巨型箱體復雜節點鋼構件制作技術探討

劉興 楊柯

1.中國建筑第二工程局有限公司華南分公司 廣東 深圳 518045；2.中建二局陽光智造有限公司 廣東 河源 517000

1 工程概況

1.1 建筑概況

廣州商業中心項目位于廣州市海珠區琶洲西區（A）區，北側為雙塔路，東側為海濱路，南側為琵洲南大街，由一棟高層辦公塔樓（61層，地面高度至主屋面為338.65m，至冠頂高度為375.5m）及五層地下室組成。

1.2 結構概況

該工程地上結構為巨型框架（鋼管砼柱）-鋼支撐+偏心支撐結構體系。結構較為復雜且用鋼量大，總用鋼量約為4.6萬噸。工程最高材質為Q460GJD，主要用于環帶桁架位置，使用鋼板最厚100mm。其中文章主要介紹的巨型箱體復雜節點的鋼材材質為Q390GJC，使用板厚最高達70mm。主要分布在B1層[1]。

2 帶巨型傾斜牛腿箱體的結構特點

2.1 結構形式

此巨型箱體復雜節點構件通長為8m，僅箱體截面長寬尺寸即為2800×2000，板厚最高為70mm，此節點由箱型柱本體、多隔板箱型牛腿、T型牛腿及H型牛腿組成。結構模型示意圖見下圖1，其中多隔板箱型牛腿的上、下腹板分別插入箱型巨柱本體的翼、腹板內。

圖1 巨型箱體模型圖

2.2 重難點分析

2.2.1 較厚板材易發生層狀撕裂。隨著母材厚度的增加，板材層狀撕裂的問題將愈加突出，即使能判斷結構中有層狀撕裂，也很難修復。層狀撕裂是焊接時在焊接構件中沿鋼板軋層形成的顯階梯狀的一種裂紋，該裂紋常出現在T形接頭和十字接頭中。

2.2.2 構件組裝焊接順序的確定。構件焊接工作量大，其內部加勁板設置較多，巨型傾斜牛腿插入箱體內部裝焊順序復雜，制造難度較大。因此采用何種加工方案以及裝焊順序能夠最大化的減小焊接變形等問題將是制作此構件的關鍵所在。

2.2.3 焊接質量的控制。構件由箱體本體及巨型牛腿分別組裝焊接完成后再進行整體組裝焊接，每個部件重量大且焊縫較長，而且構件牛腿隔板等部位焊接空間不足，一般認為焊接空間小于600×600mm即是焊接空間不足，焊工難以正常施焊。另外由于母材較厚，所以容易導致焊接過程中焊接變形大，如何保證各部件的焊接質量以及如何控制箱體焊接變形是另一大難點[2]。

3 巨型箱體復雜節點的制作及保證措施

3.1 鋼板矯平、零件放樣、切割下料

鋼板進廠后需對鋼板進行矯平，采用機械矯正并輔以火焰矯正，確保鋼板平直度小于等于1.5mm/m2。因構件結構復雜，在巨柱箱體本體制作時分為六個部件分別進行加工，通過保證每一部件的加工精度進而保證箱體組立的后的精度，對此，各零件的下料精度就顯得十分之必要，按照工藝文件的要求加設切割余量，進行排版后，規則零件可采用數控直條切割機進行矩形下料，對于不規則的零件板可采用半自動火焰切割機或等離子切割機（厚度16mm以下鋼材宜使用等離子切割機進行切割）進行切割，切割完成后，使用半自動火焰切割機開設坡口。下料切割時要注意：切割熔渣較多容易導致切口處堵塞。另外零件板坡口開設要特別注意坡口正、反向的問題，以防組裝時坡口朝向錯誤導致焊工施焊空間不足。各零件切割好后用手持打磨機對零件坡口進行打磨處理，確保零件坡口無毛刺，防止零件組裝焊接時焊工需二次打磨焊道毛刺，影響效率。

3.2 鋼板除銹及預涂裝

由于構件整體尺寸達4500×3500mm且整體重量達86噸，而打砂機尺寸有限，待箱體組立完成后再除銹處理則不能通過打砂機，而且廠內打砂機輥道難以承載箱體重量，因此需對構件外表面及牛腿外表面提前除銹，除銹處理后4小時內應對構件外表面及牛腿表面進行表面預涂裝，預涂裝油漆體系按照鋼結構設計總說明進行涂裝。

