高層鋼結(jié)構(gòu)中管柱的制造工藝

魏建峰

高層鋼結(jié)構(gòu)中管柱的制造工藝

魏建峰

（中國五冶集團(tuán)有限公司 四川成都 610063）

鋼結(jié)構(gòu)因其本身所具有的的自重輕、強(qiáng)度高、施工快等優(yōu)點(diǎn)，與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，更具有在"高、大、輕"三個(gè)方面發(fā)展的獨(dú)特優(yōu)勢，并且鋼結(jié)構(gòu)建筑取材對環(huán)境破壞小，造型美觀，抗震性能好，工業(yè)化程度高，再次鋼結(jié)構(gòu)材料屬于環(huán)保和可再次利用的材料，已越來越受到建筑者的青睞，隨著國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)在大跨度空間結(jié)構(gòu)、高層、超高層、場館等領(lǐng)域中應(yīng)用不斷擴(kuò)大。中海超高層D棟和I棟就是鋼框架加混凝土核芯筒的組合結(jié)構(gòu)，其混凝土核芯筒外圍鋼框架結(jié)構(gòu)主要包括鋼柱和鋼梁兩大部分，其中鋼柱主要是管式鋼柱，這些鋼柱構(gòu)件制造工藝復(fù)雜，精度要求高，是此類建筑中的核心構(gòu)件。

1 管柱的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

管柱主要圓管和牛腿兩部分組成，如圖1所示。

圖1 管柱組成圖示

鋼管柱內(nèi)設(shè)環(huán)板加勁，采用全熔透焊；鋼管外牛腿裝配精度要求高，且牛腿與管柱壁采用全熔透焊接。

2 裝配制作工藝要求

2.1 管柱、小件的下料

（1）管柱主料下料按照排版圖將管柱長度加20mm余料下料，長度方向廠內(nèi)對接的管柱兩端開20～25°坡口，現(xiàn)場對接段管柱上端不開坡口，下端開45°坡口；

（2）小件按照圖紙要求和小件外形允許尺寸偏差下料；內(nèi)環(huán)板和外環(huán)板采用數(shù)控下料，且內(nèi)環(huán)板和外環(huán)板下料一般為四合一，對接坡口開20～25°；

（3）小件鉆孔依照孔群自由端為基準(zhǔn)鉆孔。

2.2 卷管、接長

（1）卷管、接長前應(yīng)認(rèn)真熟悉施工圖。并對上道工序的構(gòu)件進(jìn)行檢查驗(yàn)收。不合格的構(gòu)件退回上道工序作返工處理。

（2）卷管采用水平下調(diào)式三輥卷板機(jī)（W11X-60×3200）卷管，卷管允許偏差按照偏差表執(zhí)行。

（3）鋼管的縱橫焊縫在專用轉(zhuǎn)胎上進(jìn)行焊接，鋼管的縱橫焊縫打底可采用二保焊焊接，蓋面必須采用埋弧焊焊接。

（4）鋼管柱長度方向的拼接，其對接焊縫加墊板V型坡口熔透焊。坡口單邊控制在20～250，鈍邊留 2mm，間隙留5mm，墊板采用 4×40，坡口采用磁力切割機(jī)進(jìn)行切割，如圖2所示。

圖2 管柱接長圖示

（5）鋼管接長后的焊接在專用胎具上用懸臂自動(dòng)焊或半自動(dòng)埋弧焊進(jìn)行焊接。操作人員由經(jīng)考試合格并持有關(guān)部門頒發(fā)的具有相應(yīng)合格項(xiàng)目的焊工，嚴(yán)格按焊接工藝施焊并做好焊接參數(shù)記錄。焊完后應(yīng)檢查焊縫外觀，補(bǔ)磨缺陷清除雜質(zhì)，自檢合格后在鋼管端部距焊縫50mm處打上施焊者的鋼印（見表1）。

（6）鋼管柱接長后應(yīng)在鋼管的上下端用樣沖打上鋼管的十字縱橫軸線，以便于節(jié)點(diǎn)板的螺栓孔、牛腿、筋板等準(zhǔn)確定位。鋼管柱的總長度不能偏負(fù)，長度應(yīng)控制在正偏差0～3mm以內(nèi)。

表1 鋼管卷制、接長允許偏差表

（7）不同厚度的鋼板對接，當(dāng)其厚度超過4mm時(shí)，應(yīng)將較厚板的一面或兩面加工成斜坡，其坡度為1：2.5，見圖3。

圖3 不等厚鋼板對接連接詳圖

2.3 牛腿拼裝

（1）牛腿四合一拼接：在將外環(huán)板零件四合一組拼成環(huán)板時(shí)，要求組拼成的環(huán)板內(nèi)圓直徑不得大于柱管理論外徑10mm，同時(shí)要求環(huán)板零件組拼間隙不得大于10mm；

