南京金鷹天地廣場空中連廊實腹桁架的加工

方小才

中冶（上海）鋼結構科技有限公司 上海 201908

近年來，隨著我國鋼結構施工技術的發展、施工設備的不斷更新換代，結構設計逐漸涌現出地標性的大體量、形體藝術優美等實用兼顧美觀的現代建筑。大跨度、超高層、空中連廊等一系列復雜結構不斷刷新紀錄。大跨度空中結構的施工也從早期的搭胎架/支架施工發展到地面拼裝后整體提升的一次就位的高效方式[1]，節點材料材質從Q235提升到Q420，中核科創園連廊甚至采用了Q460材質。節點結構件從早期的鑄鋼件到高強鋼的焊接件再發展到鍛鋼件，在保證了結構的安全性和空間使用率的同時，也對結構制造的難度和精度控制提出更高的要求。

1 工程概況

南京金鷹天地廣場空中連廊設計為6層結構，位于3幢塔樓之間第43層以上，如圖1所示，其第1—2層為實腹鋼桁架轉換層鋼結構，正投影面積4 400 m2，最大跨度（最長邊）為72 m，轉換層桁架及第3—6層的邊桁架與3幢塔樓外框柱連接，塔樓內部第43—44層設置伸臂桁架進行傳力。轉換層桁架施工采用整體液壓垂直提升技術，提升支點設置在3幢塔樓外框柱上，共12個提升點分散設置在桁架端部，采用桁架正投影下方裙房毛屋面通過加固、搭設支墩進行找平作為拼裝平臺。整體提升內容包括桁架、鋼樓梯、平臺梁、鋼筋承板等已完成施工驗收的鋼結構專業完整施工段，提升總質量2 600 t。

圖1 金鷹天地廣場空中連廊示意

2 工程難點

空中連廊轉換層桁架材質為Q390GJC，板厚20～100 mm，正火鋼，40 mm及以上厚板為z向鋼，占比75%，桁架為焊接箱形結構件，跨度大，桁架節點為多維多向的復雜空間結構件，圖2為空中連廊轉換層桁架模型。

圖2 空中連廊轉換層桁架示意

為了促進施工現場在短期內完成拼裝并順利提升就位，工廠需采用合理分段及精度控制等加工技術作為提升前項保證的策略。

3 桁架加工分段思路及起拱設置

3.1主桁架的分段

根據原設計，與2座塔樓T1和T2框架柱相連的軸線桁架為主桁架，共6榀，主桁架之間為次桁架及平臺梁。桁架均為焊接實腹箱形結構件，上下弦之間設計有斜或豎向箱形腹桿，主次桁架交會處節點非常復雜，外輪廓尺寸較大。因此，桁架分段加工需綜合考慮運輸的便利、加工及現場拼裝的效率、結構安全可靠，確定將復雜節點單獨加工，上下弦桿及腹桿分拆加工，較小的節點與弦桿整體加工的思路，同時主桁架端部預留“嵌補段”。結構安全主要是通過優化焊接端口設計和設置合理的桁架起拱值加以保證。

3.2嵌補段預設

預留嵌補段的主要目的是避免塔樓框架柱伸出的牛腿對桁架提升過程造成干擾，次要目的是便于調節3幢塔樓外框柱安裝定位偏差和柱上提升架受力后變形偏差以及克服氣溫影響桁架兩端實際凈距而帶來的桁架就位連接困難，這與鋼拱橋施工中部的合龍段設置原理是一致的[2]。

根據施工單位提升過程中的模擬驗算結果，T1塔樓最大側移量為12 mm、T2塔樓最大側移量為5 mm、T3塔樓最大側移量為3 mm，加載提升后，3幢塔樓之間橫向偏移最大值出現在T1塔樓和T2塔樓之間，間距減小的最大值為17 mm。

因此有必要預設嵌補段以保證桁架提升就位后的有效連接，嵌補段長度設置需滿足規范要求，另外部分端部與桁架節點的相對位置較近，嵌補段應包括相鄰的節點。

3.3桁架起拱值設置

由于實腹箱形桁架結構剛度較大，設計階段已考慮結構荷載的撓度，此時主要考慮提升階段施工對撓度的影響，根據施工模擬驗算，轉換桁架在提升過程中，最大撓度出現在桁架LHJ-1的跨中，最大撓度為44.6 mm。模擬區域如圖3所示，模擬驗算撓度分布如圖4所示。

