钟红春，路 程，汪永胜，傅觉聪，王晓阳，邓德员
（中建钢构有限公司，广东深圳 51 8040）
[摘要]广州东塔钢结构工程量大，现场高空焊接作业多，主塔楼单层面积内存在350个焊接点，焊缝长达620m。为实现高空焊接防风、接火安全施工，杜绝火灾及危险隐患，通过对传统挂篮式、网片折叠式与抽屉式等3种接火装置进行改进试用，最终优化设计出一种机械装配式接火装置，其在多种高空焊接作业防护中应用效果良好。
[关键词]高层建筑；钢结构；焊接；接火装置；设计；应用
[中图分类号]TU974；TU745.1 [文章编号]1002_8498(2016)08-0026-04
1工程概况
广州东塔项目位于珠江新城CBD中心地段，集商业、办公、高级公寓和酒店于一体，建筑面积50余万m2。地下5层，地上112层，建筑高度530m，建筑面积50万m2，钢结构总用量约10.5万t。主塔楼为带加强层钢管混凝土巨型框架+核心筒体的抗侧结构体系，竖向分布6道巨型环桁架与4道伸臂桁架；外框架由大面积楼层钢梁连接箱形巨柱组成，内筒为巨型单、双层劲性钢板剪力墙与劲性钢柱结构，如图1所示。
本工程结构复杂，构件数量多、尺寸大，焊接工程量巨大。主要巨型构件分布于外框巨柱及核心筒内双层钢板剪力墙，巨柱最大截面尺寸为3 500mm×5 600mm×50mm×50mm，双层钢板剪力墙最大截面尺寸为14150mm×6 300mm×40mm×40mm。典型楼层H型钢梁数量约160件，单一楼层最多达300件，约350个焊接点、620m长焊缝。本工程整体约60%钢梁构件采用焊接连接，占据钢结构施工的关键控制线路及保障方向。因此在最常见的钢框架结构与核心筒-外框结构中，提高H型钢梁构件的焊接效率及安全性尤为重要。
2设计方案介绍
钢构件（被焊接物）的安装连接主要采用焊接或栓接，在现场焊接施工中，往往会产生大量火花飞溅的现象，高处交叉作业时极易造成下方人身伤害，以及引发火灾。受作业面狭窄及远离地面等因素影响，一旦发生事故，很难进行应急救援，事故严重程度远比普通地面焊接作业后果严重。
传统做法是在现场搭设焊接操作平台，可有效防止上述问题发生。但操作平台主要针对钢柱的焊接防护，而钢梁的焊接则由于点多面广，每个点焊接时间短，搭设操作平台则费时、费工，无法满足现场施工需求。钢梁焊接时通常做法是在钢梁下方悬挂接火措施，将焊接飞溅物接住，防止意外发生。
为确保焊接作业安全，避免事故发生，以及提高钢结构焊接施工效率。以广州东塔项目巨大工程量的H型钢梁焊接施工接火防护为背景，现场通过实践应用，不断改进设计方案，完成了从传统挂篮式、轻型折叠式、抽屉式到机械装配式的优化升级。
2.1传统挂篮式
传统钢梁高空焊接施工时，通常在钢梁下方悬挂挂篮式接火盆，并在接火盆内放置难燃的石棉被或石棉布等，以将高空焊接产生的火花、残渣等飞溅物接住，防止焊接作业面下方火灾隐患或灼伤他人等意外发生。具体工艺方法为：钢梁安装校正后，在与牛腿对接位置处钢梁上翼缘悬挂接火盆，挂钩采用西10的圆钢筋加工，接火盆采用1. 5mm厚薄钢板弯折对接焊而成，挂钩与接火盆通过焊接固定，如图2所示。
传统挂篮式接火装置制作简单、拆卸方便，但随着在工程初期焊接施工投入应用，其存在的不足愈发明显，主要包括以下4方面：①该接火装置通过挂钩悬挂于钢梁上翼缘，稳定性较差，且周边无防护措施，存在坠落隐患；②为达到较好接火效果，该装置底盆须留有足够大面积，而增大其质量与体积势必造成使用不便、适用作业空间有限，同时致使高空焊接防护增加困难；③此外，由于该接火装置支承结构形式设计过于简单，多次周转使用后易造成变形，寿命降低、影响使用效果；④该接火装置所使用的圆钢筋及薄钢板表面防腐性差，现场施工未进行妥善保管或存放，经一段时间使用后易生锈破损，其强度及使用寿命大大降低。
2.2网片折叠式
