超高層塔架空間異型鋼管柱制作工藝及技術研究

張昆，靳毅，黃戴春

（共享鋼構有限責任公司，海南 海口 570100）

超高層塔架空間異型鋼管柱制作工藝及技術研究

張昆，靳毅，黃戴春

（共享鋼構有限責任公司，海南 海口 570100）

鋼管柱產品廣泛應用于大型體育館、展覽館、塔樓等重型及超重結構。空間異型鋼管柱產品，受力分析、詳圖深化及制作工藝復雜。在制作過程中采用Xsteel、CAD和全站儀等進行制模放樣，同時借助國內外先進設計分析軟件及虛擬制造安裝軟件，進行設計研究及虛擬制作研究，能夠有效得進行結構優化設計，創新制作工藝及施工方案的改進，有效提高產品質量。

鋼結構；空間異型鋼管柱；制作工藝

1 工程概況

共享鋼構有限責任公司借鑒以前對一般帶牛腿鋼管柱的工藝，開展對長影“環球100”項目塔樓主鋼柱進行研發。有助于我公司對空間異型鋼管柱的高效制作積累經驗，優化生產流程，進而提升在海南省鋼結構領域中的優勢，對于擴寬市場有著重要的的意義。

本工程位于海口市西海岸新區南片區，本單體52 m以下采用混凝土剪力墻結構；52～138.5 m為鋼結構部分，鋼結構部分采用鋼框架加鋼支撐結構體系。

2 鋼柱制作重難點分析

（1）結構復雜，在平面呈多樣性變化。單根鋼柱在平面上有4種變化方向，3個轉角。截面轉變和長度的不統一，給相貫線下料、零件下料、組裝和矯正帶來很大難度。

（2）焊縫要求高、變形大。空間異性鋼管柱內有襯板和隔板，焊接空間狹窄，且均要求一級全熔透焊縫，尤其在牛腿交接處，焊縫部位集中，構件在焊接過程中容易產生嚴重的扭曲變形，牛腿螺栓孔變位，安裝困難。

（3）構件制作精度要求高。結構已屬于超高層結構，對于轉角和偏差精度要求極高。精度誤差大，安裝質量得不到保障。

（4）空間角度定位難度大。構件在第一段為垂直向上，第二段與水平線夾角成X°，第三段亦與水平線夾角成X°，第四段與水平線成夾角為X°，Y°。生產車間對于空間放樣坐標局限X，Y。對于空間上的Z軸，普遍采用相對柱底板（水平線）的距離定位。這對空間異性鋼管柱的精度滿足不了要求。空間角度如圖1所示。

圖1

3 研制過程

本項目以顧客的要求和產品的技術指標為研究設計依據。主要研究內容有：空間異性鋼管柱工藝設計，空間角度定位，焊接變形控制技術等。

（1）工藝設計。本工程采用標準的鋼結構制作工藝：切料—定位—卯裝—質檢—焊接—拋丸—噴漆。

定位與卯裝是本次制作的重難點，對其工藝有特殊要求。①制模放樣。制模放樣要求精度控制在±1 mm的誤差執行，高于規范值。②牛腿孔位精度控制。孔位精度控制±2 mm的誤差執行。③空間異型鋼管柱空間位置控制：Z軸誤差±2 mm；X，Y軸誤差±1 mm。

（2）空間角度定位。空間異性鋼管柱分為四段。第一段為垂直段鋼柱，無轉角和偏移，可按定距進行放樣制模。第二段、第三段為偏移鋼柱，在平面上有轉角，相對第一段鋼柱有X軸上的偏移，亦可通過固定X，Y方向的距離進行放樣制模。第四段為空間異性鋼柱，在X，Y確定出的平面少一個偏移量；空間上的坐標Z軸，通過定點在最近一個水平板，引出空間上Z軸到水平板的距離，通過垂線放置標高，可得出空間上的坐標X，Y，Z。空間位置Z可通過限位板來確定。如圖2所示。

（3）卯裝校驗。卯裝之后如圖3所示。精度是本次校驗的核心，全站儀作為校驗的專用器材。通過后方交會法測得空間異性鋼管柱最高、最低點相對柱底板的坐標X，Y，Z。與Tekla Structures中模型的坐標進行對比，測得誤差滿足要求。

4 焊接變形控制技術

定位焊焊縫所采用的焊接材料及焊接工藝要求與正式焊縫的要求相同；定位焊焊縫的焊接避免在焊縫的起始、結束和拐角處施焊，弧坑填滿，采用引弧板可以將起始焊縫和末尾焊縫的軟弱處處理,嚴禁在焊區以外的母材上引弧和熄弧，焊接工藝如圖4所示。定位焊的焊角尺寸不宜大于焊縫設計尺寸的2/3，且不得小于4 mm；定位焊清除熔渣，檢查定位焊焊縫有裂紋、氣孔、夾渣等不滿足要求時，必須清除后重新焊接。

TU398.9

A

1671-0711（2016）10（上）-0130-02