圖4 牛腿四合一拼接圖示

（2）外環(huán)板組拼，必須在平整的組裝面上進(jìn)行，在組裝平臺(tái)上將內(nèi)圓圓心、內(nèi)圓輪廓線、各牛腿翼緣中線等控制線全部1：1放樣劃線，并打樣沖點(diǎn)標(biāo)記。外環(huán)板組拼前，同樣必須將牛腿翼緣中心線劃線并樣沖點(diǎn)標(biāo)記，環(huán)板組拼時(shí)，將牛腿翼緣中線與地胎大樣中線必須重合，同時(shí)控制組拼內(nèi)圓直徑與地胎樣吻合（如圖5所示）；

（3）牛腿環(huán)板拼接后，對接焊縫焊接加引弧板，焊接完成后校平；

（4）裝牛腿：按照圖紙要求將拼好的環(huán)板上牛腿腹板、勁板的定位線畫出后，將腹板、勁板等裝配好（如圖6所示）。

圖5

圖6

2.4 管柱裝配

（1）裝配的管柱必須在封頭板裝配后，將構(gòu)件進(jìn)行端銑，保證構(gòu)件的長度，裝配依據(jù)端銑面進(jìn)行定位；

（2）管外壁劃線、定位點(diǎn)：在拼裝牛腿前，必須事先在管外壁上將十字中線、牛腿環(huán)板定位線劃出，并將這些線打樣沖點(diǎn)標(biāo)記，同時(shí)區(qū)分標(biāo)注A、B、C、D四條十字中線（定位線），圖7所示。

圖7 管壁定位點(diǎn)示意圖

（3）吊裝耳板的拼裝，其板厚中線應(yīng)當(dāng)與管外壁的十字中線重合，其偏差不得超過2mm，如圖7的2大樣所示；

（4）牛腿裝配

①由于卷管存在圓度偏差，為了確保柱牛腿安裝質(zhì)量，嚴(yán)格控制牛腿腹板孔到管中心尺寸L2偏差符合要求，在拼裝牛腿時(shí)，不允許以牛腿孔距管皮尺寸來定位牛腿。如圖8所示，要求在管柱兩端分別用角鋼設(shè)置十字架，在十字架上定出管中心，嚴(yán)格以管中心點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)向外量取尺寸。

②為了控制好尺寸L2，在兩端的角鋼十字架上崩線（圖8所示），通過控制牛腿孔距崩線尺寸L1相等來控制牛腿孔到管中心距離。通過該崩線，同時(shí)可以檢查牛腿定位偏差尺寸大小。

圖8 裝配牛腿定位示意圖

（5）牛腿腹板拼裝前，必須復(fù)核孔距尺寸，明確哪邊靠近上翼緣，哪邊靠近下翼緣。堅(jiān)決杜絕牛腿腹板裝返情況發(fā)生，圖9所示，牛腿腹板裝反（見圖9）。

3 焊接工藝要求

（1）鋼管柱內(nèi)、外環(huán)板焊接要求（如圖10所示）；

（2）與鋼柱牛腿翼緣對接的連接板，設(shè)計(jì)圖標(biāo)注為CP焊縫（坡口全熔透焊縫），要求進(jìn)行超聲波探傷檢查，圖11所示；勁板必須開坡口，保證焊接合格；

（3）鋼柱牛腿端部與腹板焊接的兩加勁板，設(shè)計(jì)圖標(biāo)注為單邊坡口焊縫，如圖12所示。

圖9 牛腿腹板裝配示意圖

圖10

圖11 牛腿翼緣板焊接示意圖

圖12 牛腿腹板上勁板焊接示意圖

4 結(jié)論

鋼結(jié)構(gòu)由于其“高、大、輕”三個(gè)方面發(fā)展的獨(dú)特優(yōu)勢，在建筑領(lǐng)域中得到了廣泛的使用。以上所介紹的鋼管柱的制造工藝是經(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)證的成熟技術(shù)，可供生產(chǎn)同類鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件時(shí)參考借鑒。

[1]楊秀雷.超高層鋼結(jié)構(gòu)建筑圓管柱的制作技術(shù)探討[J].青島理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，30（2）：135～138.

[2]姜殿忠，何志濤，張發(fā)榮，等.多層多方向斜向托座復(fù)雜圓管柱制作工藝[J].建筑技術(shù)，2015，46（7）：601～604.

[3]杜大林，徐惠如，王鵬，等.超高層建筑鋼結(jié)構(gòu)安裝定位技術(shù)[J].上海建設(shè)科技，2014（5）.

TU391

A

1004-7344（2016）31-0216-02

2016-10-19

魏建峰（1985-），男，工程師，本科，主要從事鋼構(gòu)制作等相關(guān)工作。