是隔板的电渣焊接，平均产生约1.44mm的收缩。

由于电渣焊接热输入大，单侧电渣焊会引起柱的弯曲变形、残余应力的分布不均，所以采用隔板两侧对称使用熔嘴电渣焊更合理，即《高钢规》9.6.15条中的要求做法。

日本由于人工贵，普遍采用了四面电渣焊的方式，据测算，电渣焊的焊接效率是气保焊的4倍。

（箱形柱的结构隔板四面电渣焊）

电渣焊缝缺陷的影响

也有研究发现制造过程中，隔板和柱壁内表面连接处会容易出现一个小缺口或空隙。这个缺口虽然很小，但用特殊方法观察时可以看到。当结构受到地震力的反复作用时，这个缺口会让焊缝两边的钢板更容易开裂和断开。 所以制造过程中，需要严格要求隔板的加工安装精度，才能保证避免这种缺口。

同时，研究中也提出了改进型的节点形式以避免缺口的影响，在每块围板与柱面接合处的最里面设置一个 45 度的半剖口斜面，更好地消除了内部可能出现的焊缝缺陷带来的开裂。

小结

对于一个看似简单的隔板电渣焊接问题，美国、日本和我们台湾等地震频发地区，从1988年到2018年，进行了持续深入细致的研究，成果用来优化钢结构设计细节并推广应用。

虽然在技术层面上，我们有很多可以借鉴的研究成果和经验，但在实际项目落地时，我们仍存在较大的差距。为了省一面电渣焊，选择三面剖口焊，如何真的要把剖口焊缝焊到符合要求，真的会省钱吗？

已有的成熟技术要求，在纸面上容易提，但如果缺乏应用的经济合理性，实际到落地执行时，就会变得困难，也就难免会使得钢结构工程中乱象频出。

大家在接触的钢结构工程中，有遇到哪些“乱象”呢？欢迎一起来交流讨论。

参考资料：《焊接手册》第3卷，《钢结构制造技术标准》T/CSCS 016-2021，《高层民用建筑钢结构设计规程》JGJ99-2015，《鉄骨ボックス柱の製作試験（钢结构箱形柱的制造测试）》，《Issues on using welded built-up box columns in steel special moment frames（在钢特殊弯矩框架中使用焊接组合箱形柱的问题）

来源：愚公解构，所有图片版权归原作者所有