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北京中國尊大廈，位于北京商務中心區（CBD）核心區Z15地塊，東至金和東路，南至規劃綠地，西至金和路，北至光華路。建筑高度528m，為中信和業投資有限公司投資建設，北京市第一高樓，首都新地標，世界上第一個在抗震設防烈度8度區建造的500m以上超高層大樓。該項目用地面積11478㎡，總建筑面積43.7萬㎡，其中地上35萬㎡，地下8.7萬㎡，建筑層數地上108層、地下7層（不含夾層），可容納1.2萬人辦公，為中信集團總部大樓。施工總承包單位為中國建筑股份有限公司/中建三局集團有限公司（聯合體）。中建鋼構股份有限公司承擔其鋼結構施工任務，焊接技術在整個建筑中發揮了關鍵作用，取得多項驕人的成績， 1項國家十二五重點課題；1項國家級工法，2項省部級工法、15篇核心期刊論文；10項發明專利、8項實用專利3項省部級進步獎4項技術鑒定；（3項國際領先，1項國際先進）。該項目榮獲2018年創建“中國工程建設焊接協會優秀焊接工程”活動成果評價特等獎。QC管理成果獲得公司級獎項5項，省市級獎項3項，國家級獎項4項；中建總公司QC成果一等獎，獲得北京市QC成果一等獎，中國施工企業管理協會、中國建筑業協會QC成果一等獎；獲得結構“長城杯”金獎。項目參編《多腔鋼管鋼筋混凝土結構技術規程》。

大廈采用巨形框架（巨柱、轉換桁架、巨型斜撐組成）+混凝土核心筒（型鋼柱、鋼板剪力墻）結構體系。F105層以上為塔冠結構，向上延伸至屋頂，其高度為30.3m，造型獨特新穎。主塔樓為筒中筒結構，內部為型鋼混凝土核心筒，外筒由巨型支撐和巨型框架以及次框架組成。內外筒共同構成多道設防的抗側力結構體系。

核心筒從承臺面向上延伸至大廈頂層，貫穿建筑物全高，核心筒平面基本呈正方形，底部尺寸約為39m×39m。核心筒周邊墻體厚度由1200mm從下至上逐步均勻收進至頂部400mm；筒內主要墻體厚度則由500mm逐漸內收至400mm。核心筒采用內含鋼骨（鋼板）的型鋼混凝土剪力墻結構，在結構底部范圍墻肢內設置了鋼板，形成了組合鋼板剪力墻。在塔樓腰部區域核心筒周邊墻肢內均勻布置了型鋼暗撐。通過設置鋼板墻和鋼暗撐，有效地減輕結構自重。外筒由巨型柱、巨型支撐、轉換桁架以及次框架組成的巨型框架筒體結構。巨型柱位于建筑平面四角并貫通至結構頂部，在各區段分別與轉換桁架（腰桁架）、巨型支撐連接。巨型柱平面輪廓為矩形，沿建筑高度向上尺寸逐漸縮小。巨型柱采用鋼管混凝土柱。巨型支撐設置在結構四邊的垂直立面上，采用焊接箱型截面，并與巨型柱連接。轉換桁架（腰桁架）沿塔樓豎向建筑功能節間布置，連同頂部的冒桁架，共8道，配合轉換桁架所在樓層四角設置角部桁架，形成環狀穩定結構。

多腔體異形巨柱焊接變形控制及應力釋放。大廈項目采用巨型框架加型鋼混凝土核心筒的框筒結構形式，位于建筑物平面四角的異型多腔體巨柱為此體系的主要傳力構件。其底部截面面積約63.9㎡，鋼板厚度最大為60mm，材質主要為Q390GJC、Q345C，由4個構件平面組裝而成，分為13個腔體，巨柱底面截面尺寸和腔體數量均未世界之最。焊接作為巨柱之間連接形式，焊接變形的存在影響著構件的強度、剛度以及穩定性，能否有效降低焊接變形直接影響到現場安裝精度和工期節點。如何采取合理的焊接順序、減少焊接殘余應力的產生，確?，F場焊接質量是焊接施工的一大難點。

