鋼結(jié)構(gòu)箱形旋轉(zhuǎn)樓梯制作技術(shù)

吳鵬，王磊，徐玲瓏，荀天懿

（中國二十二冶集團(tuán)有限公司，河北 唐山 063000）

1 引言

在大型商業(yè)樓空中棧道旋轉(zhuǎn)樓梯工程建設(shè)中，旋轉(zhuǎn)樓梯空間角度不易控制，制作難度大，無法在制造廠進(jìn)行整體制作及運(yùn)輸，為連接空中棧道及商業(yè)樓的外部通道，將整個(gè)旋轉(zhuǎn)樓梯分段，搭設(shè)專用胎具進(jìn)行加工后，運(yùn)輸至現(xiàn)場進(jìn)行整體安裝焊接，并提出了旋轉(zhuǎn)樓梯相應(yīng)的制作要點(diǎn)。

2 旋轉(zhuǎn)鋼梯制作技術(shù)

2.1 材料規(guī)格及型號

1）鋼梯材料：旋轉(zhuǎn)鋼梯梯梁主材及內(nèi)隔板的材質(zhì)為Q355B，踏步板、欄桿扶手等材質(zhì)為Q235B。

2）焊接材料：CO2氣體保護(hù)焊使用ER50-6 焊絲，直徑φ=1.2mm。

2.2 材料控制

1）鋼材質(zhì)量應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1591—2018《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》的規(guī)定。

2）制造廠提供書面的質(zhì)量保證，并提供試件力學(xué)指標(biāo)檢測報(bào)告，試驗(yàn)結(jié)果不能小于圖紙要求。

2.3 排版下料

1）旋轉(zhuǎn)鋼梯上下翼緣板、翼緣板與腹板的拼接縫至少錯(cuò)開200 mm 以上，同時(shí)與內(nèi)隔板間距不得小于200 mm，接料長度不得小于600 mm，翼緣板與腹板在寬度方向不允許接料，箱形梯梁的主縫與拼接焊縫、內(nèi)隔板與箱形之間均為一級熔透焊焊接，接料處應(yīng)當(dāng)設(shè)置引/ 熄弧板進(jìn)行焊接，保證接口的焊接質(zhì)量。

2）號料前對材料進(jìn)行檢查，檢查結(jié)果符合GB 50205—2020《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》[1]中的相關(guān)規(guī)定后，開始使用學(xué)思軟件進(jìn)行排版，下料時(shí)沿長度方向留出15 mm 收縮余量，然后連接數(shù)控切割機(jī)床與PKPM 系統(tǒng)，下載相應(yīng)程序進(jìn)行切割，切割前對鋼板進(jìn)行拋丸除銹，除銹等級Sa2.5，箱形腹板下料完成后使用滾床曲圓，制作檢查樣板檢查腹板弧度。

2.4 工藝放樣

1）按照工藝分段，使用BIM 技術(shù)建立旋轉(zhuǎn)鋼梯的三維實(shí)體模型，分別做出每段鋼梯箱形梯梁的水平投影以及箱形梯梁的最內(nèi)側(cè)及最外側(cè)的水平投影圓，以內(nèi)側(cè)投影圓遠(yuǎn)離鋼梯一側(cè)的切線為基準(zhǔn)線，因每段鋼梯長度不同，按實(shí)際情況進(jìn)行4～9 等分，將等分點(diǎn)與圓心進(jìn)行連線，測算出每個(gè)等分點(diǎn)以及鋼梯兩端水平方向和豎直方向相對于參考直線（圓心）的投影數(shù)值，做出每段的工藝放樣圖，并將測算出的數(shù)值在工藝放樣圖中標(biāo)明，BIM 放樣圖及學(xué)思軟件排版圖如圖1和圖2 所示。

圖1 XZLT-1 BIM放樣圖

圖2 學(xué)思軟件排版圖

2.5 鋼結(jié)構(gòu)箱形旋轉(zhuǎn)樓梯組焊胎具搭設(shè)

