超高層鋼管柱加工技術研究

鄧厚雄， 唐 健， 許祖鋒， 劉云輝

(中國五冶集團鋼結構工程分公司, 四川成都 610000 )

超高層鋼管柱加工技術研究

鄧厚雄， 唐 健， 許祖鋒， 劉云輝

(中國五冶集團鋼結構工程分公司, 四川成都 610000 )

文章從工程實例的鋼板下料、卷管、接管、牛腿加工、牛腿總拼幾道工序闡述了超高層建筑中管式鋼柱的加工技術以及關鍵質量控制。以此提高了管式鋼柱的加工質量，保證了工地安裝質量和安裝效率，為類似鋼構件的加工提供參考。

管式鋼柱; 加工技術; 質量控制

1 工程概況

中海城南1號B地塊D座辦公樓地下3層，地上38層。38層之上設置有屋頂層、設備層和設備層屋面，地下-3F、-2F為地下停車庫，-1F為設備用房，1F～3F為商業樓，4F為架空層，5F～14F、16F～26F、28F～38F為辦公樓，15F、27F為設備管道層及避難空間。

結構形式為鋼管混凝土框架+混凝土核心筒結構組成。鋼結構主要分為圓管柱、箱型鋼柱、H型柱、H型鋼梁等構件，鋼管從φ1200×22～φ800×12之間不同規格，鋼結構總重約5 441 t。鋼管柱廠內分段制造，每段鋼柱包含三層牛腿，牛腿端部斷面如圖1所示為H型形式，典型牛腿設計尺寸如圖2所示。

圖1 中海城南超高層管柱實體

圖2 管柱典型牛腿尺寸

2 關鍵質量控制點

(1)牛腿異形蓋板的切割尺寸控制；

(2)卷管的圓度及接管的直線度控制；

(3)牛腿多層蓋板的同心度控制；

(4)牛腿腹板孔中心距管柱中心線尺寸控制；

(5)焊接收縮變形的控制。

3 管柱加工及質量控制

3.1 工序流程

為嚴格控制工序流程和工序質量，針對本工程管式鋼柱的加工特制定工序流程，流程如圖3所示。

圖3 管式鋼柱加工工序流程

3.2 鋼板下料

3.2.1 異形零件下料

對牛腿蓋板(環板)這樣的異形零件，采取數控切割方式進行，以利于切割尺寸質量符合要求。技術人員編程時，要將切割余量事先進行預留，確保切割后幾何尺寸符合設計要求。

3.2.2 高強螺栓孔鉆制

腹板高強螺栓孔的鉆制，一定要選擇與鋼梁工地連接的邊作為基準邊，把下料尺寸誤差及鉆孔誤差留設在可修正的焊接邊處(圖4)。

圖4 腹板鉆孔基準邊示意

3.3 卷管

本工程鋼管由鋼板卷制而成。每節卷管縱向對接焊縫為2/3不等邊X型坡口，坡口尺寸內大外小。縱向焊縫為先焊管內，管外清根，最后埋弧焊蓋面；卷管兩端環向焊縫坡口為20°單邊坡口，不留鈍邊。卷管坡口尺寸見圖5所示。

單節卷管尺寸允許偏差如表1所示。

卷管縱縫焊接完成后，應按照Ⅰ級焊縫要求進行無損檢測合格，并將焊縫余高打磨至與母材平齊。

3.4 接管

鋼管接長對接環縫采取內加鋼襯墊的V型坡口焊縫焊接，坡口角度為40°～50°，留設5～8 mm對接間隙(圖6)。

圖5 卷管坡口尺寸

序號檢查項目尺寸允許偏差/mm1直徑d±d/500,且不大于5.02長度L±3.03管口不圓度±d/500,且不大于5.04管口對接錯邊t/10,且不大于3.0(t為板厚)5管端不平度偏差±2.06管節直線度2.07彎曲矢高fL/1500,且不大于3.08管面對管中線的垂直度d/500,且不大于3.0

圖6 鋼管接長環縫坡口尺寸

鋼管接長必須在專用平臺上進行，平臺及工裝面必須平整。接管時，必須嚴格控制接管的直線度和同心度：在接管的兩端橫斷面上3個成90°方向位置繃線，通過測量控制每節卷管外皮距繃線間距尺寸一致來保證接管的直線度和同心度(圖7)。

圖7 鋼管接長實物

接管環縫焊接完成后，應按照Ⅰ級焊縫要求進行無損檢測合格，并將焊縫余高打磨至與母材平齊。接管尺寸允許偏差見表2。

表2 接管尺寸允許偏差

3.5 牛腿加工

管柱牛腿加工最關鍵的控制點就是單個牛腿的精確定位及相互間位置(角度)的正確，尤其是采用高強螺栓連接的腹板與腹板之間的角度關系。

3.5.1 牛腿蓋板加工

本工程單節管柱單層牛腿從3個到6個不等，根據牛腿數量對其蓋板劃分成相應份數，然后組拼成型。牛腿蓋板(環板)采取數控精切成型。

由于卷管圓度存在尺寸偏差，為保證牛腿蓋板能順利套進卷管，考慮焊接收縮影響，牛腿蓋板在組拼時，將其內圓直徑加大8 mm。蓋板組拼前必須在穩固平整的工裝面上按1∶1繪制各牛腿定位中心線，然后在依大樣圖進行蓋板組拼(圖8、圖9)。

圖8 牛腿蓋板中心線定位地胎

圖9 牛腿蓋板組拼

蓋板組拼對接焊縫為Ⅰ級全熔透焊縫，經焊縫無損檢測合格后，必須對其平面度進行矯正合格才能進行牛腿組裝。

3.5.2 牛腿加工

根據工程特點，單層牛腿由2～3個蓋板(環板)及腹板組成，牛腿組裝和焊接分別見圖10、圖11。牛腿組拼主要控制項點及尺寸允許偏差見表3。

圖10 牛腿組拼

圖11 牛腿焊接

3.6 管柱總拼加工

由于卷管存在圓度偏差，廠內總拼管柱牛腿時，不允許以腹板孔中心與管外皮間距尺寸作為牛腿定位尺寸(圖12、圖13)，必須以牛腿腹板孔中心到管中心尺寸L2作為定位尺寸。要求在管柱兩端分別用角鋼設置十字架，在十字架上定出管中心點A，嚴格以管中心點A為基準點向外量取尺寸。為了控制好尺寸L2，在兩端的角鋼十字架設測線，通過控制牛腿孔與測線間距尺寸L1相等(L2=L-L1)來控制牛腿孔到管中心距離L2相等。通過該測線，同時可以檢查牛腿定位偏差尺寸大小。

表3 牛腿組裝尺寸允許偏差

圖12 牛腿組裝定位控制檢測

圖13 管柱總拼定位控制

管柱牛腿主要控制項點及尺寸允許偏差如表4所示。

4 結束語

在中海城南超高層建筑管式鋼柱制作過程中，通過采用文章所述的工序流程、下料方法、螺栓孔鉆制、卷管工藝、牛腿組裝方法以及牛腿總裝控制方式，經專業自檢及第三方檢

表4 管柱牛腿尺寸允許偏差

查，管柱幾何尺寸及螺栓孔定位的控制質量符合要求。

[1] GB 50205-2001 鋼結構工程施工質量驗收規范[S].

[2] GB 50755-2012 鋼結構工程施工規范[S].

鄧厚雄(1983～)，男，工程師，國家注冊二級建造師。

TU758.16

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[定稿日期]2015-07-09