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“劲性钢柱”是在普通钢筋混凝土柱中增加型钢，又名混凝土钢柱。工程中采用劲性钢筋混凝土组合柱代替钢筋混凝土，是为了结合型钢和钢筋混凝土二者的优点，减小柱截面。劲性钢柱广泛应用于大型结构中，力求截面最小化，承载力最大化，以达到节约成本、空间的目的。常见的劲性钢柱有.. H型钢劲性混凝土、十字钢柱混凝土、圆钢柱混凝土，一般在钢柱上焊上铆钉并浇筑混凝土。
2 工程概况
武汉市中石油大厦地上有27层，地下2层，主楼部分采用钢骨柱梁框架结构，高度达到40米，主要是以Q345 B厚板为主(板厚有30，40，50,60). 钢柱为十字形式(十400×400×40×40×12000，构件质量大，截面尺寸大，为重型钢结构件，制作质量要求高，特别是焊接质量。十字型钢柱翼板与腹板之间纵向焊缝及十字型截面中间两道腹板之间纵向焊缝均采用坡口全熔透焊焊缝，焊缝质量为一级，牛腿腹板与翼缘板焊缝也均为全熔透焊焊缝，焊缝质量为一级。
3 制作技术流程
3.1焊接工艺评定
本工程所用钢材截面小，厚度大，坡口深，焊接应力大，易产生应力变形。为此，根据JGJ81—2002{建筑钢结构焊接技术规程》的相关规定进行焊接工艺评定
(1)十字柱下料
下料前应在钢材进场后立即进行材料复检，合格后方可使用，号料的母材需平直无损伤及其他缺陷，否则应先校正或剔除。用FASTCAM软件排版数控下料，主材长度方向加30mm余量。
(2)十字柱的组装
BH型钢下料、组立、焊接和校正，T型钢腹板宽度方向按实际尺寸加.. 2mr n(焊接收缩余量)下料，将两对称.. T型钢腹板间隔.. 10 00mm，点焊2 00mm组装成整板，点焊要有足够的强度，组装成.. H型钢并矫正。然后分开成.. T型钢并将坡口打磨平整，将T型钢同BH型钢焊接成十字柱。在BH型钢及T型钢(已组立成.. H型)组焊完毕并校正合格后，在其端头腹板上确立装配基准线，并用记号笔标记、打样冲眼。然后，以该装配基准线为基准加工穿筋孔。腹板钢筋孔多而密，为保证钻孔及装配的精度，此部分钻孔必须采用三维钻和钻模钻孔。
(3)配料、号料：放样前核对钢材材质及规格，其表面无裂纹、气泡、结疤、夹层等缺陷。每1m范围内的挠曲矢高不大于1mm。由工厂提供的钢管有出厂合格证。H型钢翼缘及腹板的对接缝相互错开200mm以上，与筋板等零件错开200mm以上，并避开钻孔部位，拼接料的长度及宽度大于300mm。刚架柱身钢管竖向对接时其焊缝相互错开，在拼接前按设计规范开好坡口，其焊缝质量要求为二级。
3.2 钢材切割
1)钢板采用半自动切割机切割，切割前将钢材表面切割区域内的铁锈、油污等清除干净。所有坡口用半自动切割机加工,切割后断口上不得有裂纹和＞1.0mm的缺棱，切割截面与钢材表面不垂直度不得大于2.0mm。并清除边缘上的熔瘤、飞溅物等。
2)零件矫平:所有零件下完料后进行矫平，允差为每1米范围内的挠曲矢高不得大于1mm，未矫平的钢板不得流入下道工序。需开槽口部位，此槽进行切割时，端部暂留一小段(30～40mm)不切割，待装配时切去。
3.3 钢板拼接
根据配料图进行拼接，拼接时采用引、熄弧板，（其材质、厚度、坡口与主材相同），并保证焊透。引入及引出的焊缝长度不少于50mm，焊完后将引、熄弧板割去，并用砂轮磨平焊缝两端的焊疤。
3.4 钢构件的组装
钢构件在组装前，检查下料后的各零件、部件是否符合图纸要求，尺寸是否在允许误差之内。连接接触面和沿焊缝边缘每边30～50mm范围内的铁锈、毛刺、污垢、冰雪等是否清理干净。板材、型材的拼接在组装前进行。组装在平台上进行，组装点固定后检查整体几何尺寸，组装完后并编号。