随着工程施工进度刷新、楼层结构高度不断增加，高处风力增大。高层建筑施工现场风力作用对钢结构焊接质量影响极大。传统防风焊接措施为搭设焊接防风棚或防风布，但往往由于钢梁对接杆件牛腿较多，高空焊接作业空间狭窄，搭设焊接防风棚难以广泛应用。针对处于该类恶劣工况下焊接难题，项目部自主设计出一种轻型折叠式接火装置，其既解决了作业空间受限焊接施工的防风难题，又实现了现场焊接防火的目的，如图3所示。
该装置制作简单，在有效接火的同时，能提供一个封闭的施工环境，可在很大程度上减弱风力对钢结构高空焊接成型质量的影响。但由于其自身质量较大（高达100kg），造成高空拆卸与搬运极为不便，并易形成安全隐患，很难达到现场大面积工程施焊需求。
2.3 抽屉式及机械装配式
结合以上焊接接火装置的实践应用经验，为了实现高空有效焊接防风、导火（引导火星飞溅方向）、接火，且确保装置安拆简易方便、易于保管，项目部进一步优化设计出抽屉式接火装置，其结构主要由一对底部接火盆、四周挡火板以及根据待焊钢构件尺寸可调节拉杆等组成，如图4所示。
但经试验使用后发现，抽屉式接火装置仍存在以下不足：①其拉杆有碍于工人焊接操作；②由于双侧挡板不能伸缩，导致其难以适用于不同截面尺寸钢梁的施焊防护。经项目部再次优化改进，最终设计出如图5所示的机械装配式接火装置。
机械装配式接火装置由接火盆、工装夹具、固定骨架、侧向导火墙及防护罩等组成，一般左右对称组合使用。该装置的接火盆、侧向导火墙及防护罩采用2mm厚Q235B镀锌钢板弯折加工，而工装夹具及固定骨架等采用Q235B钢精密加工，基本从材料上保证了其具备较好的耐腐性能与使用寿命。
该装配式钢梁焊接防护装置结构简单、安装方便快捷，且工装夹具与接火盆使用螺栓紧固的可拆卸式连接，可以快捷地拆下整个装置，尤其适合点多面广且每个点焊接时间短的焊接项目。其具体使用原理为：①第1步首先组装弓形工装夹具，弓形夹具主要通过卡扣与钢梁翼缘固定连接；②第2步连接两对弓形夹具形成固定骨架；③第3步在两弓形夹具尾部铆接一接火盆；④第4步 组装导火墙，导火墙板采用螺栓与固定骨架上两立杆固定连接；导火墙位于钢梁焊缝两端，且与钢梁相距一定距离，形成一导向通道，以引导焊接火花、焊渣
飞溅落入接火盆；⑤第5步 通过旋动拧紧弓形夹具顶部螺杆，将一对组装好的接火装置对称固定于待焊钢梁接头处；⑥第6步最后组装防风护罩，其主要是通过防护板上下卷边形成扣槽，然后利用上下扣槽与导火墙板进行套装连接；以此防护罩可针对不同钢梁截面尺寸进行水平灵活调整，最终实现适用于多种尺寸钢梁的焊接防护。以上步骤完成后，即可投入现场使用，如图6所示。
在现场高空钢梁焊接应用时，将一对机械装配式接火装置安装于钢梁待焊接头处，通过两对共4个弓形工装夹具卡住钢梁上翼缘锁紧固定；同时利用两组防护罩、导火墙等连成整体，以形成一个较为封闭焊接空间，最终达到良好的焊接防风、防火目的。经现场反复实践应用证明，在机械装配式接火装置的防护下，钢梁的焊接成型稳定且质量相比提高。由于该装置结构轻型稳固、加工成本低，且便于安装与拆卸，能够适用于多种高空受限空间焊接作业，现已被广泛应用于广州东塔项目钢结构现场焊接施工中。
3 应用对比分析
综上可以得出，传统挂篮式、网片折叠式、抽屉式及机械装配式等接火装置各具特点，其中以机械装配式接火装置现场应用效果最佳，可较好地满足建筑工程施工现场高空焊接防护需求。几种接火装置使用的优劣对比如表1所示。
4 结语
广州东塔项目工程主塔楼单层面积大，现场钢结构高空焊接作业量多。为保证焊接施工质量及安全，项目部通过自主探索设计出的新型机械装配式接火装置实践应用效果良好，可广泛适用于高层建筑施工现场多种空间环境焊接作业接火防护。该装置大大提高了现场焊接施工效率与安全性，可为高层钢结构建筑焊接施工提供宝贵借鉴，且其结构形式简便、新颖、稳固，加工成本低，具有较广泛的应用前景。