巨型轉換桁架高空原位拼裝及密集焊縫焊接。工程轉換桁架焊縫存在大量50mm、60mm厚板，焊接工作量大、難度高，且主要為橫焊縫、平焊縫、仰焊縫及立焊縫，處于超高空、懸挑臨邊部位，單側大截面尺寸焊接節點數量達44處，焊縫密集、焊接作業條件十分復雜,作業時需搭設焊接操作平臺，防風、防雨、確保安全的措施非常規工程可比；桁架上下弦對應巨柱多腔體，存在局部腔體尺寸狹小，焊接條件較差，施焊難度較大；轉換桁架施工跨越冬期，期間最低溫度可達-15℃，海拔高度每升高100m，氣溫下降0.6～1.0℃，外界環境條件較差，需做好焊前預熱焊后保溫。如何采取有效措施控制焊接變形、消除殘余應力、防止層狀撕裂是現場焊接施工一大難點?？刂瞥L超厚鋼板墻焊接變形。鋼板墻水平焊縫最大長度6.4m，豎向焊縫最大長度4.5m，超長焊縫焊接難度大。最大板厚為60mm，厚板焊接變形及殘余應力控制是關鍵。且冬季施工焊接質量控制難。制定嚴密的焊接工藝流程，開展焊接工藝評定。根據《鋼結構焊接規范》（GB50661-2011）規定，表6.2.4評定合格的試件厚度與工程適用厚度范圍，厚度小于25mm的試件鋼板適用于3mm~2t的鋼板，厚度25＜t≤70試件板厚適用于板厚mm（0.75t~2t）的鋼板。本工程所使用鋼板材質為Q345B、Q345C、 Q345GJC,和Q390GJC、Q390GJD（巨柱加強區面板及豎向分腔板）,其中Q345B、Q345C, Q345GJC屬于Ⅱ類鋼材，Q390GJC、Q390GJD屬于Ⅲ類鋼材，根據鋼結構焊接規范要求，Ⅱ、Ⅲ類別鋼材中高級鋼材的焊接工藝評定結果可代替低級別鋼材，因此本工程選用Q345GJC鋼材做Ⅱ類鋼材焊接工藝評定，可代替Q345B、Q345C鋼材材質，選用Q390GJD鋼材做Ⅲ類鋼材焊接工藝評定。

現場安裝焊接工藝評定項目選用安裝焊接工程中，最具典型的構件板厚規格、焊接位置和構件材質的焊接接點，同時根據工期計劃，考慮冬季施工部位，使用焊接評定試件必需與工程所用鋼材的材質相同。本焊接工藝評定選用25mm厚鋼板和30mm厚鋼板進行試驗。根據鋼結構現場負溫度(焊接溫度低于-10℃)條件下安裝焊接施工特點，對現場采用的鋼材、焊接材料、焊接方法、接頭形式、焊接位置、焊后熱處理制度以及焊接工藝參數、預熱和后熱措施等各種參數的組合條件進行焊接評定實驗。

本工程主要鋼構件材質為Q345B、Q345C、Q345GJC、Q390GJC，焊接方式有手工電弧焊和二氧化碳氣體保護焊。為保證焊接質量，加強全過程焊接質量控制。焊前準備，對進場的焊機設備進行調試，保證機具使用要求。焊材準備，現場焊絲取樣復試。樣板引路，在現場焊接操作區域掛設工藝牌及施工樣板，下方附帶二維碼，掃描后鏈接到焊接專項施工方案，使得現場各焊接小班組對工序施工要點、關鍵控制點、質量保證措施等更加熟悉，確保了對焊接施工質量做到了事前控制、統一標準，有利確保了后續焊接工序施工質量。根據《鋼結構工程施工質量驗收規范》GB50205-2001 和《鋼結構焊接規范》GB50661一2011 第六章“焊接工藝評定”的具體條文進行。結合工程的結構特點、節點形式等編制焊接工藝評定試驗方案，經業主或監理認可后實施。焊接工藝評定需邀請業主、顧問和監理參加。焊接完畢后對試樣進行標識、封存運送到檢測單位。技術員根據現場記錄參數、檢測報告確定出最佳焊接工藝參數，整理編制完整的《焊接工藝評定報告》并報有關部門審批認可。《焊接工藝評定報告》批準后，技術員再根據焊接工藝報告結果制定詳細的工藝流程、工藝措施、施工要點等編制成《焊接作業指導書》用于指導現場的焊接作業。