3.3 構件的組裝焊接

3.3.1 各部件單獨焊接時，根據裝配基準線裝配筋板，劃線前應清除筋板與底板T接處30～50mm范圍內的毛刺等，將筋板用工藝臨時支撐板將其固定之后再進行焊接，同時為防止各部件產生較大焊接變形，應檢查零件余量是否加設，防止焊接熱量導致產生焊接收縮。安排多名焊工采用同時同向的焊接方式焊接筋板，焊后進行部件矯正。另外，為了減少母材的層狀夾雜物或球狀夾雜物，在鋼材采購時就采購高建鋼；并且對復雜或拘束度大的焊接節點進行合理優化，并設計出合理的坡口形式，坡口開設時合理開設是構件加工時防止母材層狀撕裂的措施之一。

3.3.2 在進行箱體內隔板組焊時應注意施焊空間是否能夠容納焊工正常施焊等問題，箱體組立焊縫進行焊接時，采用CO2氣體保護焊進行打底，埋弧焊填充、蓋面的焊接方法。焊接盡可能采用小直徑、小電流及多層多道焊接工藝，打底層焊縫的焊接工藝參數要相對稍微大一些，保證焊縫根部的熔合效果，并且還要注意認真觀察熔池變化，要特別注意電弧在焊道兩側的停留時間，盡可能降低層間未熔合缺陷；其次要注意保證預熱溫度，預熱溫度應符合下表1要求。

表1 最低預熱溫度要求表

嚴格控制層間溫度（最低層間溫度不應低于預熱溫度，焊 接過程中的最大層間溫度不宜超過250℃）。

3.3.3 箱體本體組焊完畢后，需進行銑端，因箱體重量超過銑端機的承載能力，需將千斤頂置于地面頂住箱體底面配合銑端機進行銑端，千斤頂與端銑機胎架隨時調整高度確保箱體端面垂直，箱體端面端銑垂直度檢測可用水平儀進行檢測。

3.3.4 在牛腿與柱身組焊的過程中，組裝與焊接處在交替進行的狀態中，組裝與焊接的質量控制尤為重要，為此在安裝傾斜牛腿前需在牛腿待插入口焊接固定插入角度的臨時用工藝板，同時操作桁車與手拉葫蘆配合吊運牛腿零件板，確保傾斜牛腿插入角度不變，保證安裝精確定位。另外要注意，腹、翼板上的牛腿插入口在切割制孔時要比圖紙尺寸擴大10～15mm，方便傾斜牛腿安裝順利。

圖2 構件制作工廠實景圖

3.3.5 箱體與牛腿組焊完畢后，需將構件上表面進行涂裝處理，需將焊接飛濺等清理干凈后按照鋼結構設計說明要求的油漆體系進行噴涂，之后將構件再次翻身焊接反面，在構件翻身時將構件置于專用地胎上后采用翻身胎架配合手拉葫蘆與桁車進行構件翻身。

3.3.6 構件翻身完畢后進行牛腿與箱體反面焊縫焊接，焊接完畢后進行去除焊接飛濺等雜質，之后再次進行油漆噴涂，噴涂時亦應注意對柱頂現場坡口區域進行保護以免影響現場巨柱對接[3]。

4 質量檢驗、構件驗收

巨柱構件焊縫形式絕大多數為一級全熔透，其中一級焊縫探傷比例100%，二級焊縫探傷比例20%；一級、二級焊縫不允許存在如表面氣孔，夾渣，弧坑裂紋，電弧擦傷等缺陷，一級焊縫還不應有咬邊，未焊滿和根部收縮等缺陷。構件檢測數據要進行歸檔整理。

5 結束語

針對廣州商業中心巨型箱體復雜節點的獨有特點，制訂細致的加工方案，并配合針對構件特點的裝焊工藝卡，對構件的加工一再細分，使構件加工更加精細。特別是構件質量大，焊接精度要求高，厚板多，傾斜牛腿與箱體本體的成功組合焊接等可以為后續類似構件的加工提供一定經驗。