杜冰冰 闕子雄 王笛 馮林濤 楊旺 胡誠安

摘要：某工程鋼結構屋面采用大跨度箱型懸挑結構體系，由大量節(jié)點及附屬桿件組成，節(jié)點端頭均為彎扭結構，相關加工制作經(jīng)驗較為缺乏。闡述了該節(jié)點關鍵工藝技術的創(chuàng)新及應用，通過結構優(yōu)化、革新組合折彎工藝、強化異型構件裝配焊接質量控制，減少了整個屋面的彎扭結構數(shù)量，實現(xiàn)了高效制作和高精度控制，為類似工程提供參考借鑒。

關鍵詞：彎扭箱型節(jié)點;建模思路;組合折彎;精度控制

中圖分類號：TG457.2 ? ? ?文獻標志碼：B ? ? ?文章編號：1001-2003（2021）06-0041-05

DOI：10.7512/j.issn.1001-2303.2021.06.07

0 ? ?前言

隨著鋼結構行業(yè)技術的突飛猛進，造型設計越來越受到業(yè)主和設計的青睞，其中雙曲面結構設計是實現(xiàn)造型的有效途徑，并在鳥巢、深圳灣體育中心、珠海歌劇院等典型工程中得到了工程驗證。此類彎扭構件彎曲曲率較小，節(jié)點均為平直構件組成，節(jié)點與節(jié)點之間采用彎扭過渡段，此類構件有較為成熟的制作經(jīng)驗，但是針對節(jié)點采用彎扭段的大曲率彎扭結構，目前還缺少具體的加工制作經(jīng)驗[1-5]。

1 概述

某工程屋面整體結構外觀呈現(xiàn)一種波浪曲面（見圖1），由彎扭節(jié)點和中間直段桿件組成（見圖2）。節(jié)點類型主要有十字型節(jié)點、米字型節(jié)點、Y字型節(jié)點和T字型節(jié)點，多端頭彎扭箱型節(jié)點的數(shù)量達2 000個。

1.1 多端頭彎扭米字型節(jié)點

文中以米字型節(jié)點為例，闡述工藝制作思路及質量精度控制措施。該米字型節(jié)點現(xiàn)場與10個構件相連接，其中7個箱型牛腿端頭有彎扭段，彎扭段長度250～450 mm，每個牛腿翼板、腹板至少存在2道折彎，其中一道為斜角折彎（見圖3）。

1.2 制作重難點

（1）整個屋面為波浪形曲面，建模過程中如何減少異型構件的數(shù)量和難度，使節(jié)點之間的構件為常規(guī)箱體（可流水線作業(yè)），且使端口為矩形，便于現(xiàn)場對接，此為深化的難點。

（2）彎扭板件數(shù)量較大，折彎道次多，如何做到彎扭板件快速出圖、識圖簡單、成形便捷精準，此為制作的重難點之一。

（3）彎扭節(jié)點結構復雜，如何通過拼裝、焊接的工藝措施保證質量精度，此為制作的重難點之二。

2 深化設計

2.1 設計思路

結構優(yōu)化：為減少整個屋面結構的異型程度和數(shù)量，將屋面鋼梁方向調(diào)整集中化，采取短異型箱型梁或節(jié)點端頭過渡進行轉化，從而使相連接的箱型鋼梁為常規(guī)直構件，且連接端口設置為矩形。

2.1.1 組合折彎形式彎扭

多端頭彎扭箱型節(jié)點彎扭段集中在端頭250～

450 mm，且端口為矩形。若采用平滑過渡（見圖4）的彎扭進行設計，鋼結構行業(yè)現(xiàn)有的設備無法保證在端面為直線的情況下完成平滑彎扭成型。在滿足結構設計的條件下，采取組合折彎的方式達到彎扭過渡（見圖5），零件板可采取折彎機進行成型且板端頭為直線，板件成型效率高、尺寸精度高。

2.1.2 建模注意事項

（1）多端頭夾角較小的情況下（見圖6），中間位置板件在折彎時，折刀同時會接觸兩側板件，因此要求兩邊板件連線a與折彎線相距應小于折彎機下模槽口的1/2。

（2）部分板件折彎角度較大，折彎位置設置在端頭，采用折彎機加工易形成矢彎（見圖7）。為避免此情況，對于板厚t≥25 mm和折彎角度大于5°的板件，將折彎位置向內(nèi)平移100 mm以上。

