1.2 典型建筑钢结构焊接工程

随着科技不断进步，炼钢工艺水平和钢铁产量均得到了大幅提升，我国钢铁产量在1996年超越美国和日本，成为世界新兴钢铁大国，2010年中国钢铁产量就已突破6亿t，2022年我国钢产量达到10.13亿t，占世界钢材产量54%。随着我国钢产量增加，钢结构行业进入高速发展期，2010年钢结构年产量已达3000万t，2022年钢结构产量首次突破1亿t，其中建筑钢结构产量达9200万t。钢结构的发展，促进了焊接新技术、新工艺、新设备和新材料的应用与开发。反之，焊接新技术、新工艺、新设备、新材料的科技进步，又为钢结构行业的快速发展提供了技术支撑和保障。典型的建筑钢结构焊接工程见表1-1。

1.2.1 超高层建筑类

1.深圳发展中心大厦

1984年，中国第一座超高层钢结构建筑——深圳发展中心大厦（见图1-4）破土动工。深圳发展中心大厦高度为165.3m，采用钢框架-混凝土剪力墙结构，钢结构用量1.15万t，钢板最大厚度达130mm，焊缝多达5233条，折合长度为354km。为解决厚板焊接难题，该工程在国内首次引进使用了CO ₂ 气体保护半自动焊接工艺，大幅提高了现场焊接工效与焊接质量。

2.深圳地王大厦

1996年，深圳地王大厦（见图1-5）建成，高度383.95m，81层，建筑面积14.97万m ² ，钢结构用量2.45万t。建成时为亚洲第一高建筑，创造了“两天半”一个结构层的“新深圳速度”。深圳地王大厦采用筒中筒结构体系，长宽比1.92，高宽比9.0，创造了当时世界超高层建筑最“扁”、最“瘦”的纪录。钢结构最大板厚达到90mm。由于结构中有大量箱形斜撑、V形斜撑及大形A字形斜柱，在总长度600km的焊缝中，立（斜立）焊焊缝长度达到了86km。为解决大量厚板的立（斜立）焊缝焊接难题，施工方成功将CO ₂ 气体保护焊拓展应用于立（斜立）焊缝的焊接，保证了焊接速度与质量。

3.上海环球金融中心

上海环球金融中心（见图1-6），高度为492m，钢结构用量为6.4万t，为当时世界结构高度最高的建筑。该建筑为典型的巨型+支撑结构体系，外围巨型框架结构由周边巨型柱、巨型斜撑、环带桁架组成，芯筒为钢骨及钢筋混凝土混合结构。施工过程中大小构件约6万件，包括大量倾斜、偏心、多分支接头构件，钢板最大厚度达到100mm，现场钢结构施工焊条、焊丝用量达285t。

4.中央电视台新址大楼

中央电视台新址大楼（见图1-7）高234m，为当时世界最大的单体钢结构建筑，建筑面积约55万m ² ，钢结构用量达14万t。2006年被美国《商务周刊》评为“世界十大新建筑奇迹”。中央电视台新址大楼有“超级钢铁巨无霸”之称，最大钢板厚度达到135mm，钢材品种主要包括：Q355B、Q355C、Q355GJC、Q390D、Q420D及Q460E等。

5.深圳平安金融中心

深圳平安金融中心项目（见图1-8）外框4个角部间分布有V形支撑，其相交节点处用铸钢件连接，铸钢件分别位于L10层、L49层、L85层、L114层及屋顶塔尖角部对接处，材质为G20Mn5QT。该工程铸钢件对接处设计的厚度为200mm，构件铸造完成后实际厚度为215mm，阳角位置处厚度达304mm，铸钢节点（见图1-9）连接杆件较多，上下分叉与V形支撑连接，节点截面形状复杂。为攻克200mm厚八面体多棱角铸钢件焊接难题，项目成功开发了连续焊接成形的焊接方法（见图1-10），并先以现行GB/T 11345—2023《焊缝无损检测 超声检测 技术、检测等级和评定》进行整体检测，再按现行GB/T 7233.1—2009《铸钢件 超声检测 第1部分：一般用途铸钢件》规定对缺陷部位进行复检，形成了铸钢件对接焊缝的检测验收方法，为铸钢件对接焊缝的检测提供了借鉴，该成果填补了国内外空白，经济效益和社会效益显著，具有广阔的应用和推广前景。