(1)H型钢制作工艺
翼腹板组装：组装前，沿翼板焊缝中心线40～50mm范围内进行打磨，清除铁锈、油污等杂质。在翼板上画出组装定位线，并沿线间断点焊定位块，然后上胎组对，组对后腹板中心偏移不大于1mm，上、下翼缘与腹板的组装间隙不大于1mm。
矫正：将已焊接完毕的H型钢在翼缘矫直机进行矫正，然后进行火焰矫角度。
组装：组装在已测平的平台上进行，组装时，严格控制两柱肢的轴线距离，组装缀条时，其轴线交点允差不大于3.0mm。
焊接、矫正完毕后，要打出安装定位中心线的洋铳眼并标出标高。
成品检查：质检员对成品进行全面检查后出具出厂合格证。
(2)焊接工艺
焊工资格：所有参加焊接的焊工均取得从事建筑钢结构焊接的焊工合格证，施焊
项目与合格项目相符。
焊接方法：翼缘板和腹板拼接采用埋弧焊，H型钢组合截面柱角焊缝采用埋弧自动焊船形焊接，肋板等其它焊接采用手工电弧焊或CO2气体保护焊。
③坡口形式：X型坡口。
④焊接规范：
⑤工艺措施：翼缘板和腹板拼接及船型焊加引弧板、熄弧板，坡口形式和材质与母材相同。当板厚大于36mm时进行100～150℃的预热，预热区在焊缝两侧各80～100mm范围内。
⑥焊缝质量要求：焊缝金属表面焊波均匀，无裂纹、夹渣、焊瘤，弧坑及针状气孔等害缺陷。加劲肋端部转角处连续施焊，起落弧点不能在端部，缩进至少10mm。焊工焊接完毕，清理焊缝表面的熔渣及两侧的飞溅物，检查焊缝外观质量。
钻模要求如下：..
1).钻模材料选用中碳钢( 45号钢)或工具钢；..
2).加工后淬火处理；..
3)．钻模内径应比图纸中孔径大03~0.5mm；..
4)钻模孔应与钢材表面垂直，其倾斜度应不大于.1／20；..
5)钻模孔周边应无毛刺、破裂、凸凹等缺陷，同时应清除干净钻孔切屑。
用双数焊工对称焊接腹板与腹板的十字接头焊缝，焊接方法是气体保护焊打底，埋弧焊盖面为控制焊接过程中的变形，要严格遵守焊接顺序（对角）并加强翻身次数。
为保证柱底板的装配精度，根据柱底板尺寸，下料班组制作一标准模板，同时根据模板进行柱底板的制作并钻孔。柱底板制作完毕后，检验其尺寸及平面度，然后转到焊接班组。
焊后用火焰方法，将钢柱调直。组焊牛腿和筋板、两侧筋板用手工气体保护焊对称焊接。按设计要求对焊缝进行无损检测和外观检查，合格后，打栓钉、敲钢印号，待发运。
3.5组焊措施
A.焊接位置
所有H型钢的焊接采用船形焊，板拼接采用平焊，肋板采用平角焊。
组装胎具：
焊接H型钢时，采用专用胎具，使焊缝成船形焊接位置。
其胎具结构如图
B.焊接顺序
H型钢的焊接，主要是防止其挠曲变形，适当安排焊接顺序，可通过焊缝本身的收缩达到相互抵消上、下挠曲变形的作用。
C.腹板拼接时，如存在纵横两方向拼接时，总的原则是尽量使所有焊缝在自由状态下收缩，以减少焊接残余应力。具体顺序如图。
1).施焊要求
焊接前，必须将焊接区域内油污、锈蚀物等杂物清理干净。厚度大于36mm的板应进行预热和后热。
翼板与腹板的角接，以及无余量的拼接焊缝必须加引弧熄弧板，其材质和坡口型式须与焊件类同，焊接完毕用气割切除并修磨平整，不得用锤击落。
拼接缝的焊接，先用手工电弧焊进行打底焊接，然后用埋弧自动焊焊接，焊接完毕，在反面气刨、打磨清根。
主要工艺参数：
δ＝40mm对接（焊条直径为Φ4mm）
腹板δ＝20mm与翼板穿透角接
2).焊接材料管理
A.焊丝表面应无锈、油等杂物。
B.焊剂使用前，必须经过烘烤。埋弧焊时，未熔化的焊剂可收集起来再次使用，但收集时，必须避免氧化铁及熔渣混入，并应过筛，除去过细的粉末和杂质，所领用的焊剂必须当天用完。
