二氧化碳保護焊接在仿古建筑中的應用

丹鳳門遺址保護展示工程是大明宮國家遺址公園開工建設(shè)的第一個大規(guī)模單體項目，采用門式鋼架結(jié)構(gòu)結(jié)合唐代宮廷建筑風格進行復原展示，再現(xiàn)“盛唐第一門”的雄渾風采。丹鳳門主體鋼結(jié)構(gòu)采用大跨度門式鋼架局部框架夾層的結(jié)構(gòu)形式，以實現(xiàn)大跨度展廳遺址及文物展示的功能。本文主要對二氧化碳氣體保護焊接技術(shù)在仿古建筑中的應用進行闡述。

　　1工程概況
　　大明宮國家遺址公園丹鳳門遺址保護展示工程為門式鋼架結(jié)構(gòu)，局部框架夾層，總用鋼量約1700t。兩側(cè)城墻為單層單跨式門式鋼架， 跨度約14.8m，高約8.5m；中間城樓為兩層門式鋼架結(jié)構(gòu)，首層鋼架跨度為39.4m，高14.5m，二層鋼架跨度為31.8m，檐口標高為24.000m，屋脊中線板底為33.400m。本工程鋼柱最大截面為□1200x600x32x32，傾角15°，單根最大長度約15.6m，單根最大重量約22t；鋼梁最大截面 1800x450x24x35，跨度約30m，重約22t；鋼桁架高2.95m，跨度約30m，單榀重量13t。
　　2鋼結(jié)構(gòu)在仿古建筑中的優(yōu)勢
　　 我國古典木結(jié)構(gòu)建筑以其易滿足建筑造型、便于施工而被廣泛應用，尤其是建筑造型比較復雜的、節(jié)點難以制作、有斗拱裝飾的宮殿中。然而，不管這些以木結(jié)構(gòu)為主的古建筑當年建筑如何堅固、精美，卻無法抗拒歷史風雨的侵襲。特別是它的結(jié)構(gòu)受力、耐侯性和使用壽命隨著時代的進步和發(fā)展已遠遠遜色于現(xiàn)代建筑，特別從保護自然的角度，更被現(xiàn)代節(jié)能建筑逐漸淘汰。鋼結(jié)構(gòu)作為新型、環(huán)保建筑材料愈來愈來被廣泛認識并應用于建筑行業(yè)的各個領(lǐng)域。
　　 丹鳳門遺址保護展示工程選擇門式鋼架結(jié)構(gòu)，既滿足了其結(jié)構(gòu)功能上的受力需要，又解決了其獨特的仿古建筑要求，鋼結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了仿古建筑結(jié)構(gòu)與建筑的結(jié)合，將古代木結(jié)構(gòu)進行了完美的詮釋。
　　3工程特點、難點
　　3.1 工程結(jié)構(gòu)特點
　　（1）鋼梁截面大，跨度大、重量大：鋼梁截面為1800x450x24x35，跨度約30m，單根重約22t；
　　（2）鋼柱大、長、重、斜：鋼柱最大截面為□1200x600x32x32，單根最大長度約15.6m，重量約22t，內(nèi)傾15°；
　　（3）仿古元素建筑造型奇異，屋檐斗拱由250x250x10方管組合焊接而成，古建筑中屋檐的出翹與起翹。
　　3.2焊接技術(shù)難點
　　 （1）如何保證鋼柱、鋼梁此類大型構(gòu)件現(xiàn)場拼接以及預起拱值等一系列焊接技術(shù)問題；
　　 （2）如何保證仿古元素建筑造型奇異的斗拱和屋檐的出翹與起翹在焊接施工過程中能很好的控制變形，以最終能達到建筑外觀設(shè)計要求。
　　4焊接對策
　　本工程焊縫形式主要為：水平橫焊、立焊、弦桿對接平焊等，板厚有8mm、16mm、20mm、24mm、32mm、35mm，焊接工程量大，鋼板厚度較大，焊接難度比較高，針對此特點，擬運用二氧化碳氣體保護半自動焊成套技術(shù)進行對本工程鋼結(jié)構(gòu)的焊接作業(yè)。
　　 由于二氧化碳氣體保護焊接技術(shù)焊縫成形質(zhì)量好、焊接效率高，再加上二氧化碳資源豐富、價格低廉等原因，因此采用先進的二氧化碳氣體保護焊接技術(shù)，運用先進的焊接設(shè)備和焊接材料，制定合理的焊接順序和熱輸入量，采取嚴密的防風措施，加強焊前、焊中與焊后的應力與變形控制，并對焊縫進行超聲波探傷，確保焊接質(zhì)量。
　　5焊接工藝