6.武汉中心

武汉中心工程塔楼88层，裙楼4层，建筑高438m，结构标高410.7m，结构形式为巨柱框架+核心筒+伸臂桁架的筒体结构。整栋塔楼共有6道巨型桁架加强层，其中3道为伸臂桁架，分别位于31～33层、46～48层、63～65层，伸臂桁架节点处牛腿众多且多为异形构件，焊接空间有限，若采用传统的全焊接形式工艺难度极大，且焊接质量难以保证，故将该处节点优化为锻钢节点（见图1-11）。锻钢节点主要材质为Q390GJC，最大板厚400mm，最大质量约52t。节点中心主杆件为锻钢件（见图1-12），与之连接的部件为低合金高强度结构钢，单根节点焊缝总长21940mm，熔敷金属达到1223kg，焊缝填充量大。为满足连接的Q390GJC钢板强度要求，项目采用Q420材质的毛坯料进行锻压，再按设计要求进行机械加工；采用400mm厚锻钢与100mm厚Q390GJC钢板开展焊接工艺试验，分析焊接收缩余量，制定焊接工艺规范。采用全过程电加热技术，保证预热温度和层间温度为120～150℃，通过工艺支撑与焊接顺序匹配，实现复杂锻钢节点焊接，并在深圳华润总部大楼等项目得到推广应用。

7.中国尊

中国尊（见图1-13）项目建筑高度达528m，地上共108层。该项目钢结构总用钢量达到14万t，结构内包含大量的巨柱、桁架、巨撑及钢板墙等超重异形复杂构件，钢材多为Q390GJC，总焊接长度达57500m。该项目利用软件结合“局部-整体”思想有效地对异形多腔体巨柱进行焊接装配模拟；通过修改整体模型焊接顺序进行模拟并结合现场实际数据，最终确定了“内外组合、橫立结合”的焊接顺序，来减少焊后矫正时间，节省8.3%安装时间，显著缩短工期，提高了工程效益。图1-14所示为中国尊多墙体巨柱焊接施工实景。

1.2.2 大跨度建筑类

1.宝安工人文化宫

宝安工人文化宫（见图1-15）项目位于深圳市宝安中心区新湖路与兴华一路交会处，地下室3层，塔楼12层，由核心筒+W形外框柱+桁架结构+吊挂层梁柱组成结构体系。构件主要截面形式为箱形梁柱、亚型钢梁、H形梁柱、钢拉杆，主要材质为Q355B、Q355GJC、Q390GJC、Q420GJC、Q460GJC及Q690GJC；最大板厚为120mm。用钢量约为1.8万t，其中Q690GJC用于顶层钢桁架，厚度为50～120mm，共220t。

该项目的顶层桁架拉力较大杆件采用Q690钢后，构件截面减小，桁架刚度降低，变形略有增大。边跨增大幅度10.55%，中间跨增大幅度16.8%，但仍满足规范 L /400的变形限值要求且富裕量较大。通过斜Y形坡口焊接试验，确定Q690GJC高强钢焊接预热温度，通过消应力处理降低热影响区硬度，在实验室进行焊接评价，采用30kJ/mm的热输入，各项性能合格，满足焊接要求。

2.国家体育场

国家体育场（即“鸟巢”，见图1-16），位于北京奥林匹克公园中心区南部，为2008年北京奥运会的主体育场。北京奥运会后成为北京市民参与体育活动及享受体育娱乐的大型专业场所，为地标性的体育建筑。

“鸟巢”工程主体呈空间马鞍椭圆形，南北长333m、东西宽294m，建筑面积25.8万m ² ，总投资额约35亿元，共设座席9万个。建筑屋盖顶面为双向圆弧构成的马鞍形曲面，最高点高度为68.5m，最低点为42.8m。墙面与屋面钢结构由24榀门式桁架围绕着体育馆内部碗状看台区旋转而成，其屋面主桁架高度12m，双榀贯通最大跨度约260m；结构总用钢量为4.2万t，每平方米用钢量达到500kg；结构采用了Q355、Q355GJ及Q460等多种型号钢材，钢板最大厚度达110mm。“鸟巢”工程以Q460-Z25新钢种焊接性试验研究为核心，展示了新钢种焊接性的创新点及焊接新工艺，为建筑钢结构焊接工程采用类似新钢种提供了详细的技术参考资料。“鸟巢”施工全景如图1-17所示。

