巨斜撐圓管柱復(fù)雜節(jié)點(diǎn)鋼結(jié)構(gòu)加工制作技術(shù)

張夢杰 楊柯 劉興 李燦明

（1.中國建筑第二工程局有限公司華南分公司，廣東 深圳 518045；2.中建二局陽光智造有限公司，廣東 河源 517373）

1 工程概況

本工程位于廣州市海珠區(qū)琶洲西區(qū)雙塔樓AH040163地塊，高度375.5m，總建筑面積199296m。鋼結(jié)構(gòu)形式為巨型框架（鋼管混凝土柱）-鋼支撐+偏心支撐結(jié)構(gòu)體系，總用鋼量4.6萬噸，具有鋼結(jié)構(gòu)總量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點(diǎn)。工程最高材質(zhì)為Q460GJD，使用鋼板最厚達(dá)100mm。其中巨柱框架鋼材材質(zhì)為Q390GJC，使用板厚達(dá)70mm。箱型鋼柱最大截面為4000*2000*60*60，圓管最大截面為Φ1900*80，H型鋼最大截面為H1100*500*40*60。

2 巨斜撐圓管柱節(jié)點(diǎn)特征

2.1 結(jié)構(gòu)形式

巨斜撐圓管柱構(gòu)件共4件，鋼材材質(zhì)為Q390GJC。每根以斜頭圓管柱（φ1900*80）為主體，圓管柱外圍焊接多個H型鋼牛腿以及單個斜口圓管牛腿（φ900*35）。單根構(gòu)件重達(dá)81t，長度達(dá)15165mm。

2.2 鋼結(jié)構(gòu)加工制作重難點(diǎn)

巨斜撐圓管柱鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)加工技術(shù)難點(diǎn)有以下幾點(diǎn)：1）此節(jié)點(diǎn)厚板較多（筒體壁厚80mm，牛腿翼緣板厚50mm），其切割精度是此節(jié)點(diǎn)制作的控制重點(diǎn)；2）厚板（80mm）材質(zhì)較高（Q390GJC）卷制過程對卷板機(jī)性能要求較高，需要做工藝試驗(yàn)，調(diào)整卷板機(jī)運(yùn)行參數(shù)；3）厚板焊接熱量高、變形大，裝配過程尺寸控制難度大；4）隨著裝配焊接的逐步完成，構(gòu)件重心逐漸偏離圓管中心，導(dǎo)致構(gòu)件翻身難度變大，需要根據(jù)車間起重能力制定構(gòu)件翻身專項(xiàng)方案。

3 工廠加工制作工藝及重難點(diǎn)解決措施

3.1 圓管柱分段

巨斜撐圓管柱加工制作前分段：根據(jù)構(gòu)件特征將構(gòu)件整體劃分為4個單元。主體圓管柱為第一單元及第二單元，斜口圓管牛腿為第三單元，所有H型牛腿劃分為第四單元。圓管柱筒體分段應(yīng)根據(jù)廠內(nèi)卷板機(jī)（WS11K-100×3000數(shù)控液壓水平下調(diào)式三輥卷板機(jī)）的性能參數(shù)合理分段（筒體長度劃分由1030mm到1600mm不等，如圖1所示）。

3.2 下料切割

此節(jié)點(diǎn)鋼材主體結(jié)構(gòu)均為Q390GJC材質(zhì)，厚度大于40mm的零件材質(zhì)具有Z向性能。厚板切割時(shí)需選用合適的割嘴才能保證零件切割后的尺寸符合組裝定位的尺寸，經(jīng)試驗(yàn)，80mm厚板宜采用5#割嘴切割，切割速度控制在200-260mm/min，切割氧氣壓力0.7-0.8MP時(shí)，零件切割面良好，未出現(xiàn)鋸齒狀的質(zhì)量缺陷。其次，厚板切割應(yīng)從鋼板邊緣或割縫中引弧，避免穿孔割傷母材。通過設(shè)置合理的切割參數(shù)，可有效保證零件的尺寸，較少零件尺寸偏差對裝配焊接的影響。卷制筒體的板材切割下料時(shí)需采用雙定尺切邊處理，筒體長度為鋼板寬度方向，首次下料需加設(shè)卷管壓頭余量（500mm）。

第一單元上端、第二單元下端以及第三單元上端均為斜口圓管柱，需要提前使用CAD展開斜口圓管，下料時(shí)使用異形零件圖切割下料。

3.3 卷管及組焊筒體

此節(jié)點(diǎn)圓管柱規(guī)格為φ1900*80且材質(zhì)為Q390GJC，對廠內(nèi)卷板機(jī)（WS11K-100×3000數(shù)控液壓水平下調(diào)式三輥卷板機(jī)）性能要求較高，根據(jù)WS11K-100×3000型卷板機(jī)性能參數(shù)的額定值可計(jì)算出卷制此節(jié)點(diǎn)圓管柱各段的最大板厚，如表1所示。

從表1中的數(shù)據(jù)可以看到卷制寬度1600mm，直徑1900mm，板材屈服強(qiáng)度為390MPa的圓管，其最大板厚值為80.03mm，可滿足此節(jié)點(diǎn)圓管柱（φ1900*80）的加工制作，但卷板機(jī)幾乎滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。經(jīng)調(diào)試，針對此節(jié)點(diǎn)，圓管卷制時(shí)需調(diào)高設(shè)備運(yùn)行壓強(qiáng)上限值以加快筒體回圓速度，提高生產(chǎn)效率。