　　 （1）焊前檢查
　　 選用的焊材強度和母材強度應相符，焊機種類、極性與焊材的焊接要求相匹配。焊接部位的組裝和表面清理的質(zhì)量，如不符合要求，應修磨補焊合格后方能施焊。認真清除坡口內(nèi)和墊于坡口背部的襯板表面油污、銹蝕、氧化皮，水泥灰渣等雜物。
　　 （2）墊板、引弧板，引出板的裝配
　　 1）墊板、引弧板，引出板其材質(zhì)應和被焊母材相同，坡口型式應與被焊焊縫相同，禁止使用其它材質(zhì)的材料充當引弧板、引出板和墊板。
　　 2）手工電弧焊和二氧化碳氣體保護焊焊縫引出長度應大于50mm。其引弧板和引出板寬度大于50mm，長度不小于50mm，厚度應不小于8mm。
　　 3）焊接完成后，應用火焰切割去除引弧板和引出板，并修磨平整，不得用錘擊落。
　　 （4）焊后清理及外觀檢查
　　 認真清出焊縫表面飛濺、焊渣、焊縫不得有咬邊、氣孔、裂紋、焊瘤等缺陷和焊縫表面存在幾何尺寸不定現(xiàn)象，不得因切割連接板、刨除焊墊板等工作而傷及母材，連接板、引入、引出板墊板刨除后的表面應光滑平整。
　　5.3焊接順序
　　 （1） 對于鋼梁、斗拱對接接頭，在工件放置條件允許或易于翻身的情況下，宜采用雙面坡口對稱順序焊接，避免焊接順序不當引起焊接變形，造成構(gòu)件外觀質(zhì)量無法滿足仿古建筑外觀效果。
　　 （2）對于面 1800x450x24x35的鋼梁拼接時，焊縫過長，宜采用分段退焊或與多人對稱焊接法同時運用。
　　 （3）屋檐斗拱由250x250x10方管組合焊接而成，焊縫疊合多，控制焊接變形，可采用焊前反變形措施和剛性夾具固定法控制，保證斗拱在結(jié)構(gòu)體系中的受力傳遞和建筑設(shè)計的外形感官質(zhì)量。
　　6焊接質(zhì)量
　　6.1焊前技術(shù)準備
　　 （1）焊工必須經(jīng)考試合格并取得合格證書，持證焊工必須在其考試合格項目及其認可范圍內(nèi)施焊。
　　 （2）焊接施工前應進行焊接工藝評定，并應根據(jù)評定報告確定焊接工藝。
　　6.2焊中應力控制
　　 （1）針對本工程焊接節(jié)點的特點，通過從內(nèi)向外、從上到下、先焊收縮量較大節(jié)點，后焊收縮量較小節(jié)點，先單獨后整體的合理焊接順序，使焊接應力得以有效的散失。
　　 （2）對形鋼梁對接焊接時，采取由兩名作業(yè)習慣相近的焊接技工，同時、對稱、勻速焊接，并盡量保持連續(xù)施焊。
　　 （3）盡量控制焊縫表面的余高，減少應力集中，所有焊縫余高應控制在0.5～3mm以內(nèi)。
　　6.3 焊后無損檢驗
　　 施焊完畢的焊縫待冷卻48小時后，按設(shè)計要求對全溶透一級焊縫進行100％、對二級焊縫進行20％的超聲波探傷。超聲波探傷的方法及評定標準按照《鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結(jié)果分析》（GB1231-1991）進行。其合格等級應為現(xiàn)行國家標準《鋼焊縫手工超聲波探傷方法及質(zhì)量分級法》（GB11345）B級檢測的Ⅱ級及Ⅱ級以上。
　　7結(jié)語
　　大明宮國家遺址公園丹鳳門遺址保護展示工程采用門式鋼架的結(jié)構(gòu)形式進行復原展示，應用先進的二氧化碳保護焊技術(shù)，完成了鋼結(jié)構(gòu)施工，不但在一定程度上節(jié)約了經(jīng)濟費用，而且在質(zhì)量、安全、進度上都取得了圓滿的成功。
　　利用鋼結(jié)構(gòu)復原的大明宮丹鳳門，滿足了唐風建筑的外觀需要，使得鋼結(jié)構(gòu)在唐風仿古建筑上實現(xiàn)了功能與外觀的完美結(jié)合，將唐風建筑在鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域表現(xiàn)得更為徹底。竣工后的丹鳳門氣勢恢弘而又古韻悠然，成為大明宮國家遺址公園的第一道風景線。