劉曙 楊高陽葉曉東 張明 陳蒼 劉歡

(中建鋼構武漢有限公司，湖北武漢430000)

1 工程概況

1.1 結構概況

華中第一高樓武漢綠地中心建筑高度636 m，為“鋼骨巨型柱框架+型鋼混凝土核心+伸臂桁架”結構體系，該體系由內(nèi)置異形型鋼混凝土巨柱、內(nèi)置型鋼或鋼板(鋼骨柱)的鋼筋混凝土核心筒、連接核心筒與外框的伸臂桁架、約束結構變形的環(huán)帶桁架以及對應樓層結構鋼梁、組合樓板組成。

1.2 環(huán)帶桁架概況

武漢綠地環(huán)帶桁架工10道，總重9 442 t，為焊接H型鋼。伸臂桁架結構由上弦桿、X形腹桿及下弦桿組成，最大截面尺寸為H1 000×600×80×80 mm，鋼材材質(zhì)為Q345GJC,Q390GJC,Q420GJC。環(huán)帶桁架層示意圖如圖1所示。

2 環(huán)帶桁架制作分析

1)環(huán)帶桁架為空間折面結構，蝶形連接節(jié)點(如圖2所示)的角度直接影響現(xiàn)場連接的精度，因此蝶形節(jié)點板的裝焊精度是本桁架制作的重難點之一。

2)環(huán)帶桁架現(xiàn)場連接形式為栓接連接，單個連接端口螺栓數(shù)量較多，達108個，同時連接板加腹板總厚度達260 mm；螺栓孔群的制作精度是本結構的加工難點之一。

針對環(huán)帶桁架結構特性，制定合理的裝配和焊接工藝，以控制桁架制作質(zhì)量。裝配工藝思路:上下弦桿及X型腹桿分別組裝、焊接、矯正后整體預拼裝，裝配工藝充分考慮蝶形節(jié)點角度，筋板高強螺栓孔群在下料時加工，端頭高強螺栓孔群在預拼裝后進行加工。焊接工藝充分考慮焊接截面收縮、焊接變形、焊接質(zhì)量控制，嚴格執(zhí)行焊接工藝規(guī)程，以使桁架整體焊縫成形良好，焊接變形控制得當。

3 環(huán)帶桁架制造關鍵技術

3.1 弦桿蝶形節(jié)點制作技術

1)下料工藝要求。

各零件下料時不加放余量，左右兩側的牛腿翼腹板高強螺栓孔暫不加工，插板上的安裝螺栓孔在下料階段加工。

2)組焊工藝要求。

首先，在操作平臺上劃出地樣線，地樣允許偏差不超過1 mm；然后，在鋼骨柱上劃出蝶形板定位線，安裝蝶形板，并復核各空間尺寸。焊接矯正合格后根據(jù)圖紙尺寸安裝加勁板等其他附屬零件；最后，根據(jù)地樣線定位BH牛腿，如圖3所示，并根據(jù)定位尺寸進行焊接。半成品驗收尺寸允許偏差不超過±2 mm，檢驗合格后根據(jù)生產(chǎn)部的預拼裝安排吊至指定場地進行預拼裝。產(chǎn)品連接板和工裝連接板采用數(shù)控鉆床進行加工，孔徑允許偏差+1.0 mm。

3.2 桁架預拼裝技術

桁架采用分單元連續(xù)循環(huán)匹配的預拼裝方法進行預拼。

1)拼裝基準面的確定：采用臥拼法進行預拼，根據(jù)每榀桁架的特點選擇基準面，以利于控制拼裝精度和質(zhì)量。

2)地面基準線的劃線：胎架設置時考慮現(xiàn)場焊接收縮，上、下弦之間適當加放收縮余量間隙，進行拼裝劃線。

根據(jù)預拼桁架的實際水平投影尺寸，在平臺上劃出樓層頂板水平標高線、鋼柱中心線、節(jié)點和桿件在平臺上投影的X,Y方向的中心線及外形線等。將巨柱或巨柱牛腿吊上胎架，進行定位固定，定位時以胎架上的投影線為基準進行檢查，必須對準樓層基準線、豎向中心線。巨柱牛腿定位后，依次將桁架下弦、桁架上弦、腹桿吊上胎架，進行定位固定，如圖4所示。

3.3 高強螺栓孔群制作進度控制技術

對本桁架結構的蝶形節(jié)點，采取先裝配焊接，整體矯正并預拼裝合格后，在預拼裝環(huán)節(jié)進行定位劃線，然后構件返回車間進行制孔。

桁架預拼裝完成后，進行各項檢測，合格后在構件現(xiàn)場接頭位置進行對合線標記，以方便現(xiàn)場安裝。所有接口對合線示意如圖5所示。

使用數(shù)控鉆床加工一批12 mm～16 mm厚的工裝連接板，精度和質(zhì)量要求同節(jié)點連接板，工裝連接板和節(jié)點連接板疊合在一起采用龍門鉆進行制孔，從而確保工裝連接板和節(jié)點連接板加工精度相同。工裝連接板按照圖紙尺寸在預拼裝平臺上與構件點焊固定后，采用半自動火焰切割分離各預拼裝構件，如圖6所示，各構件返回車間采用搖臂鉆配鉆(工裝連接板)制孔。制孔完成后，采用氣刨拆除工裝連接板，對構件表面進行打磨。

該技術可以有效保證構件螺栓孔精度與產(chǎn)品連接板一致，進而提高高強螺栓的穿孔率，減少返工。

3.4 厚板機器人焊接技術

采用Mini型焊接機器人對桁架節(jié)點焊縫進行焊接，該機器人即可通過焊絲接觸傳感進行自動檢測并獲得工件的板厚、坡口角度、根部間隙、焊縫長度、位置偏移量等焊縫信息，并自動演算出最適合的電流電壓、焊接速度、焊接時間、擺幅、層數(shù)等焊接參數(shù)，最終實現(xiàn)多層多道焊接，焊接過程如圖7，圖8所示。

4 結語

1)根據(jù)武漢綠地空間折線形栓接環(huán)帶桁架的結構特點，制定了蝶形節(jié)點制造工藝及桁架分單元連續(xù)循環(huán)匹配的預拼裝工藝；

2)環(huán)帶桁架鋼結構制造的重點部位為節(jié)點端頭高強螺栓孔群制作進度的控制，通過采用預制工裝連接板及后孔法，確保高強螺栓孔群精度滿足設計要求，減少現(xiàn)場擴孔；

3)針對本項目高材質(zhì)、超厚板的大量應用給焊接作業(yè)帶來很大的挑戰(zhàn)，引入機器人自動焊接技術，采用Mini型機器人進行節(jié)點板焊接，焊縫成型和焊接質(zhì)量滿足規(guī)范要求。