3.深圳大运中心体育馆

深圳大运中心体育馆（见图1-18）是2011年世界大学生运动会主会场，其建筑造型犹如一块璀璨的“水晶石”。场馆共设座席6万个，建筑面积13.6万m ² ，总投资约41亿元，满足国际田联及国际足联的比赛标准要求，可举办各类国际级、国家级和当地的体育赛事以及超大型的音乐盛会。该体育馆采用了内设张拉膜的钢屋盖体系，钢结构为单层折面空间网格结构，平面形状为椭圆形（285m×270m），最高点高度为44.1m，不同区域悬挑长度为51.9～68.4m。一标段钢结构总质量约1.8万t，主要采用Q355GJ材质钢材及大量铸钢件，钢板最大厚度达200mm。

针对深圳大运中心体育馆主体育场单层折面空间网格钢结构体系，悬挑长度长、现场焊接量大、厚板焊接和异种材质焊接多等施工难点进行深入研究，采用半自动CO ₂ 气体保护焊工艺，通过采取合理的焊接顺序、设置专门的操作支架、计算机温控电加热、分段分层退焊及多人同步对称焊接等措施，加强焊接过程中的加固与实时监测，成功完成了单层折面空间网格结构的焊接，尤其是创新性地解决了大直径异种高强度厚壁钢管现场全位置焊接和超厚（厚度达200mm）铸锻件的焊接难题（见图1-19）。

4.深圳湾体育中心

深圳湾体育中心又名“春茧”（见图1-20），是第26届世界大学生夏季运动会分会场之一，其主要建设内容有“一场两馆”，即体育场、体育馆、游泳馆及运动员接待服务中心、体育主题公园及商业运营设施等。深圳湾体育中心采用一体化设计，通过空间曲面单层网壳屋盖体系，将“一场两馆”有机联系在一起，形似“春茧”。

该工程总投资约22亿元，主场馆长约500m、宽约240m、高约52m。总建筑面积约25.6万m ² 。其结构为单层空间变曲面弯扭斜交网格，总用钢量约2.4万t，最大跨度180m，最大悬挑41m。钢材材质主要有Q355C、Q355GJC、Q460GJD等，主体结构于2009年10月30日开吊，2010年3月30日封顶。该工程的焊接重难点主要为Q460GJD材质之间的焊接，以及箱形弯扭构件焊接变形控制（见图1-21）。

5.马来西亚KLCC商业中心

马来西亚KLCC商业中心（见图1-22）项目位于马来西亚首都吉隆坡市中心，总建筑面积11.68万m ² ，总用钢量约1.6万t，地下5层，地上6层，主体为钢框架+悬挑桁架结构体系，桁架整体长90.2m，悬挑区挑空达45.7m。该项目钢材屈服强度达690MPa，最大板厚200mm，强度和厚度均为同期在建钢结构项目之最。

高强钢节点（见图1-23）质量达64t，最大板厚160mm，材质S690QL1。作为整个悬挑结构受力支撑，存在叠合板加工、高强钢焊接、加工尺寸精度控制等难题。严格按照焊接工艺评定参数进行施焊，针对窄腔体内部隐蔽焊缝：综合考虑设计及焊接操作要求，采用翼缘横向分三段逐层焊接的方法。通过16次退装退焊完成高强钢叠加板节点整体焊接。为确保焊缝质量可靠性，采用可视化超声波相控阵检测技术精确检测焊缝质量，焊缝一次检测合格率达到99.2%以上。

1.2.3 塔桅结构类

广州新电视塔是为2010年广州亚运会建设的广播电视塔。总用地面积约18万m ² ，总建筑面积约11万m ² ，结构总高610m，钢结构总量5.5万t，其形体扭转向上，体态优美，如图1-24所示。

钢结构外框筒采用钢管构件，高处节点为等强焊接连接，存在焊接量大，质量要求高，高处作业条件差，以及受气候影响明显等难题。结合以往的焊接经验，以CO ₂ 半自动气体保护焊为主、手工焊为辅，进行钢结构节点高处全位置焊接。节点采用对称分布焊接，按立柱→斜撑→环梁的顺序控制，同环内节点采用对称分布、交错焊接，以最大限度地减小焊接变形的不利影响。 xz5yp7rl9OO6BxO7vrxKWnudfQIv+0mJWiZrfJglf+BN3fcfiIDQNoJI4PqMZC+h