一、前言
1、重型钢结构在超高层、大跨度、大悬挑建筑结构中是主要结构骨架形式，其超强的结构使各种建筑形式得以实现，有很高的安全性、耐久性。重型钢结构节点上一般构件很多，焊接连接焊缝集中，应力大，不仅会引起构件变形、变位，而且还会引起裂缝，节点连接，孔洞密集，截面削弱大，节点板位置难布置，而铸钢节点则解决这类问题，使重型钢结构应用更为优越。
2、在结构施工当中，采用整体吊装，构件与节点大量的连接是在工厂进行，现场焊接工作量少，焊接、检测质量有保证，但运输受道路上的桥、洞、高压线及转弯半径的限制，需要大型机械进场。同样要受道路及场地的限制。高空散装法是解决这类问题的重要方法，可以根据道路运输能力，场地条件来确定吊装单元的大小，然后现场拼装。
二、工法特点
1、高空散装法
（1）降低了对吊装机械的要求。整体吊装需要超大型起重机，机械要求高，机械进退场、组装困难。
（2）降低了对场地的要求。如果大型机械进退场，场地处理难度大、费用高。
（3）解决了运输道路及道路上管线、道路、桥洞以及转弯半径等条件限制。
（4）合理的单元体划分使现场焊接数量降到最低，减少现场高空焊接质量风险。
2、铸钢节点
重型钢结构节点处构件交错复杂，密集的焊接区域不仅使焊接次应力高度集中，而且会导致构件变形、扭曲，甚至焊接使节点开裂，采用铸钢节点能有效地解决此类问题。
（1）铸钢节点检测。目前国家尚无统一的铸钢节点的检验及验收标准，对其进行力学性能试验、化学成分试验、整体无损探伤试验，形成能被各方接受的检测方法是质量控制的重点。
（2）焊接工艺评定。铸钢节点材质与其相连的杆件材质不同，进行焊接工艺评定是确定焊接工艺和焊接质量控制的关键环节。
三、适用范围
本工法适用于重型铸钢节点钢结构工程。且在道路运输、施工场地基础承载能力等受限制的情况下，此工法更有针对性。
四、工艺原理
1、高空散装法施工
（1）可合理划分为较小的单元体或扩大单元体，降低了对场地、道路及起重机的要求。
一般认为工厂整体焊接、整体吊装对质量有保证，但是整体吊装也是分块（片）然是高空焊接。而高空散装法不同的是块（片）分得更多，但高空散装法可以解决运输道路转弯半径及运输道路上管线、架空高度、场地条件不足，结构位置高度高等客观限制条件。高空散装法可根据客观条件选择合适的起重机，降低对起重机的要求。
（2）合理的结构单元体或扩大单元体划分，可降低现场施工风险，加快施工进度。
①单元体或扩大单元体划分时，受拉构件尽量划分为一个单元体，在工厂焊接、工厂检测。从客观条件上来讲，工厂焊接、检测可靠度比现场高空焊接检测可靠度高。
②划分单元时要根据构件的受力特征，在满足吊装、运输能力条件下，单元体尽可能划分为扩大单元体，使更多的构件在工厂中完成焊接。
③划分单元体时按断柱不断梁的原则划分，尽量使现场焊接焊缝的工作状态处于受压状态。
2、铸钢节点
（1）确定检测标准：铸钢节点使节点区密集的焊缝得以分散，避免因集中的焊接应力引起裂缝及次应力，铸钢节点目前尚无统一的国家标准，对其质量检测需要有一套被工程各方认可和接受的程序、方法和标准。
（2）确定焊接工艺标准：铸钢节点的材质一般不同于与其相连的杆件，如构件材质为Q345C，铸钢节点材质为GS-20Mn5。两者之间焊接通过焊接工艺评定来确定焊接工艺条件、坡口尺寸、拼接间隙、预热温度、多层多道焊接，保温缓冷、现场的防风防雨等措施及CO2气体保护焊环境控制标准。
五、施工工艺流程及操作要点
1、工艺流程
（1）高空散装法施工工艺流程：
铸钢节点检测→焊接工艺评定→单元体或扩大单元体划分→工厂制作各单元体组件→现场吊装（临时固定、焊接环境控制）→按规定工艺焊接→焊缝检测。
（2）铸钢节点施工工艺流程：
分解设计图纸→计算机建模→工厂制作及出具出厂合格证（制作木模、翻砂、浇铸、打磨及精加工、喷砂、表面磁粉探伤检测、出具合格证、刷防锈油漆等）→现场检测及焊接工艺评定→进入施工阶段。
2、操作要点
（1）铸钢节点检测
铸钢节点是根据图纸、建模、翻砂、浇铸而成，其质量检测是关键内容，对铸钢节点材料进行原位取样（可浇铸时长出一块或同时浇铸一块试样），取样后进行化学成分、力学性能试验，对铸钢节点进行表面磁粉探伤，检查是否有气孔、夹渣等内部缺陷，检测合格后方可进入下道工序。
（2）焊接工艺评定
铸钢节点材质为GS-20Mn5，桁架杆件材质为Q345C，不同材质之间的焊接须进行焊接工艺评定。
根据焊接设备（CO2气体保护焊）及焊缝质量要求确定坡口角度、坡口尺寸、拼装间隙、预热温度、分层分道次焊接，双人双向对称焊接工艺及焊接后保温、缓冷措施。
（3）单元体或扩大单元体划分
根据钢桁架设计思路,采用断柱不断梁的原则。按照此原则拆分，将受拉结构划分为一个扩大单元体进行工厂焊接；其他构件尽可能按受拉构件为一个单元体进行工厂焊接，且每个单元体组合构件尽量多，主要以运输道路、吊装限制能力为限，接头的位置处于铸钢节点处，构件安装方便。单元体或扩大单元体具体拆分。
