張昆，靳毅，黃戴春

（共享鋼構(gòu)有限責(zé)任公司，海南 ?？?570100）

超高層塔架空間異型鋼管柱制作工藝及技術(shù)研究

張昆，靳毅，黃戴春

（共享鋼構(gòu)有限責(zé)任公司，海南 ?？?570100）

鋼管柱產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于大型體育館、展覽館、塔樓等重型及超重結(jié)構(gòu)?？臻g異型鋼管柱產(chǎn)品，受力分析、詳圖深化及制作工藝復(fù)雜。在制作過(guò)程中采用Xsteel、CAD和全站儀等進(jìn)行制模放樣，同時(shí)借助國(guó)內(nèi)外先進(jìn)設(shè)計(jì)分析軟件及虛擬制造安裝軟件，進(jìn)行設(shè)計(jì)研究及虛擬制作研究，能夠有效得進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，創(chuàng)新制作工藝及施工方案的改進(jìn)，有效提高產(chǎn)品質(zhì)量。

鋼結(jié)構(gòu)；空間異型鋼管柱；制作工藝

1 工程概況

共享鋼構(gòu)有限責(zé)任公司借鑒以前對(duì)一般帶牛腿鋼管柱的工藝，開展對(duì)長(zhǎng)影“環(huán)球100”項(xiàng)目塔樓主鋼柱進(jìn)行研發(fā)。有助于我公司對(duì)空間異型鋼管柱的高效制作積累經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)化生產(chǎn)流程，進(jìn)而提升在海南省鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域中的優(yōu)勢(shì)，對(duì)于擴(kuò)寬市場(chǎng)有著重要的的意義。

本工程位于?？谑形骱０缎聟^(qū)南片區(qū)，本單體52 m以下采用混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)；52～138.5 m為鋼結(jié)構(gòu)部分，鋼結(jié)構(gòu)部分采用鋼框架加鋼支撐結(jié)構(gòu)體系。

2 鋼柱制作重難點(diǎn)分析

（1）結(jié)構(gòu)復(fù)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(gè)轉(zhuǎn)角。截面轉(zhuǎn)變和長(zhǎng)度的不統(tǒng)一，給相貫線下料、零件下料、組裝和矯正帶來(lái)很大難度。

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

（3）構(gòu)件制作精度要求高。結(jié)構(gòu)已屬于超高層結(jié)構(gòu)，對(duì)于轉(zhuǎn)角和偏差精度要求極高。精度誤差大，安裝質(zhì)量得不到保障。

（4）空間角度定位難度大。構(gòu)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(chǎn)車間對(duì)于空間放樣坐標(biāo)局限X，Y。對(duì)于空間上的Z軸，普遍采用相對(duì)柱底板（水平線）的距離定位。這對(duì)空間異性鋼管柱的精度滿足不了要求?？臻g角度如圖1所示。

圖1

3 研制過(guò)程

本項(xiàng)目以顧客的要求和產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)為研究設(shè)計(jì)依據(jù)。主要研究?jī)?nèi)容有：空間異性鋼管柱工藝設(shè)計(jì)，空間角度定位，焊接變形控制技術(shù)等。

（1）工藝設(shè)計(jì)。本工程采用標(biāo)準(zhǔn)的鋼結(jié)構(gòu)制作工藝：切料—定位—卯裝—質(zhì)檢—焊接—拋丸—噴漆。

定位與卯裝是本次制作的重難點(diǎn)，對(duì)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(zhí)行，高于規(guī)范值。②牛腿孔位精度控制。孔位精度控制±2 mm的誤差執(zhí)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?？臻g異性鋼管柱分為四段。第一段為垂直段鋼柱，無(wú)轉(zhuǎn)角和偏移，可按定距進(jìn)行放樣制模。第二段、第三段為偏移鋼柱，在平面上有轉(zhuǎn)角，相對(duì)第一段鋼柱有X軸上的偏移，亦可通過(guò)固定X，Y方向的距離進(jìn)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(gè)偏移量；空間上的坐標(biāo)Z軸，通過(guò)定點(diǎn)在最近一個(gè)水平板，引出空間上Z軸到水平板的距離，通過(guò)垂線放置標(biāo)高，可得出空間上的坐標(biāo)X，Y，Z。空間位置Z可通過(guò)限位板來(lái)確定。如圖2所示。

（3）卯裝校驗(yàn)。卯裝之后如圖3所示。精度是本次校驗(yàn)的核心，全站儀作為校驗(yàn)的專用器材。通過(guò)后方交會(huì)法測(cè)得空間異性鋼管柱最高、最低點(diǎn)相對(duì)柱底板的坐標(biāo)X，Y，Z。與Tekla Structures中模型的坐標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，測(cè)得誤差滿足要求。

4 焊接變形控制技術(shù)

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(jié)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(yán)禁在焊區(qū)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(shè)計(jì)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(shí)，必須清除后重新焊接。

TU398.9

A

1671-0711（2016）10（上）-0130-02