表1 WB12KY-1000×3000卷板機(jī)性能參數(shù)

額定卷板寬度（mm） 3000 欲卷板材寬度（mm） 1030 1500 1541 1600額定卷筒直徑（mm） 3000 欲卷板材直徑（mm） 1900 1900 1900 1900額定板材屈服極限（MPa） 245 欲卷板材屈服極限（MPa） 390 390 390 390額定卷板厚度（mm） 100 本卷板機(jī)可卷制圓筒最大壁厚（mm）94.65 81.87 81.09 80.03

卷管前需在板材兩端加設(shè)500mm的壓頭余量，以便板材預(yù)彎，板材兩端預(yù)彎后需切除兩端500mm的壓頭，并焊接在下一塊待預(yù)彎板材（兩端仍需加設(shè)切割余量）的兩端以重復(fù)利用。卷管時(shí)采用漸進(jìn)式卷制，防止卷制過程中產(chǎn)生裂紋。同時(shí)需使用圓弧模板反復(fù)進(jìn)行檢驗(yàn)，以確保卷管精度。筒體成型后進(jìn)行點(diǎn)焊（須提前清除掉氧化鐵等雜質(zhì)），點(diǎn)焊高度不得超過坡口的2/3深度。點(diǎn)焊長度80～100mm。點(diǎn)焊后，使用埋弧焊焊接筒體內(nèi)側(cè)縱縫，外側(cè)氣刨清根并埋弧填充蓋面。筒體縱縫焊接完成后使用卷板機(jī)回圓。

3.4 裝配焊接尺寸控制

此節(jié)點(diǎn)筒體厚度為80mm，焊接縱縫及環(huán)縫時(shí)需焊前預(yù)熱（預(yù)熱最低溫度見表2，焊接過程中最大層間溫度不宜超過250℃）及焊后保溫，多層多道連續(xù)焊接，以保證穩(wěn)定的熱輸入。

表2 Q390鋼材最低預(yù)熱溫度要求（℃）

鋼材牌號接頭最厚部件的板厚t（mm）t＜25 25≤t≤40 40＜t≤60 60＜t≤80 t＞80 Q390 20℃ 60℃ 80℃ 100℃ 120℃

圓管柱上端斜頭（第一單元與第二單元）筒體對接時(shí)無法使用埋弧焊機(jī)，因此需在圓管柱外側(cè)設(shè)置臨時(shí)鋼性支撐，在使用氣保焊焊接時(shí)，需不斷使用鋼卷尺測量構(gòu)件尺寸，控制焊接變形對構(gòu)件整體尺寸的影響。

內(nèi)隔板裝配焊接：在第一單元與第二單元筒體環(huán)縫焊接完成后開始組焊內(nèi)部隔板。以筒體的直口端面為基準(zhǔn)面進(jìn)行劃線，在筒體內(nèi)側(cè)上彈出0°90°180°270°母線，劃出筒體內(nèi)隔板位置線，并打上樣沖標(biāo)記。由于筒體內(nèi)部不宜氣刨清根，因此內(nèi)隔板與筒體內(nèi)壁的焊接均開制單V坡口，并貼墊板全熔透焊接（由筒體中部向兩側(cè)焊接）。

牛腿裝配焊接：此節(jié)點(diǎn)鋼結(jié)構(gòu)運(yùn)輸超限需要散發(fā)部分牛腿，廠內(nèi)焊接牛腿時(shí)需先在筒體外彈出0°90°180°270°母線，劃出鋼牛腿定位線，并將鋼牛腿定位點(diǎn)焊后使用氣保焊焊接，由于牛腿翼緣板厚度較厚（50mm）點(diǎn)焊固定后，需兩名焊工于翼緣板兩側(cè)同時(shí)施焊，防止焊接熱應(yīng)力變形。焊接時(shí)隨時(shí)檢查牛腿的定位尺寸，保證現(xiàn)場與梁的對接誤差在允許范圍內(nèi)。

3.5 構(gòu)件吊運(yùn)翻身

構(gòu)件翻身吊耳尺寸及焊接位置見表3。

表3 構(gòu)件翻身吊耳尺寸及焊接位置

構(gòu)件號 總重（t） 重心距柱底長度L1（mm） 柱上端吊耳水平位置L3 柱下端吊耳水平位置L2 6GZC1 81.77 8192 500 2400 6GZC2 81.06 8145 500 2350 6GZC3 81.04 8146 500 2350 6GZC4 81.69 8188 500 2400

單根構(gòu)件總重（81t）超出單臺桁車最大起重能力（50t），因此需使用兩臺桁車（2*50t）起吊。根據(jù)構(gòu)件重心位置合理設(shè)置翻身吊耳位置（兩側(cè)翻身吊耳與重心間距需相同，具體位置見表3）。當(dāng)柱上端起吊并離開地面后，起吊柱下端側(cè)面翻身吊耳同時(shí)下放柱上端吊耳，完成翻身，放置構(gòu)件為待裝車狀態(tài)。

4 結(jié)語

本項(xiàng)目巨斜撐圓管柱節(jié)點(diǎn)噸位大、形狀特殊且焊接難度大。此類鋼結(jié)構(gòu)加工制作過程復(fù)雜，需要提前策劃并制定加工方案指導(dǎo)車間生產(chǎn)，通過總結(jié)該節(jié)點(diǎn)生產(chǎn)加工過程中的問題及解決方法可為后續(xù)類似節(jié)點(diǎn)的加工制作提供一定的經(jīng)驗(yàn)。