2.2 零件圖出圖方法

深化設計從未出過類似板件的零件圖，完全采用坐標點出圖工作量巨大且車間員工識圖困難。為此，摒棄原始采用側面剖視圖來表達折彎尺寸的方法，通過俯視圖數(shù)值法來表達折彎尺寸。新型折彎出圖方法簡介：以中間區(qū)域為水平基準，各個端頭空間高度與中間水平位置做差，折彎角度標記在折彎線附近，正負數(shù)值分別代表向上折和向下折。此種方式尺寸清晰，圖紙出圖速度快，且車間識圖容易、測量簡便（見圖8）。

3 節(jié)點制作工藝

3.1 板件折彎精度控制

（1）下料準備。

方向標識：零件圖中設置板件正面標識，此種板件套料不可鏡像，數(shù)控下料時將正面標識移植到板件上。

（2）折彎尺寸數(shù)值移植。

根據(jù)板件正面標識的位置，確認板件與折彎圖紙的方向，將圖紙尺寸移植到板件上（見圖9）。

（3）組合折彎順序。

折彎機上配有紅外線定位，每一道折彎完成均對角度進行檢查。經(jīng)過實驗，首先對折彎線①進行折彎，再對折彎線②進行折彎，此順序折彎精度高，第二道折彎對第一道折彎影響較?。ㄒ妶D10），效果良好。

（4）質量控制。

折彎板件在簡易的水平胎架上進行驗收，采用水平儀和角尺重點控制角部翹起的高度（見圖11）。

3.2 構件裝焊質量精度控制

（1）拼裝精度控制。

本節(jié)點空間結構復雜，僅憑構件圖難以表達尺寸，需通過空間三維坐標點圖來進行定位和裝配。

①繪制地樣、搭設胎架。根據(jù)構件的俯視投影尺寸，在水平鋼板胎架上繪制節(jié)點投影線、關鍵尺寸控制點并打上樣沖眼，根據(jù)坐標點搭設胎架（見圖12）。

②分步拼裝。將構件主體放置在胎架上，調(diào)整兩端口的尺寸，然后進行定位焊接（見圖13）。構件在胎架上進行打底焊接，之后下胎將構件翻身，采用平焊位置進行填充蓋面，盡可能減小焊接變形引起的尺寸偏差。焊接完畢后進行隱蔽報驗和UT探傷，最后再回胎對尺寸進行復核調(diào)整。

在胎架上依次裝配其他牛腿，尺寸檢查合格后在胎架上進行打底焊接。然后下胎進行焊接，依次循環(huán)至所有板件均裝焊完成。

（2）焊接精度控制。

控制原則：堅持焊接變形控制為主、兼顧焊接位置的方針，根據(jù)拼裝順序制定相應的焊接順序。

①胎架上打底焊接，最大程度上固定焊接結構，減少變形。

②下胎焊接時，依據(jù)對稱施焊的思路，保持焊接能量的均衡性（見圖14）。同時采取小的熱輸入，焊接手法上采取多層多道焊。

③焊接位置選擇：胎架上采取橫焊打底，節(jié)點主體兩側對稱焊接。下胎后以平焊為主，保證焊縫內(nèi)部質量（見圖15） 。

④小夾角部位焊接。本工程牛腿之間小夾角部位非常多，大部分通過折彎已經(jīng)進行規(guī)避，但是個別牛腿之間的夾角還存在最小35°的情況，常規(guī)從外側無法做到全熔透。針對該情況，采用牛腿散拼的方式裝配，小夾角板件根部留2 mm間隙，外側封底焊，然后從內(nèi)側進行焊接（見圖16）。

（3）質量驗收。

節(jié)點整體焊接完畢后，根據(jù)《鋼結構工程施工質量驗收標準》的要求，質檢員在胎架上對空間尺寸、外觀進行檢驗（見圖17）。

4 結論

以某屋面鋼結構箱型節(jié)點制作加工0為例，敘述了采用組合折彎取代弧形彎扭過渡的方法設計多端頭箱型節(jié)點的制作工藝，通過深化優(yōu)化設計、零件圖革新、專項折彎工藝、拼裝工藝、焊接工藝等措施，實現(xiàn)了質量的精度控制，為類似工程提供借鑒有效的參考經(jīng)驗。

參考文獻：

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