復(fù)雜人字形圓管組合柱加工技術(shù)

葛英獻(xiàn) 員建成

1.工程概況

某超高層項(xiàng)目是集超市、商業(yè)CBD、餐飲、公寓、休閑娛樂(lè)等為一體的城市綜合體項(xiàng)目，總建筑面積約18萬(wàn)m2，地下4層，地上39層，總建筑高度約218m，整體用鋼量約1.2萬(wàn)t，為地標(biāo)性建筑。

該項(xiàng)目采用核心筒-框架結(jié)構(gòu)體系，框架柱均采用圓管鋼結(jié)構(gòu)，每層設(shè)置連接核心筒的輻射梁；外筒鋼框架橫截面布置為八邊形，由20根圓管柱呈矩形排列，上部框架采用四棱錐形，由16根圓管柱組成，框架的角柱交匯處設(shè)置帶角度的分岔圓管組合柱進(jìn)行鋼柱過(guò)渡，支撐整個(gè)上部結(jié)構(gòu)。

人字形組合柱具有構(gòu)造復(fù)雜，加工難度大，精度高等諸多特點(diǎn)，且為高空吊裝。本技術(shù)克服難點(diǎn)，并逐一制定解決對(duì)策，實(shí)現(xiàn)了人字形復(fù)雜組合柱的順利安裝[1]。

圖1 人字形圓管組合柱

2.技術(shù)特點(diǎn)分析

2.1 構(gòu)件特點(diǎn)

受結(jié)構(gòu)要求，該項(xiàng)目18節(jié)鋼柱人字形組合圓管進(jìn)行過(guò)渡，支撐上部結(jié)構(gòu)，且組合圓管存在向核心筒切斜的內(nèi)折角度，增大了施工難度；圓管截面均為PD900×24mm，組合柱分岔位置設(shè)置環(huán)形牛腿，與輻射框梁采用栓接連接的方式；組合柱由上段柱、分岔節(jié)點(diǎn)及人字下段柱、環(huán)形牛腿四大部分組成，構(gòu)件形式如圖1所示。

2.2 技術(shù)難點(diǎn)及解決途徑

依據(jù)構(gòu)件特點(diǎn)進(jìn)行工藝性審查，分析制作難點(diǎn)并逐一制定解決對(duì)策：

（1）組合圓管柱整體角度的控制；針對(duì)這一難點(diǎn)，其思路為部件分段、分件卷制，組合下柱及上段柱圓管卷成型后切割貫口，分段組裝；分岔節(jié)點(diǎn)采用異形卷制，節(jié)點(diǎn)組拼的方式，最終主體組裝。

（2）不規(guī)則貫口接頭組對(duì)質(zhì)量的控制；針對(duì)這一難點(diǎn)，其思路為貫口逐一依據(jù)計(jì)算機(jī)放樣進(jìn)行實(shí)體放樣，最終切割修整，以滿(mǎn)足接頭組裝要求，控制組對(duì)間隙及坡口角度，減少焊接填充量。

（3）分岔節(jié)點(diǎn)位置環(huán)形牛腿定位精度控制；牛腿與鋼梁采用栓焊連接方式，牛腿腹板螺栓用量約100余套，需保證腹板穿孔率，防止翼緣板錯(cuò)邊現(xiàn)場(chǎng)。將環(huán)形牛腿部分整體地組裝，拆分組裝方式，保證其部件精度。

（4）分岔節(jié)點(diǎn)區(qū)域焊縫布置集中，且焊接填充量大，焊接變形的控制尤為重要；為加強(qiáng)焊接過(guò)程變形的控制，采用均布拘束板的方式，同時(shí)制定合理的焊接順序，來(lái)控制焊接變形[2]。

3.人字形組合柱制作工藝

3.1 圓管貫口放樣

為保證圓管柱主體角度及相貫位置的接頭組對(duì)質(zhì)量，貫口展開(kāi)圖均進(jìn)行計(jì)算機(jī)放樣，貫口放樣時(shí)需考慮壁厚及接頭成型等因素；上段柱及組合下柱采用最長(zhǎng)邊下料，卷紙成型后切割貫口，過(guò)渡段采用一分為二的異形件下料方式，放樣圖如2、3所示。

圖2 人字段下柱切割貫口圖

圖3 過(guò)渡段放樣展開(kāi)圖

3.2 貫口切割

首先確定圓管環(huán)向四等分線(xiàn)，作為貫口切割、部件組裝及零件組裝的基準(zhǔn)，并依據(jù)放樣展開(kāi)圖進(jìn)行實(shí)物劃線(xiàn)描點(diǎn)。

3.3 主體組裝

（1）分岔節(jié)點(diǎn)采用地樣立式組裝的原則，依據(jù)模型及深化設(shè)計(jì)圖進(jìn)行工藝圖深化，重點(diǎn)控制關(guān)鍵點(diǎn)尺寸、貫口截面及部件傾斜角度等，如圖4所示。

（2）主桿件采用三接一的臥式組裝方式，通過(guò)圓管基準(zhǔn)點(diǎn)與地樣線(xiàn)的吻合度及空間尺寸測(cè)量來(lái)保證主體傾斜角度；所有環(huán)縫對(duì)接均采用帶鋼襯墊的全熔透焊縫，接頭組對(duì)后，均布設(shè)防變形拘束板，然后進(jìn)行主體部件的焊接。

圖4 過(guò)渡段組裝工藝圖

3.4 牛腿組焊

采用整體地樣組裝，拆分焊接的方式，待焊接完成后，與主部件進(jìn)行整體組裝，組裝基準(zhǔn)采用貫口切割基準(zhǔn)，所有零部件的組裝基準(zhǔn)始終保持一致。

牛腿定位以四等分線(xiàn)為基準(zhǔn)做輔助線(xiàn)，針對(duì)每個(gè)牛腿繪制空間尺寸圖，標(biāo)注其與組合柱及鋼梁連接關(guān)鍵點(diǎn)的空間尺寸（六點(diǎn)定位），較二維圖紙標(biāo)注更為直觀(guān)，方便；待牛腿尺寸復(fù)核完成后，遵循分散、多層多道原則進(jìn)行施焊。

3.5 構(gòu)件驗(yàn)收

整體焊接完成后，對(duì)主控尺寸進(jìn)行復(fù)核，并進(jìn)行必要的火焰校正，焊縫的無(wú)損探傷。經(jīng)監(jiān)理驗(yàn)收合格后，轉(zhuǎn)入下道工序[3]。

4.結(jié)語(yǔ)

綜上所述，人字形圓管組合柱結(jié)構(gòu)復(fù)雜，也決定了構(gòu)件在制作過(guò)程中具有較大的難度。本文從圓管的放樣下料、零部件組焊順序及質(zhì)量控制等工序成功地解決了一系列的加工難題，尤其在復(fù)雜貫口及異形圓弧板的放樣技術(shù)、帶角度牛腿的空間定位技術(shù)方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，及時(shí)形成了一套較為完善的人字形型復(fù)雜圓管柱的制作工藝[4]。

隨著制作工藝的日趨成熟，人字形圓管組合柱的制作周期得到有效縮短，制作精度和變形控制得到了大大提高，降低制作成本，具有極大的推廣價(jià)值。