鋼結(jié)構(gòu)超高層項(xiàng)目轉(zhuǎn)換桁架加工工藝研究

白傳龍

摘要：對(duì)于超高層建筑的轉(zhuǎn)換桁架，提出一種鋼結(jié)構(gòu)超高層項(xiàng)目轉(zhuǎn)換桁架加工工藝，采用框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系，其中最普遍的8節(jié)為轉(zhuǎn)換桁架;柱柱對(duì)接采用全焊形式，柱梁及支撐節(jié)點(diǎn)采用栓焊連接。可有效減小大跨度轉(zhuǎn)換桁架兩端剪力墻的彎矩，改變桁架與鋼板組合剪力墻連接節(jié)點(diǎn)形式的方法共同來提高鋼板組合剪力墻的抗彎承載力，配合栓焊連接、全焊形式等焊接工藝，增強(qiáng)構(gòu)件安全性能。綜合成本低、構(gòu)造簡(jiǎn)單、施工方便，可在傳遞荷載較大的高層建筑結(jié)構(gòu)中廣泛應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：超高層;轉(zhuǎn)換桁架;框架-核心筒

0.引言

鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換桁架是一種新型的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的形式，這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于受力均勻、抗震性能非常好、鋼強(qiáng)度大、重量較輕、施工速度較快、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，可以滿足較大的空間要求。鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換桁架在一些現(xiàn)代化的大型建筑工程中被廣泛應(yīng)用。轉(zhuǎn)換桁架是結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的轉(zhuǎn)換構(gòu)件，是橫向構(gòu)件。就是用桁架代替梁，此時(shí)就不叫轉(zhuǎn)換梁，而叫轉(zhuǎn)換桁架。用于該層上下的墻或柱的軸線因房屋使用功能需要而錯(cuò)開（即上下不能對(duì)齊）時(shí)的構(gòu)造。目前，桁架轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用在跨度較大、承擔(dān)上部豎向構(gòu)件且傳遞荷載較大的結(jié)構(gòu)中。桁架轉(zhuǎn)換層不僅需要承受結(jié)構(gòu)上部構(gòu)件傳遞的豎向荷載作用力，而且還要承擔(dān)結(jié)構(gòu)水平方向的荷載作用力。桁架轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)內(nèi)部的受力構(gòu)件以受軸力為主，桁架結(jié)構(gòu)的整體性能良好，構(gòu)件受力傳力路線明確。對(duì)于超高層、大跨度鋼結(jié)構(gòu)實(shí)施轉(zhuǎn)換桁架，轉(zhuǎn)換桁架通常采用高空原位安裝，即在桁架下方搭設(shè)臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)，采用吊裝設(shè)備分段吊裝轉(zhuǎn)換桁架，吊裝焊接完成后再拆除臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)。對(duì)于超高層建筑的轉(zhuǎn)換桁架，需要搭設(shè)大量的臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)，搭設(shè)材料成本高、搭設(shè)工作量大;并且這種施工方法只適用于桁架下方有足夠的空間和條件搭設(shè)臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)的情況，對(duì)于桁架下方無條件搭設(shè)臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)時(shí)不適用，具有局限性。

1.設(shè)計(jì)內(nèi)容

對(duì)于超高層、大跨度鋼結(jié)構(gòu)實(shí)施轉(zhuǎn)換桁架創(chuàng)新型采用框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系，其中最普遍的8節(jié)為轉(zhuǎn)換桁架;柱柱對(duì)接采用全焊形式，柱梁及支撐節(jié)點(diǎn)采用栓焊連接（腹板栓、翼板焊）。

施工依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)：《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》GB50205-2020，《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》GB50661-2011;下料：下料拼接，鋼柱：所有折線十字柱及H形柱，翼緣板及腹板優(yōu)先整板下料;當(dāng)需拼接時(shí)，需進(jìn)行二次放樣（折點(diǎn)位置）;翼、腹板拼接位置需相互錯(cuò)開至少200mm，且避開折點(diǎn)位置200mm以上;焊接H型鋼的翼緣板拼接縫和腹板拼接縫錯(cuò)開的間距不小于200mm 。翼緣板拼接長(zhǎng)度不應(yīng)小于2 倍翼緣板寬且不小于600mm; 腹板拼接寬度不應(yīng)小于300mm， 長(zhǎng)度不小于600mm;箱形構(gòu)件的側(cè)板拼接長(zhǎng)度應(yīng)≥2倍板寬，且不小于600mm， 相鄰兩側(cè)板拼接縫的間距不小于200mm;所有拼接縫須避開節(jié)點(diǎn)、橫隔板、加勁肋或開孔邊緣200mm以上，且拼接位置應(yīng)留在內(nèi)力較小處，鋼梁避開距中1/3處。

不等厚對(duì)接位置：不同厚度的鋼板拼接時(shí)當(dāng)板厚相差超過4mm時(shí)將焊縫焊成斜坡狀，最大1：2.5（對(duì)接坡口開在厚板側(cè)）;不等厚對(duì)接位置腹板下料（部分異型節(jié)點(diǎn)板未變厚度，保證變厚度位置翼緣板及腹板開豁位置）;腹板采用直條下料，翼緣板變厚位置的腹板開制坡口時(shí)，需注意內(nèi)鎖（位置及厚度詳見下料圖），內(nèi)鎖位置需考慮腹板長(zhǎng)度方向的余量;翼緣板不等厚對(duì)接位置坡口開在厚板側(cè)，利于焊縫過渡;所有零部件的下料均按照排版圖，需注意變角度十字柱腹板與翼緣板下料余量（端銑余量及焊接收縮余量）的設(shè)置;柱頂需預(yù)留5mm端銑余量;此外，長(zhǎng)度方向上預(yù)留≥1.5‰的焊接收縮余量。

