巨斜撐圓管柱復雜節點鋼結構加工制作技術

張夢杰 楊柯 劉興 李燦明

（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 517373）

1 工程概況

本工程位于廣州市海珠區琶洲西區雙塔樓AH040163地塊，高度375.5m，總建筑面積199296m。鋼結構形式為巨型框架（鋼管混凝土柱）-鋼支撐+偏心支撐結構體系，總用鋼量4.6萬噸，具有鋼結構總量大、結構復雜等特點。工程最高材質為Q460GJD，使用鋼板最厚達100mm。其中巨柱框架鋼材材質為Q390GJC，使用板厚達70mm。箱型鋼柱最大截面為4000*2000*60*60，圓管最大截面為Φ1900*80，H型鋼最大截面為H1100*500*40*60。

2 巨斜撐圓管柱節點特征

2.1 結構形式

巨斜撐圓管柱構件共4件，鋼材材質為Q390GJC。每根以斜頭圓管柱（φ1900*80）為主體，圓管柱外圍焊接多個H型鋼牛腿以及單個斜口圓管牛腿（φ900*35）。單根構件重達81t，長度達15165mm。

2.2 鋼結構加工制作重難點

巨斜撐圓管柱鋼結構節點加工技術難點有以下幾點：1）此節點厚板較多（筒體壁厚80mm，牛腿翼緣板厚50mm），其切割精度是此節點制作的控制重點；2）厚板（80mm）材質較高（Q390GJC）卷制過程對卷板機性能要求較高，需要做工藝試驗，調整卷板機運行參數；3）厚板焊接熱量高、變形大，裝配過程尺寸控制難度大；4）隨著裝配焊接的逐步完成，構件重心逐漸偏離圓管中心，導致構件翻身難度變大，需要根據車間起重能力制定構件翻身專項方案。

3 工廠加工制作工藝及重難點解決措施

3.1 圓管柱分段

巨斜撐圓管柱加工制作前分段：根據構件特征將構件整體劃分為4個單元。主體圓管柱為第一單元及第二單元，斜口圓管牛腿為第三單元，所有H型牛腿劃分為第四單元。圓管柱筒體分段應根據廠內卷板機（WS11K-100×3000數控液壓水平下調式三輥卷板機）的性能參數合理分段（筒體長度劃分由1030mm到1600mm不等，如圖1所示）。

3.2 下料切割

此節點鋼材主體結構均為Q390GJC材質，厚度大于40mm的零件材質具有Z向性能。厚板切割時需選用合適的割嘴才能保證零件切割后的尺寸符合組裝定位的尺寸，經試驗，80mm厚板宜采用5#割嘴切割，切割速度控制在200-260mm/min，切割氧氣壓力0.7-0.8MP時，零件切割面良好，未出現鋸齒狀的質量缺陷。其次，厚板切割應從鋼板邊緣或割縫中引弧，避免穿孔割傷母材。通過設置合理的切割參數，可有效保證零件的尺寸，較少零件尺寸偏差對裝配焊接的影響。卷制筒體的板材切割下料時需采用雙定尺切邊處理，筒體長度為鋼板寬度方向，首次下料需加設卷管壓頭余量（500mm）。

第一單元上端、第二單元下端以及第三單元上端均為斜口圓管柱，需要提前使用CAD展開斜口圓管，下料時使用異形零件圖切割下料。

3.3 卷管及組焊筒體

此節點圓管柱規格為φ1900*80且材質為Q390GJC，對廠內卷板機（WS11K-100×3000數控液壓水平下調式三輥卷板機）性能要求較高，根據WS11K-100×3000型卷板機性能參數的額定值可計算出卷制此節點圓管柱各段的最大板厚，如表1所示。

從表1中的數據可以看到卷制寬度1600mm，直徑1900mm，板材屈服強度為390MPa的圓管，其最大板厚值為80.03mm，可滿足此節點圓管柱（φ1900*80）的加工制作，但卷板機幾乎滿負荷運轉。經調試，針對此節點，圓管卷制時需調高設備運行壓強上限值以加快筒體回圓速度，提高生產效率。

