巨型五邊形鋼柱加工方案的研究

冠達爾鋼結構（江蘇）有限公司 南通 226100

1 項目概況

大連國貿中心大廈位于大連市中山區友好廣場西北側，項目占地面積約1.1 萬m2，總建筑面積約32 萬m2，總高度370 m，地上86 層、地下7 層。本項目為改擴建工程，前期經歷了3 次設計與2 次施工，因項目的特殊外形及前期已施工部分的影響，大廈的外框柱采用目前國內尚屬少見的五邊形結構。此結構主要位于八邊形大廈的各個角上，結構形式見圖1。

圖1 五邊形鋼結構示意

巨型五邊形鋼柱是本項目的一大特點，其外形尺寸為3.4 m×3.7 m，高度約3.5 m。構件的本體由厚60 mm的鋼板焊接組成，主要材質為Q345B-Z25，單根構件質量約30 t，五邊形柱構件內部由橫向筋板及豎向筋板組成，筋板厚度30 mm。

因五邊形巨柱外形特殊、內部結構復雜，如何保證構件各連接部位的尺寸是五邊形結構加工的主要難點。本文通過對2 種典型加工方案的介紹，以及各自優劣勢的比較，與讀者共同探索五邊形結構構件的加工工藝。

2 地樣法制作[1,2]

2.1 部件加工

根據五邊形柱的結構形式，可將五邊形柱分為：T形部件、人字形部件、腹板部件（圖2）。

圖2 3 種部件示意

2.2 地樣法合攏

將加工完成的部件根據地樣線進行整體組裝，整體組裝時通過吊線錘并輔以經緯儀測量的方式控制部件的垂直度，組裝步驟如圖3所示。

2.3 地樣法檢驗

構件整體組合后，移出地樣完成所有焊縫，后矯正、探傷，最后返回地樣進行復測。檢驗以原始地樣線為基礎，在其外側100 mm處作檢驗線，方便測量構件尺寸的偏差；構件上端口的尺寸采用吊線錘的方式進行檢驗。

3 胎架法制作[3]

胎架法將五邊形構件看成2 個箱型構件的組合構件，并將五邊形柱內的橫向隔板組成整體作為箱型的定位隔板。

圖3 組裝步驟

隔板部件及人字形翼板部件制作，部件形式見圖4。

圖4 部件示意

根據五邊形柱的截面尺寸及構件質量設計并制作五邊形柱組裝的胎架。

構件在胎架上進行組裝，組裝完成后吊離胎架進行焊接，具體裝配步驟如圖5所示。

圖5 組裝步驟

構件加工完成后通過測量其高度、寬度、對角線尺寸判斷構件是否符合最終的檢驗要求。

4 加工方案的比對

我們通過選擇2 個制作水平相當的班組分別按上述2 種方案進行制作，對其制作過程中的優點、難點、所用的人工、加工周期及最終的質量進行了過程記錄。

4.1 地樣法加工

4.1.1 地樣法加工的優勢

（a）采用部件先行加工的方法，可以縮短五邊形柱的制作周期；

（b）構件的制作及檢驗都在統一的地樣進行，不但能夠直觀地判斷五邊形柱的端口尺寸是否符合檢驗要求，且能有效保證控制所有柱的端口尺寸偏差，從而確保柱在現場安裝時的對接錯邊量；

（c）采用先部件、后整體組裝的方式，在部件制作時零件所受的約束較少，部件焊接后易于矯正；制作完成的部件有足夠的強度，在本體焊接時，構件翼、腹板的變形小，減少了構件焊后矯正的工作量；

（d）構件制作不需要搭設胎架，節約了成本。

4.1.2 地樣法加工的劣勢

（a）對部件的制作精度要求較高，提高了過程控制的難度；

（b）構件整體組裝時，部件的水平度及垂直度較難控制，且會直接影響構件上端口的組裝尺寸。

4.2 胎架法加工

4.2.1 胎架法加工的優勢

（a）構件組裝時穩定性較好；

（b）構件采用散裝，裝配時的尺寸調整較容易。

4.2.2 胎架法加工的劣勢

（a）對構件組裝的胎架精度要求較高，且搭設胎架需要較高的材料及人工成本；

（b）構件端口尺寸只能通過測量控制，人為的測量誤差會較大；

（c）構件采用整體組裝后焊接，構件焊接量大、焊接應力大，會產生較大的焊接變形及后續較大的矯正工作量，不利于構件尺寸的控制。

4.3 人工成本及加工工期對比

通過制作人工及制作周期的對比：地樣法人工合計為55 工，胎架法人工合計為70 工；構件周期前者為15 d，后者為21 d。由此，可以看出地樣法優于胎架法。

4.4 構件最終檢驗尺寸對比

檢驗尺寸對比如表2所示。

從檢驗尺寸可以看出地樣法制作的構件其最終尺寸偏差較統一，且偏差大部分小于胎架法制作的構件。

表2 構件尺寸對比

5 結語

通過上述比較，不難發現地樣法制作方案明顯優于胎架法制作，地樣法制作的一些難點也可以通過采用一些現代化的測量儀器來解決。

在此類構件批量制作時，更可以通過對部件制作的統籌安排，進一步縮短構件的制作周期。該方法在實際施工中可展示出良好的表現，有益于工程的順利推進，可為類似工程提供參考。