C.所用焊条均应经350℃～400℃温度下烘焙1小时，然后置于100℃～150℃低温箱中存放，随用随取，领用焊条时，不得超过4小时的用量，超过时，应重新按原要求烘干，重复烘干次数不应超过3次。
焊缝质量要求
3).检验工艺
A.H型钢制作时，各专业工程师对每道工序质量控制点进行严格把关。
B.各专业责任工程师和检验人员如发现施工质量和技术问题应向制作人员提出处理意见，若不予执行，有权先令其停工，并上报质保工程师进行处理。
C.质量检验的依据是《钢结构工程施工及验收规范》，施工图纸及工艺指导书。
D.钢梁制作的每步工序都必须遵循先自检、互检，后专检的原则，每道工序完后，应填写“自检记录”并交工段专检员，工段专检员对实物进行检查，签字认可后，才能转下道工序。自检记录填写及时、准确、齐全。
3.6厚板十字劲性柱制作难点
本工程板最大厚度为.. 60mm，材质为Q345B，有Z向性能要求，需正火处理，厚板主要集中在钢柱上。材料为低合金结构钢，含有少量合金元素，淬硬倾向大，焊接性差，焊缝中极易出现裂纹。因此，厚板焊接是本工程的一大难题，为防止焊接缺陷的产生，除遵循“焊接通则”要求外，特制定如下工艺措施。
1)焊材合理选用
所有的H型钢上下翼缘与腹板的焊接以及翼缘、腹板的拼接采用埋弧自动焊焊接，电源采用交直流均可，直流时焊丝接正极，焊丝用H08MnA。焊剂采用HJ431。手工电弧焊条E5015，气保焊丝ER50-6.
2)焊前预热。
焊前预热采用AWS1．1规定来确定，要根据材料化学成分和力学性能。
用碳当量公式为：..
CEq=m(c)+m( Mn)／6+[m(cr)+m Mo)+m(v)]／5+[(Ni)+m(Cu)]／15
3)焊接措施。..
a．由于后层对前层有消氢作用，并能改善前层焊缝和热影响区的组织，故采用多层多道焊，每一焊道完工后应将焊渣清除干净，并仔细检查和清除缺陷。然后，再进行下一层的焊接。
b．每层焊缝始、终端应相互错开.. 50mm左右。层间温度必须保持与预热温度一致。每道焊缝一次施焊，不可中断。..
c．焊接过程中采用边振边焊技术或锤击消除焊接应力。边焊边振过程，可延迟焊缝组织结晶，使焊缝中的氢等有害杂质有更充足的时间逸出，从而降低焊缝金属含氢量及杂质偏析，减少裂纹及层状撕裂趋向；可使焊缝晶粒更加细化，提高焊接接头塑性和韧性，从而大大提高焊接接头的机械性能；可降低焊接应力，提高焊缝抗层状撕裂及抗疲劳能力。
d．采取合理的焊接顺序及坡口形式可降低焊缝内应力，厚板接料采取对称的X型坡口，并对称焊接。
4)厚板焊接防层状撕裂措施。
节点要合理。采用较小的焊接坡口角度及间隙，并满足焊透深度要求。
a、减小焊接坡口角度及间隙。
b、在角接接头中，采用对称坡口或偏向于侧板的坡口。
c.对称坡口或偏向于侧板的坡口。
d.采用对称坡口。
e.板厚方向承受焊接拉应力的板材端头伸出接头。
3.7质量控制要点
钢柱所有钢板全部采用定尺材料，以减少焊缝数量，尽量减小焊接应力。焊接H型钢腹板宽度方向不拼接，采用宽度定尺钢板。腹板长度方向拼接开X型坡口，气保焊打底清根焊透后，无损检测达到一级焊缝后将钢板调平。焊接BH型钢和.. T型钢的腹板与翼板时要确保垂直，埋弧焊时反复多次(对此结构厚度一般至少4次)翻身焊接，以防翼板调平后两侧夹角不对称。
钢柱刚性较大，焊缝密集，焊缝尺寸大，焊接熔敷金属量也较大，焊接拘束度大。CO气体保护焊时，CO纯度要求达到95以上。埋弧焊时焊接要求.. 250℃下烘干.. 2h，以减少焊缝氢含量，减少产生焊接冷裂纹的可能性。另外，根据焊接工艺评定试验结果，必要时需采用预热和后热措施。
4 经济效益
采用劲性钢柱应用于大型结构中，力求截面最小化，承载力最大化，达到节约成本、空间的目的。