正式施焊前還要將《焊接作業指導書》細化，并對現場施焊人員進行焊接施工技術專項交底。焊接過程控制。焊接防護。焊接施工時，為了保證焊接作業在良好的作業環境下進行，項目部在焊接施工部位搭設焊接防護棚，要求防護棚：上部稍透風、但不滲漏，兼具防一般物體打擊的功能。中部寬松，能抵抗強風的傾覆，不致使大股冷空氣透入。下部承載力足夠4名以上作業人員同時進行相關作業，需穩定、無晃動；可以存放必需的作業器具和預備材料且不給作業造成障礙，無可使器具材料脫控墜落的縫隙，下部防護采用阻燃材料遮蔽。焊前檢查。現場焊接施工前，由項目測量工長對安裝精度進行檢查，合格后通知質檢人員檢查焊接部位，檢查焊口部位的組裝和表面清理的質量，要求坡口內和墊于坡口背部的襯板表面無油污、銹蝕、氧化皮，水泥灰渣等雜物；檢查引弧板，引出板和鋼襯墊板的加設是否滿足方案及相關規范要求；驗收合格滿足要求后，再通知焊工班組長安排人員施焊。焊前預熱。為保證焊接的質量，減小焊接應力的產生，預熱及層間溫度的保持采用電加熱器、火焰加熱器等方式進行，并使用專用的紅外測溫儀器檢查。預熱的加熱區域應在焊接坡口兩側，寬度應各為焊件施焊處厚度的1.5倍以上，且不小于100mm，預熱溫度宜在焊件反面測量，測溫點應在離電弧經過前的焊接點各方向不小于75mm，當用火焰加熱器預熱時正面測溫應在加熱停止后進行。焊口預熱（電加熱板）。層溫檢查，與預熱一樣，焊縫層溫控制十分困難，焊接時焊縫焊接的長度，應控制在一定長度1m左右，需隨時對焊接焊縫進行測溫監控，層間溫度應控制在不低于預熱時的溫度（即層間溫度應不低于120℃），發現層溫過低時，必須立即進行加熱補償，待達到溫度后再進行焊接。單節點焊縫連續焊接完成，不允許無故停焊，層間溫度過低或超高時，立即采取補熱、停焊的方法，待層間溫度達到施焊條件后再進行焊縫焊接。如遇特殊情況中途必須停止焊接，立即對焊縫進行保溫處理，當焊縫再次焊接時需重新對焊縫進行加熱，加熱溫度比焊前預熱溫度相應提高20～30℃。焊后保溫。現場焊縫焊接完成后，后使用電加熱設備將焊縫兩側200mm范圍內加熱至200℃ ~250℃，保持溫度70min~120min，過程中實時對溫度進行監控。焊縫外觀檢查。當焊縫溫度經24h至常溫后，采用目測法觀察焊縫外觀。焊縫表面缺陷超過質量標準時，對氣孔、夾渣、焊瘤、余高過大等缺陷采用砂輪打磨，對焊縫尺寸不足、咬邊、弧坑未滿等缺陷進行現場補焊。焊縫無損檢測。外觀檢查合格后，對母材兩側打磨至見金屬光澤進行無損探傷，自檢由北京市建設工程質量第三檢測所進行100%檢測，自檢合格由第三方（中冶建筑研究總院有限公司建筑工程檢測中心）進行抽檢。焊縫打磨。隱蔽焊縫無損檢測，焊縫自檢探傷，三檢探傷。

