張發(fā)榮 何志濤

（湖北精工鋼結(jié)構(gòu)有限公司，湖北武漢 430312）

1 工程概況

首義廣場(chǎng)觀光塔是武漢辛亥革命博物館配套工程，其主體結(jié)構(gòu)采用鋼框架－支撐結(jié)構(gòu)體系，分為內(nèi)筒和外筒，內(nèi)筒各層平面外形不變，外筒自下而上逐漸縮小，碑身平面為菱形，其對(duì)角線長(zhǎng)度沿高度從地面到頂部逐漸縮小。地下室采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板，一層以上樓板采用花紋鋼板。紀(jì)念碑內(nèi)部設(shè)有一部景觀電梯，一部疏散樓梯，頂部設(shè)有3層觀景平臺(tái)如圖1所示。

圖1 觀光塔地下部分

2 組合菱形柱概況

組合菱形柱主要是由兩根菱形柱本體通過梯形連接板進(jìn)行剛性連接（焊接）組合而成。其中，兩菱形柱中一根鋼柱本體為上下等截面鋼柱，另一根為上下兩端不等截面鋼柱，呈現(xiàn)下端口截面大，上端口截面小。本菱形鋼柱本體中隔板布置較為頻繁，節(jié)點(diǎn)相對(duì)較多，加之牛腿加設(shè)較多且結(jié)構(gòu)形狀各異，如圖2所示。

圖2 雙菱形組合鋼柱

3 組合菱形柱制作

3.1 焊接坡口的確定

在單個(gè)的菱形柱本體制作中，主要焊接接頭形式有柱翼板與腹板之間的角接接頭和箱體內(nèi)隔板與柱本體之間的T型接頭。在這兩種接頭中，都必須保證一級(jí)全熔透焊縫等級(jí)，而焊縫質(zhì)量的好壞從某種意義上來說直接關(guān)系著坡口的制作質(zhì)量。因此，坡口的制作對(duì)整個(gè)菱形柱的制作來說起到了至關(guān)重要的作用，如圖3所示。

圖3 箱體面板坡口制作

3.2 箱體組立

箱體的組立過程在胎架上進(jìn)行，組立過程中必須保證菱形柱裝配對(duì)角線和角度。在制作中采用焊接定位板的方法來進(jìn)行定位，用角度樣板來保證定位角度如圖4，圖5所示。

圖4 箱體組立

圖5 箱體角度檢驗(yàn)

3.3 箱體焊接

由于箱體面板（δ＝50mm屬于中厚板，在焊接過程中必須考慮到焊前組裝定位焊及主體焊縫焊后焊接缺欠的相關(guān)工藝。根據(jù)焊接冷卻速度影響低合金鋼硬化開裂的規(guī)律可以得出：定位焊長(zhǎng)度在60mm～80mm范圍為宜。此外，定位焊還應(yīng)距設(shè)計(jì)焊縫端部30mm以上，且定位焊開始時(shí)的預(yù)熱溫度應(yīng)比正式焊接時(shí)所采用的預(yù)熱溫度高出20℃～50℃。

為了防止主體焊縫焊接后出現(xiàn)層狀撕裂等缺陷，要求在焊接前根據(jù)JGJ81－2002進(jìn)行80℃左右預(yù)熱處理。

3.4 箱體合攏裝配

3.4.1 箱體合攏

根據(jù)本雙菱形組合鋼柱的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，需對(duì)單根菱形鋼柱制作完畢后再進(jìn)行雙菱形鋼柱的合攏裝配，組后進(jìn)行鋼柱上牛腿的組裝、焊接。

在雙菱形鋼柱合攏之前，必須根據(jù)構(gòu)件自身的特點(diǎn)，制作相應(yīng)的輔助工裝夾具來進(jìn)行裝配。在本工藝的制作中，結(jié)合構(gòu)件的特點(diǎn)：（1）兩菱形柱尺寸大小截面不一；（2）其中一根菱形柱上下存在大小頭截面；（3）菱形組合柱中間梯形連接板在同一水平面上。結(jié)合上述難題，制作前用專門鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件X－Steel在模型中進(jìn)行剖面的截?。ㄉ疃日{(diào)節(jié)需設(shè)置為0），然后通過AutoCAD軟件進(jìn)行處理，制作出胎架模板TJ－1、TJ－2、TJ－3、TJ－4，若單純的用AutoCAD軟件進(jìn)行胎架模制，無法將截面間的變化和差距表達(dá)，如圖6所示。