圖3 桁架撓度模擬區域

圖4 轉換桁架提升時的撓度分布

考慮到44.6 mm的撓度是在施工階段最不利的雙邊支撐情況下出現的，與設計狀態存在差異，若按模擬最大數值起拱，則后續在樓面混凝土施工時易出現露筋現象，綜合設計起拱和施工荷載預起拱38 mm，起拱在現場拼裝時實現，桁架分段時不需要考慮起拱因素對分段處端口傾角的影響。

4 桁架加工過程控制

4.1主桁架

主桁架加工時主要考慮現場接縫坡口的設置和加工精度要求，以保證現場施焊的便利性、焊縫質量、減少焊接填充量從而減小焊接結構的內應力。焊縫采用單邊外坡口內襯陶瓷墊片，并避開不等厚板對接位置；坡口采用半自動切割并打磨去除硬化層后，或直接采用刨邊機加工坡口，合格的坡口需及時加以保護；異形桁架變截面處一律不得短料拼接，視彎角大小選用冷彎或熱彎。施工前進行相應的焊接工藝試驗，做好焊前預熱和焊后保溫措施，根據試驗結果擬定焊接工藝評定和焊接作業指導書，施焊時嚴格按焊接作業指導書進行。

4.2桁架節點加工

復雜的桁架節點是工程中的質量控制重點，加工前需編制專項方案，詳細明示構造特點、加工工序和質量保證措施，將節點按構造拆分為主結構和外圍牛腿等多部件分別加工，然后進行組焊、矯正。

節點主構件的異形大面零件采用數控整體下料，內部勁板采用退裝退焊工藝，嚴格把控焊縫質量檢測，本項目應盡量避免電渣焊工藝，因為對電渣焊工藝的要求非常高[3]，且異形大斷面厚板焊接難度大，一旦焊縫不合格，處理難度高，易造成結構安全隱患。

節點大組裝過程及矯正、驗收參照的尺寸及角度控制采用TAKLA模型中三維立體的構件視圖，通過立體視圖中各個牛腿端部間的相對標注尺寸，可以非常方便地把控產成品的精度要求，技術人員均經過必要的模型應用培訓。

4.3桁架嵌補段加工

桁架嵌補段是在桁架整體提升就位后供應現場，考慮到成本效益可在主桁架加工時同步進行下料加工，桁架嵌補段與框架柱牛腿對接端需預留長50 mm的余量，根據現場提升后的數據再做最后修正后出廠。

4.4焊接變形控制

由于桁架層結構復雜，各個節點承擔多維多向聯結，最終的尺寸精度控制非常重要，除了各部件加工和總裝階段等前期保證之外，還須考慮總裝焊接階段焊接變形的影響，主要從焊接方法和焊接順序2個方面采取措施，以減少焊接收縮變形和應力變形[4]。

節點主桿件改單側坡口為雙側V形坡口，采用手工氣體保護焊小電流打底和填充，埋弧焊蓋面；4條主焊縫分別對稱交替焊接；大牛腿兩側對稱先裝先焊，均采用小電流手工氣體保護焊多層多道焊接，小牛腿等部件后裝后焊，從而減少收縮焊前定位焊需清理的工作量。

5 結語

1）大跨度桁架的加工技術需緊密結合現場施工方案進行合理的分段，并根據現有的鋼結構加工技術進行必要的結構優化。

2）針對本項轉換桁架層整體提升的要求，必須從嚴把控焊接質量和坡口加工質量，施工前進行相應的焊接工藝評定，確保可行有效，并根據試驗結果擬訂焊接作業指導書以指導生產。

3）采用三維立體結構模型輔助加工，構件外形及零部件相對位置直觀明了，有效提高了復雜構件的識圖效率，易于把控構件尺寸偏差。

4）嵌補段設置有效保證了本項目桁架層整體垂直提升后的就位連接，加快了整體工期進度。