武漢綠地超厚板栓接桁架制作技術

李勇軍 付鵬 張莉 張偉 范濤

[摘要] 本文介紹了武漢綠地超厚板栓接桁架的結構特點，連接形式，桁架構件加工制作的全過程；著重闡述了超厚板栓接桁架加工思路及其制作的重點、難點以及解決這些重點、難點所采取的工藝措施及相應的技術方案，總結此類構件加工制作的一些新技術新工藝。

[關鍵詞] 超厚板；栓接 ；碟形節點 ；鉆孔垂直精度；連接精度

1 工程概況

武漢綠地中心位于武昌濱江商務區核心區域，與漢口百年外灘隔江相望，地理位置十分優越，是武漢新一輪城市發展的重點區域。武漢綠地中心由一幢主塔樓、一幢辦公輔樓、一幢公寓樓及裙樓組成，其中主塔樓地下室6層，地上125層，地上建筑面積32.3萬平方米，總建筑高度為606米。武漢綠地中心總建筑面積66.6萬平方米，為集超五星級酒店、國際甲級辦公、高檔商業、頂級公寓等于一體的超高層城市綜合體，建成后將成為武漢超高層地標性建筑。

2 結構特點

武漢綠地中心主樓采用當今最流行的適合商用超高層建筑的巨型結構體系和新穎的三角形結構平面：巨型框架-核心筒-伸臂桁架結構體系（巨型結構體系的一種）。巨型結構不僅提供了超常規的高效結構性能，也具有良好的建筑適應性，可以提供更多的靈活性來形成多樣化的使用環境，同時也可滿足現代人類對超高層建筑大空間和通透性的要求。

武漢綠地環帶桁架：共10道，總重：9442噸（第一標段設置了2道）。構件規格：焊接H型鋼，最大：H1000X500X60X60，共11種；碟形節點板厚度達90mm；材料：采用Q345GJC、Q390GJC、Q420GJC。

環帶桁架現場連接形式為栓接連接，且面腹板均為栓接節點，雙夾板結構；蝶形節點板厚度達80mm，連接板厚度達90mm；單個連接端口螺栓群節點螺栓數量達108個，螺栓長度達310mm；

3 施工重點、難點分析

3.1 桁架為栓接連接，單個連接端口螺栓數量較多，達108個；同時連接板加腹板總厚度達260mm；螺栓孔群的鉆孔精度及板件鉆孔垂直度是本結構的加工難點之一。

3.2 桁架單組螺栓孔達108個，弦桿端部面腹板均有螺栓孔，此類端口螺栓孔的相對精度控制是本結構構件制作成功與否的技術難點。

3.3 環帶桁架為折角桁架非平面桁架，蝶形連接節點的角度直接影響現場連接的精度，因此蝶形節點板的裝焊精度控制是本桁架節點制作的另一難點也是重點之一。

3.4 桁架板厚達90mm，材質為Q420GJC，高強材質超厚板的焊接質量及焊接變形是本結構構件加工的一大重點。

4 加工制作的總體思路及技術要點

4.1 加工總體思路

對于本桁架結構，構件兩端均為栓接的結構且單個節點螺栓孔數量較多；結合以往類似工程桁架加工經驗，如上海中心大廈等超高層桁架，再滿足結構受力的情況下對此桁架進行優化，對部分栓接連接節點改為現場焊接節點，原則為一端栓接另一端焊接；

組織技術人員對優化后的桁架節點制定專項施工方案，以"保證單件精度，優先小合攏，整體控制"的總體原則。先將每個零部件各自下料矯正、分步小合攏、部件端面機加工、定位鉆孔、整體定位、分步焊接，整體定位；最后在整體制作胎架上進行各部件的整體完整性驗收，嚴格控制每一道工序，高起點、高標準滿足每一項精度要求，進而滿足桁架結構的連接精度和整體質量。

4.2 加工技術要點及質量保證措施

4.2.1、質量保證措施：

A、鋼板的平整度：

鋼板加工前矯平是有效降低鋼板加工后尺寸誤差值，保證構件邊角外觀的最有效工藝手段。矯正后，100mm厚板可達到平面度≤1.0mm，50mm厚板以下可達到平面度≤0.5mm，在本工程中將嚴格執行此工藝。

B、制孔精度：

◆ 設備保證精度-----數控鉆孔法

◆ 模板套鉆-----批量制孔法

◆ 專用夾具---剛性固定法

◆ 裝配保證----基準面控制法

◆ 順序控制----對稱鉆孔法

C、 裝配、焊接順序的控制：

◆ 高強鋼厚板焊接質量保證

本桁架結構鋼材材質有Q345GJC、Q390GJC、Q420GJC，板厚最厚達90mm，存在焊接性較差、層狀撕裂傾向嚴重、焊接殘余應力大，焊接變形對精度的影響等不利因素，嚴重影響焊接質量，而結構中板厚≥40mm占鋼結構總體工程量的70%之多，厚板的焊接質量對本工程有直接性的影響，因此防止層狀撕裂，保證接頭質量和接頭的延性、韌性性能，減小和消除焊接變形及殘余應力，確保高強鋼厚板焊接質量。發揮以往工程厚板加工制作經驗及多年鋼結構高強鋼厚板焊接技術的積累的優勢，針對本工程特點，按《鋼結構焊接規范》AWSD1.1及《建筑鋼結構焊接技術規程》JGJ81-2002的相關規定進行焊接工藝評定和焊工資格考試，制定WPS，焊工全部持證上崗。優化焊接順序，采取焊后消應處理等措施，保證厚板焊接質量。