組裝：十字柱、焊接H型鋼、箱形斜撐組裝執(zhí)行通用焊接工藝;制作基準(zhǔn)，鋼柱牛腿定位及下端齊頭均以端銑面為基準(zhǔn);當(dāng)鋼柱主體存在折線角度時(shí)，需采用拉線法保證其主體折線角度，且折點(diǎn)距離上下端的尺寸滿足圖紙要求;鋼柱標(biāo)高調(diào)整：牛腿距離柱頂端的尺寸依據(jù)圖紙，調(diào)整尺寸在下端;栓接孔保證，鋼柱箱型牛腿采用部件拼裝、焊后與主體進(jìn)行組裝，重點(diǎn)保證端口尺寸及兩腹板栓接孔相對(duì)位置;所有的箱型腹桿采用后出孔，可用連接板進(jìn)行配鉆，保證兩腹板孔群相對(duì)位置;十字柱變田字柱制作（雙角度、腹板均需要折彎），內(nèi)柱有8件含田字柱，田字柱截面為900*900，此范圍內(nèi)的腹板40、翼緣板50mm，且內(nèi)部設(shè)置兩層或三層加勁板與外部牛腿翼緣對(duì)應(yīng);此田字段長(zhǎng)度約（1.9米、2.4米）

焊接要求：坡口清理：焊接坡口兩側(cè)30～50mm 處，在施焊前必須對(duì)其表面進(jìn)行處理，將切割氧化皮徹底打磨干凈至金屬光澤。

當(dāng)采用氣體保護(hù)焊時(shí)，應(yīng)分段對(duì)稱進(jìn)行焊接，多層多道焊接頭應(yīng)錯(cuò)開至少50mm;嚴(yán)禁擺寬焊道焊接;嚴(yán)禁大電流焊接，多層多道焊時(shí)，層間清理徹底。

對(duì)于接點(diǎn)復(fù)雜的構(gòu)件，如牛腿集中處，采用先將各牛腿分別制作完成、分別矯正變形后再進(jìn)行總裝焊接整體拼裝和焊接的方法進(jìn)行制作，以減少和降低焊接變形與焊接應(yīng)力;可以采用部件裝配-焊接法的構(gòu)件，通過“化整為零，集零為整”的方式，能夠有效減少制作過程中構(gòu)件的剛性，有利于部件的翻身焊、對(duì)稱焊，并通過對(duì)部件變形的矯正，能有效消減整體構(gòu)件的焊接變形。 可以對(duì)稱施焊的焊縫采取對(duì)稱同時(shí)同向施焊，當(dāng)焊縫在結(jié)構(gòu)上分布不對(duì)稱時(shí)，如果焊縫位于構(gòu)件中性軸兩側(cè)，可通過調(diào)節(jié)焊接熱輸入和交替施焊的順序進(jìn)行控制變形。對(duì)較長(zhǎng)的焊縫采取分段退焊法和跳焊法，避免焊縫局部加熱集中。

3. 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于超高層建筑的轉(zhuǎn)換桁架，需要搭設(shè)大量的臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)，搭設(shè)材料成本高、搭設(shè)工作量大;并且這種施工方法只適用于桁架下方有足夠的空間和條件搭設(shè)臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)的情況，對(duì)于桁架下方無條件搭設(shè)臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)時(shí)不適用，具有局限性。提出一種鋼結(jié)構(gòu)超高層項(xiàng)目轉(zhuǎn)換桁架加工工藝，采用框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系，其中最普遍的8節(jié)為轉(zhuǎn)換桁架;柱柱對(duì)接采用全焊形式，柱梁及支撐節(jié)點(diǎn)采用栓焊連接?？捎行p小大跨度轉(zhuǎn)換桁架兩端剪力墻的彎矩，改變桁架與鋼板組合剪力墻連接節(jié)點(diǎn)形式的方法共同來提高鋼板組合剪力墻的抗彎承載力，配合栓焊連接、全焊形式等焊接工藝，增強(qiáng)構(gòu)件安全性能，可在傳遞荷載較大的高層建筑結(jié)構(gòu)中廣泛應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

韓佩.基于BIM的超高層建筑復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)研究[D].西安建筑科技大學(xué)，2020.DOI：10.27393/d.cnki.gxazu.2020.000426.

黃浩，楊婷婷，武秀瑩，李松，王涵.超高層懸挑桁架托柱轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)抗震性能分析[J].建筑結(jié)構(gòu)，2021，51（S2）：478-483.

宋世偉，沈偉，顧榮勇，李培培.南京某桁架轉(zhuǎn)換高層辦公樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].江蘇建筑，2021（04）：23-26.

劉浩晉，張濤，李豐晨.福建省建筑科學(xué)研究院建筑設(shè)計(jì)生產(chǎn)基地大跨度跨層轉(zhuǎn)換桁架結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)[J].結(jié)構(gòu)工程師，2021，37（04）：181-187.DOI：10.15935/j.cnki.jggcs.2021.04.023.

王斌. 超高層建筑體系環(huán)帶轉(zhuǎn)換桁架施工力學(xué)性能研究[D].蘭州理工大學(xué)，2016.