根據本工程結構特點，焊接時采取整體對稱焊接與單根構件對接焊相結合的方式進行，焊接過程中要始終進行結構標高、水平度、垂直度的監控。（1）結構對稱、節點對稱、全方位對稱焊接。（2）由于節點焊縫超長、超厚，施工過程需在臨時連接板上根據要求增加拘束板進行剛性固定，控制焊接變形。（3）焊接節點采取分段、對稱的焊接方法，鋼板墻采用先立后橫的焊接順序，巨柱焊接先焊接對構件整體變形影響較小的焊縫，按照本方案巨柱焊接順序焊接。（4）焊縫采取窄道、薄層、多道的焊接方法。（5）為保證鋼柱的精度，采用先內后外，先柱后梁，再斜撐，先焊收縮量大的再焊收縮量小的焊接方法，待全部鋼柱完成焊接后，再進行梁的焊接，為保證焊接后結構的整體精度，從結構面的中部開始梁的焊接，盡可能減少焊接應力，待內筒全部完成焊接后，再進行外筒柱、梁、斜撐的焊接。（6）施工中柱與柱、梁與梁、梁與柱、斜撐的施焊，制定嚴格規則遵循執行。

核心筒焊接主要堅持由內到外的焊接原則，將核心筒分為四個區域，鋼梁焊接時，對于一根鋼梁不能同時對其兩側焊接，應在一端焊接完成后，待達到常溫后，再進行另一端焊接。

本工程厚板較多，巨型柱、轉換桁架、巨型斜撐以及F25層以下核心筒鋼板剪力墻使用鋼板厚度均為60mm，尤其F07層以下巨型柱分段制作“工”型構件，小角度焊縫破口尺寸的控制。高強度超厚板碳當量高，淬硬傾向較為嚴重，對冷裂紋尤其是延遲裂紋較為敏感，焊接性較差，特別在邊緣位置兩側板與中間板焊接時容易產生裂紋，深化設計時應從構造上加以合理處理（滿足建筑外觀要求的前提下），在深化設計階段從構造上盡量避免層狀撕裂的發生。對工藝隔板等措施的考慮本工程巨柱、巨型斜撐等構件體量大，板幅大，制作時變形較大，所以在制作過程中需設置合理的工藝隔板，以防止構件在組裝、吊運過程中發生變形，同時設置合理的工藝襯板等以保證焊接質量。