表1 WB12KY-1000×3000卷板機性能參數

額定卷板寬度（mm） 3000 欲卷板材寬度（mm） 1030 1500 1541 1600額定卷筒直徑（mm） 3000 欲卷板材直徑（mm） 1900 1900 1900 1900額定板材屈服極限（MPa） 245 欲卷板材屈服極限（MPa） 390 390 390 390額定卷板厚度（mm） 100 本卷板機可卷制圓筒最大壁厚（mm）94.65 81.87 81.09 80.03

卷管前需在板材兩端加設500mm的壓頭余量，以便板材預彎，板材兩端預彎后需切除兩端500mm的壓頭，并焊接在下一塊待預彎板材（兩端仍需加設切割余量）的兩端以重復利用。卷管時采用漸進式卷制，防止卷制過程中產生裂紋。同時需使用圓弧模板反復進行檢驗，以確保卷管精度。筒體成型后進行點焊（須提前清除掉氧化鐵等雜質），點焊高度不得超過坡口的2/3深度。點焊長度80～100mm。點焊后，使用埋弧焊焊接筒體內側縱縫，外側氣刨清根并埋弧填充蓋面。筒體縱縫焊接完成后使用卷板機回圓。

3.4 裝配焊接尺寸控制

此節點筒體厚度為80mm，焊接縱縫及環縫時需焊前預熱（預熱最低溫度見表2，焊接過程中最大層間溫度不宜超過250℃）及焊后保溫，多層多道連續焊接，以保證穩定的熱輸入。

表2 Q390鋼材最低預熱溫度要求（℃）

鋼材牌號接頭最厚部件的板厚t（mm）t＜25 25≤t≤40 40＜t≤60 60＜t≤80 t＞80 Q390 20℃ 60℃ 80℃ 100℃ 120℃

圓管柱上端斜頭（第一單元與第二單元）筒體對接時無法使用埋弧焊機，因此需在圓管柱外側設置臨時鋼性支撐，在使用氣保焊焊接時，需不斷使用鋼卷尺測量構件尺寸，控制焊接變形對構件整體尺寸的影響。

內隔板裝配焊接：在第一單元與第二單元筒體環縫焊接完成后開始組焊內部隔板。以筒體的直口端面為基準面進行劃線，在筒體內側上彈出0°90°180°270°母線，劃出筒體內隔板位置線，并打上樣沖標記。由于筒體內部不宜氣刨清根，因此內隔板與筒體內壁的焊接均開制單V坡口，并貼墊板全熔透焊接（由筒體中部向兩側焊接）。

牛腿裝配焊接：此節點鋼結構運輸超限需要散發部分牛腿，廠內焊接牛腿時需先在筒體外彈出0°90°180°270°母線，劃出鋼牛腿定位線，并將鋼牛腿定位點焊后使用氣保焊焊接，由于牛腿翼緣板厚度較厚（50mm）點焊固定后，需兩名焊工于翼緣板兩側同時施焊，防止焊接熱應力變形。焊接時隨時檢查牛腿的定位尺寸，保證現場與梁的對接誤差在允許范圍內。

3.5 構件吊運翻身

構件翻身吊耳尺寸及焊接位置見表3。

表3 構件翻身吊耳尺寸及焊接位置

構件號 總重（t） 重心距柱底長度L1（mm） 柱上端吊耳水平位置L3 柱下端吊耳水平位置L2 6GZC1 81.77 8192 500 2400 6GZC2 81.06 8145 500 2350 6GZC3 81.04 8146 500 2350 6GZC4 81.69 8188 500 2400

單根構件總重（81t）超出單臺桁車最大起重能力（50t），因此需使用兩臺桁車（2*50t）起吊。根據構件重心位置合理設置翻身吊耳位置（兩側翻身吊耳與重心間距需相同，具體位置見表3）。當柱上端起吊并離開地面后，起吊柱下端側面翻身吊耳同時下放柱上端吊耳，完成翻身，放置構件為待裝車狀態。

4 結語

本項目巨斜撐圓管柱節點噸位大、形狀特殊且焊接難度大。此類鋼結構加工制作過程復雜，需要提前策劃并制定加工方案指導車間生產，通過總結該節點生產加工過程中的問題及解決方法可為后續類似節點的加工制作提供一定的經驗。