圖6 箱體合攏

3.4.2 箱體牛腿裝配焊接

（1）本構(gòu)件從結(jié)構(gòu)上看，具有較多的牛腿，裝配起來存在較大的難度；從構(gòu)件形式上來看，屬于超寬和大噸位構(gòu)件，更是給工廠的裝配帶來了很大的挑戰(zhàn)性。此外，在裝配的過程中還需考慮后道工序?qū)φ麄€(gè)構(gòu)件所帶來的影響。

（2）因本構(gòu)件在設(shè)計(jì)上應(yīng)用了50mm的中厚板，結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性及構(gòu)件自身的噸位條件限制，決定了裝配時(shí)的精度控制條件和焊接過程中產(chǎn)生變形的因素。

（3）牛腿在裝配時(shí)應(yīng)盡量少對(duì)構(gòu)件進(jìn)行翻身，減少不必要的勞動(dòng)強(qiáng)度；

（4）本構(gòu)件中存在箱型—V型牛腿，因部分此類型牛腿與梯形連接板之間的夾角較小，組裝后牛腿與菱形柱本體無法施焊，制作時(shí)需對(duì)牛腿拆分后進(jìn)行散件裝配。

（5）牛腿裝配。

①原則：為了減少對(duì)大型構(gòu)件的翻身，牛腿的裝配需裝配好一面后再進(jìn)行另一面的裝配（例如：先裝NT－6、NT－8一面住本體牛腿，待此面牛腿裝配完畢后再進(jìn)行NT－1、NT－3一面柱本體牛腿的裝配）；

②裝配：第一步裝配NT－6牛腿，第二步裝配NT－8牛腿，第三步裝配NT－12牛腿及搭筋板，第四步裝配NT－5牛腿，第五步裝配NT－7牛腿。構(gòu)件翻身后裝配：第一步裝配NT－1牛腿，第二步裝配NT－3牛腿，第三步裝配NT－4牛腿，第四步裝配NT－9牛腿及搭筋板，第五步裝配NT－2牛腿、NT－10牛腿、NT－11牛腿及搭筋板。

③難點(diǎn)：NT－1和NT－6兩箱型－V型牛腿與梯形連接板之間夾角太小，導(dǎo)致牛腿翼緣板與菱形住本體間（NT－1牛腿與LXGZ－2柱本體翼板，NT－6牛腿與LXGZ－2柱本體腹板）焊縫無法施焊，因此，箱型－V型牛腿在組立時(shí)制作成U型牛腿和一塊翼緣板（蓋板）。待牛腿與鋼柱本體裝配時(shí)首先組裝U型牛腿，隨后焊接隱蔽焊縫，經(jīng)UT檢測(cè)合格后再進(jìn)行牛腿蓋板的組裝焊接，見圖7。

圖7 雙菱形組合鋼柱裝配

4 結(jié) 語

通過對(duì)首義廣場(chǎng)觀光塔鋼結(jié)構(gòu)工程中雙菱形組合鋼柱工藝制作技術(shù)方案的探討，很好地兼顧和解決了制作中各環(huán)節(jié)的重難點(diǎn)。同時(shí)，通過巧妙制作角度樣板、胎架等簡(jiǎn)易的工裝，使得構(gòu)件在裝配精度上得到了很好的控制。此外，合理有序的牛腿裝配及焊接順序也使得構(gòu)件整體焊接變形得到了控制。

1 建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程（JGJ81—2002）［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002

2 戴為志，高良.鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)培訓(xùn)教程［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009，2

3 劉子祥，戴為志.國家體育場(chǎng)“鳥巢”鋼結(jié)構(gòu)工程施工技術(shù)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011，3

4 戴為志，高良.建筑鋼結(jié)構(gòu)工程焊接技術(shù)及實(shí)例［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010，5

5 英若采.熔焊原理及金屬材料焊接［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000，5

6 王磊.國家體育場(chǎng)（鳥巢）鋼結(jié)構(gòu)桁架柱安裝技術(shù)［J］.建筑技術(shù)，2010，41（7）