防止厚板層狀撕裂的構造處理。本工程厚板碳當量高，淬硬傾向較為嚴重，對冷裂紋尤其是延遲裂紋較為敏感，焊接性較差，特別在邊緣位置兩側板與中間板焊接時容易產生裂紋，深化設計時應從構造、剖口的形狀和方向加以合理處理（滿足建筑外觀要求的前提下），在深化設計階段從構造上盡量避免層狀撕裂的發生，為厚板焊接創建有利條件。開展巨型柱組拼工藝及焊接順序研究。大廈項目采用巨型框架加型鋼混凝土核心筒的框筒結構形式，位于建筑物平面四角的異型多腔體巨柱為此體系的主要傳力構件。其底部截面面積約63.9平米，鋼板厚度最大為60mm，材質主要為Q390GJC、Q345C，由4個構件平面組裝而成，分為13個腔體，巨柱底面截面尺寸和腔體數量均未世界之最。焊接作為巨柱之間連接形式，焊接變形的存在影響著構件的強度、剛度以及穩定性，能否有效降低焊接變形直接影響到現場安裝精度和工期節點。工程采用：“總體施工方案的編制→巨型構件焊接過程數值模擬→確定初步焊接順序及節點形式→現場焊接應力及焊接變形監測→根據監測結果對比數值模型→調整模型參數再次進行模擬→調整焊接順序，始終以控制焊接應力及變形為目的→得出最優焊接順序及工藝參數”的方法，對巨型柱組拼焊接順序和工藝進行研究，確?，F場施工質量。采取多腔體巨柱分段分節方案，主要原則如下：a、要保證單體散件的重量和外形尺寸滿足運輸條件要求；b、滿足現場吊機起重性能、且便于安裝；c、滿足技術規范要求、設計要求，同時避免焊接收縮及變形等要求。在進行巨型柱分段分節時，充分考慮巨型柱分段分節的保證措施。主要有如下幾個方面：a)進行三維實體建模，結合塔吊布置及起重性能進行分段分節復核；b)針對復雜構件及節點進行有限元分析，使分段點盡量避開焊接應力較大且集中的位置，同時對分段分節后施工階段結構的穩定性進行施工模擬分析；c)組織專家研討會和論證會，針對復雜構件的分段分節進行專項研究討論，確保構件分段分節合理可靠；d)分段后的巨柱，應該滿足現場最大吊重限制。塔樓地上外框巨型柱分段分為三種方式：a)    F001～F007層為六邊形多腔體巨型柱，為滿足構件運輸和現場吊裝作業要求，在橫向分段后，應在平面進行再次分段。b)F007～F062層巨柱截面尺寸＞3500×3500mm，均采用橫向分段，分段高度≤3500mm。c)F063層以上巨柱截面尺寸＜3500mm，采用按層高橫向分段，且構件重量＜50t。

多腔體巨柱組拼的焊接采取整體對稱焊接與單根構件對接焊相結合的方式進行，焊接過程中始終進行結構標高、水平度、垂直度的監控。a)結構對稱、節點對稱、全方位對稱焊接。b)由于節點焊縫超長、超厚，施工過程需在臨時連接板上根據要求增加拘束板進行剛性固定，控制焊接變形。c)焊接節點采取分段、對稱的焊接方法，巨柱焊接先焊接對構件整體變形影響較小的焊縫，按照本方案巨柱焊接順序焊接。d)焊縫采取窄道、薄層、多道的焊接方法。e)為保證鋼柱的精度，采用先內后外，先柱后梁，再斜撐，先焊收縮量大的再焊收縮量小的焊接方法，待全部鋼柱完成焊接后，再進行梁的焊接，為保證焊接后結構的整體精度，從結構面的中部開始梁的焊接，盡可能減少焊接應力，待內筒全部完成焊接后，再進行外筒柱、梁、斜撐的焊接。

控制多腔體巨柱焊接應力。為了控制焊接應力，針對本工程焊接節點的特點，通過從內向外、從上到下、先焊收縮量較大節點，后焊收縮量較小節點，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，從根本上減少焊接層狀撕裂源。對箱形、工字形梁柱焊接時，采取由兩名作業習慣相近的焊接技工，同時、對稱、勻速焊接，并盡量保持連續施焊，盡量減少碳弧氣刨的使用，并再使用后用角向磨光機磨去刨削部位表面附著的高碳晶粒，以免層狀撕裂的產生。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。工程異形多腔體巨柱是由4個Q390GJC的構件組成，共13個腔體，坡口形式有三種，兩種對接接口以及一種角接接口。

根據巨柱實際接口形式，利用VISUAL-MESH建立三種局部3D實體網格模型，分別為板厚50mm的角接、板厚50mm的對接和板厚30mm的對接。

經過改變焊接順序降低了焊接變形，立焊縫焊接時母板被約束，解決了田字形腔體向內收縮的問題，滿足規范對錯邊要求。并且焊接變形最大值有明顯降低，模擬值為20.743mm，實測值為16mm。結合現場測得數據得知此種焊接順序有效的解決了現場安裝精度問題。優化后避免了田字型腔體的焊后矯正。節省了工期，是一種高精度、高效率的施工方法。