同時根據TQC的基本思想，全員、全面、全過程抓好各項質量管理工作，強化焊接質量管理，對影響焊接工程質量的"人、機、料、法、環"五要素作出重點預控，使質量保證體系在一定深度下有效運行，切實保證高強鋼厚板焊接質量。

◆ 焊接殘余應力的消減

本桁架結構中大量采用高強螺栓栓接連接形式，對構件的精度要求非常高，而本桁架結構構件鋼板最厚達90mm，且≥40mm的鋼板占鋼構工程總量的近70%，焊接殘余應力如果得不到有效的消減，內應力的不穩定不但對構件精度及高強螺栓穿孔合格率有一定影響，因此根據本桁架特點制定相應有效的殘余應力消除方案；

◆ 裝配順序的控制

對于本桁架結構小拼單元H型鋼制作工藝成熟，尺寸、內在質量可以有效保證，但對于多牛腿、形式復雜的構件或節點，裝配與焊接順序則需制定有針對性工藝。

4.2.2、技術要點及制作

（1）、為保證連接精度，所有連接板必須采用數控鉆孔，因連接板厚度達90mm，故所有板件鉆孔前必須對板件的平整度進行再次校核水平度，保證單個孔的垂直度；

（2）、對于孔距不相同的位置應用記號筆明確標明，然后提交專職質檢員進行驗收，合格后方可進行制孔。

（3）、各桁架裝焊合格后端部進行機加工銑平，統一按螺栓孔組群中心線為基準，采用鋼針進行螺栓孔位置線的劃線，確保所有桁架螺栓孔劃線的一致性以及精確度。

鉆孔時采用專用鉆模進行套鉆，鉆模的定位必須精準，牢固。同時需注意鉆模孔群的開檔尺寸與所鉆孔群開檔尺寸的一致性，車間制孔人員鉆孔前應根據深化圖尺寸仔細核對，尤其注意孔距不同位置處的螺栓孔，同時注意螺栓孔徑的大小并用記號筆標示直徑，以免鉆孔出錯。并用直徑比孔小0.1mm的定位銷進行定位后，再進行下組螺栓孔的鉆制，保證縱向螺栓孔誤差在0.5mm以內；

（4）、對本桁架結構的蝶形節點，采取先裝配焊接，整體矯正驗收合格后再進行定位劃線鉆孔的原則進行施工；這樣既能確保構件的幾何定位尺寸精度，又能保證連接螺栓孔的鉆孔精度；

4.2.3、工廠實體預拼裝檢驗

為了驗證構件的加工精度同時保障現場安裝質量和進度，特對首制件桁架在工廠采用實體預拼裝，對實際制作的精度進行復合檢查。通過預拼裝檢驗，穿孔率達到100%，本桁架加工精度完全能夠滿足現場安裝；

通過精確調整進行自檢自查，然后組織相關人員進行整體檢查、測量和驗收，對于關鍵部位的測量，如坡口間隙、板邊差、構件開檔尺寸、斜撐與柱及梁的角度、整體線型等必須填寫預拼裝記錄；預拼裝檢查驗收后，進行構件間的對號入座標記，鋼梁在兩端標明各自對應的軸線號，明確現場安裝方向，同時在現場連接處打上對合標記線，作為現場安裝的依據。

5 結 語：

根據武漢綠地超厚板栓接桁架獨特的結構特點，制定了組裝、焊接、鉆孔各項專項加工方案。通過此種結構形式桁架的實際施工表明，制定好合理的加工方案、有效的控制措施，再結合正確的實施，能夠較好的實現鋼結構的多樣化，更好的滿足設計越來越新穎的創意效果。單根構件組裝精度嚴格控制在規范要求的范圍之內，且優于規范；滿足了現場吊裝精度，并且提高整體鋼結構的安裝質量。實踐已經證明此種加工思路及加工方案完全能夠滿足工程加工質量和加工進度的需求，在工程結構形式多樣化的今天，此加工制作技術必將在鋼結構工程及相關領域得到更為充分的發揮。

參 考 文 獻

[1] GB50205-2001 鋼結構工程施工質量驗收規范[S]。

[2] JGJ81-2002 建筑鋼結構焊接技術規程[S]。

[3] 建筑鋼結構施工手冊[M]。北京：中國計劃出版社，2002。