（4）悬挑部分起拱处理、节点及构件用计算机辅助确定包括考虑拼接间隙、起拱等因素的尺寸及角度大悬挑、大跨度结构，工作状态会出现挠度，视觉上会引起不安全感及不美观，因此必须起拱，起拱的数值可采用设计院提供的理论挠度值，每一个节点、构件的下料制作根据上述方法确定的尺寸来施工、检验，并记录。
（5）施工段划分是高空散装的关键环节
安装（吊装）过程具体顺序划分为若干个施工段每个施工段分为若干个施工层，各施工层之间要对称安装，可减少同一施工段的纵向长度，便于在施工过程中消除累积误差，调节焊接收缩引起的轴向变形或整体扭曲。同时每个施工段各轴线先纵向形成一个机构体系，确保自身安全，然后连接横向相临轴线，使每个扩大单元体始终处于一个稳定的机构体系中。
（6）工厂制作（以图纸说明为主）
①根据图纸号料、划线、切割、焊接，确定制作工艺，完成后进行100%超声波探伤。
②根据钢桁架设计及单元体的划分，拼装单元体。
（7）现场吊装、临时固定、焊接环境控制
①现场吊装：
1）采用高空散装法降低了运输道路和吊装机械的要求，但仍属大型吊装工程，对吊装场地仍需进行复核、设计、处理，以确保起重机作业时的稳定性。（需编制临时承重架方案予以考虑）
2）根据总体施工方案，并综合起重机械技术参数、吊装重量、吊装高度及技术经济性，确定起重机械的型号。同时需要考虑起重机械的开行路线。
②临时固定：单元之间的临时固定也是吊装和焊接的关键问题之一，定位准确、稳定是吊装完成的标志，同时临时固定又是焊接时控制焊接间隙的要求，为节省钢材，采用可重复利用的工具式耳板连接。
③焊接环境控制：采用CO2气体保护焊，对焊接区进行围挡，以保证焊接质量，不适宜的自然环境如下雨、大风等。
（8）严格按工艺评定的要求施焊。
①控制预热温度。
②双人双向对称焊，随时对焊接产生的变形进行观察，层间焊接时通过调整焊接次序及临时固定方法来控制焊接变形。
③随时控制好电流、电压、气流、焊接速度，清理焊缝施焊前的夹渣、浮锈、氧化皮等杂质。
④焊接完成后，采用石棉布包裹，以使焊接区缓慢冷却，避免产生冷裂纹。
六、质量控制
1、质量控制应遵循的规范或标准
（1）《高层民用建筑钢结构技术规程》（JGJ99-98）
（2）《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205-2001）
（3）《建筑用铸钢节点技术规程》（试用稿）
（4）《建筑钢结构焊接规程》（JGJ81-2002）
2、质量控制措施
（1）原材料质量控制
原材料提供应符合设计要求和相关国家标准要求。
（2）施工过程质量控制
①对每个施工段、施工层，必须遵循合理的吊装顺序，确保每个扩大单元体形成稳定的机构体系。
各扩大单元体就位后，必须对构件的垂直度、标高进行校正，误差控制在2～3mm内。
②对钢构件和铸钢节点焊接时，控制拼接间隙，焊接前需先进行预热，预热温度控制在120-150℃，确保焊缝质量。
③焊接时，控制分层分道的次序，同时需双人双向对称同时施焊。
④焊接完成后，立即采用石棉布包裹，使焊接区域缓慢冷却，避免冷却迅速引起裂纹等缺陷。
⑤焊缝外观质量按规范要求进行，应做到外观平整、饱满、均匀。一级焊缝应进行100%超声波无损探伤，根据国家规范GB11345-89标准要求判别焊缝质量是否符合要求。不符合时，应直接提出缺陷位置，要求作返修处理；探伤合格时，出具焊缝检测合格证明报告。
七、安全措施
1、要求施工过程中严格执行国家《安全生产法》、《建筑施工安全检查标准》及相关部门、地区颁发的安全规程，执行三合一管理体系要求。
2、在高空散装施工过程中，必须做到以下几点以保证安全：
（1）在各扩大单元体吊装严格遵循吊装顺序的编号依次吊装。
（2）各单元体就位后，在施焊前，对不稳定的单元体要采取临时杆件进行固定，防止自重及外力引起偏位。现场焊接火花四溅，要做好防火工作，可燃物质尽量远离现场。
（3）大型起重机械起重半径范围内要拉警戒线，同时在起重过程中要有专业的指挥人员进行指挥。
（4）在风力大于六级时，严禁进行吊装作业。
（5）现场焊接属高空作业，焊接工作时间长，安装前必须铺好安全网，安装工人在安装时必须戴好安全帽系好安全带才可施工；注意安全用电，注意“三宝”使用，做好安全技术交底，以及应急防范措施。
八、环保措施
1、施工现场道路采用混凝土地面、并随时洒水，防止道路扬尘。
2、焊接操作工人应佩戴防护眼罩，穿防护服装。
3、施工现场的废弃材料要及时分类堆放，按环保部门的规定分类处置。
4、加强对施工机械的维护和保修，采取措施降低噪音，使噪声控制在国家标准之内。
九、效益分析
1、高空散装法对起重机械的要求大大降低，如采用大型起重机械来施工，则增加了大型起重机械的台班费用。
2、大型起重机械的停靠点的地基承载力要求较高，需要进行地基进行加固，高空散装减少了此项费用。
3、高空散装法由于构件相对较少，避免了超长、超重构件的产生，减少了对构件运输的要求。