1）組焊胎具按照工藝放樣圖1∶1 的比例，使用L100 mm×10 mm 角鐵以及100 mm×6 mm 的扁鋼進(jìn)行胎具支架搭設(shè)，將每件胎具支架搭設(shè)完成后，使用t=35 mm 的鋼板作為胎具平面，用水準(zhǔn)儀進(jìn)行抄平，在平面上用石筆按照放樣圖畫出每個(gè)支架對應(yīng)的地樣，畫出最內(nèi)側(cè)和最外側(cè)的兩個(gè)輔助圓及等分線，進(jìn)行支架與平面的焊接，焊接采用雙面貼腳焊焊接，焊腳高度8 mm。

2）搭設(shè)完畢后，技術(shù)人員使用水準(zhǔn)儀和鋼直尺、卷尺按照放樣圖上的三維坐標(biāo)值復(fù)測胎具控制點(diǎn)的位置及標(biāo)高，復(fù)測尺寸偏差大于2 mm，需調(diào)整胎具，保證每點(diǎn)坐標(biāo)位置偏差在2 mm 以內(nèi)，復(fù)驗(yàn)合格后并填寫驗(yàn)收記錄表。

2.6 鋼結(jié)構(gòu)箱形旋轉(zhuǎn)樓梯的組裝與焊接

1）胎具搭設(shè)完成后，每段旋梯的組裝與焊接過程均在其上面完成，梯梁腹板的扭曲角度通過線形火焰加熱配合千斤頂進(jìn)行調(diào)整，火焰加熱溫度為630℃，加熱時(shí)需不斷移動(dòng)焊炬，防止因局部溫度過高而產(chǎn)生變形[2]。待加熱部位自然冷卻后，對照工藝放樣圖進(jìn)行測量，組焊完畢并且修理合格以后，將整段鋼梯吊裝至下道工序。

2）梯梁的組裝與焊接：將梯梁的腹板與蓋板在胎具上按照梯梁下翼緣板→腹板→上翼緣板的順序進(jìn)行裝配。

3）整個(gè)旋轉(zhuǎn)鋼梯按工藝排版分成6 段運(yùn)輸出廠，所以必須保證底部鋼梯的上拼接口尺寸要和上部鋼梯的下拼接口尺寸一致才能保證現(xiàn)場能夠順利完成旋轉(zhuǎn)鋼梯的整體對接，因此在鋼梯裝配時(shí)，需要對每段梯梁的接口進(jìn)行放樣，同時(shí)繪制出三維放樣圖（見圖3）。每段鋼梯的端口尺寸（包括對角線尺寸、上翼緣板內(nèi)側(cè)端點(diǎn)距離等）均需要技術(shù)人員進(jìn)行復(fù)檢，并將復(fù)檢尺寸進(jìn)行記錄，同時(shí)標(biāo)注在構(gòu)件的明顯位置處（見圖4）。然后將各組的檢查數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，檢查相鄰兩端鋼梯的對接口尺寸是否一致，一致時(shí)，即可對每段鋼梯進(jìn)行焊接作業(yè)，不一致時(shí)，對和放樣圖尺寸偏差大的鋼梯端口進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整至與其相鄰端口鋼梯尺寸相同后，技術(shù)人員再次進(jìn)行尺寸復(fù)測，復(fù)測尺寸無誤后，即可進(jìn)行梯梁箱形主縫和隔板及拼接縫的焊接，焊接完成后，再次測量各相鄰鋼梯端部尺寸，保證其抵達(dá)現(xiàn)場后能順利對接，否則采用線形火焰加熱法對端口進(jìn)行修理[3]。

圖3 端面放樣

圖4 端面尺寸檢查

4）焊接變形的控制。引起鋼結(jié)構(gòu)箱形旋梯焊接變形的因素是較大的線能量和不合理的焊接順序。因此，在焊接前應(yīng)進(jìn)行焊接工藝評定，按照工藝評定的結(jié)果，編制焊接工藝指導(dǎo)書，按照指導(dǎo)書中的工藝參數(shù)表調(diào)整電壓電流和焊接順序，焊接工藝參數(shù)如表1 所示，可以有效避免因較大線能量而造成的焊接變形。

表1 CO2 氣體保護(hù)焊焊接參數(shù)表

5）梯梁主縫焊接完成后，裝配兩梯梁間的隔板并焊接，在梯梁上翼緣板處打好踏步板定位線后，裝配踏板和底部封板，裝配前，須按照零件圖對踏板、下部封板尺寸進(jìn)行復(fù)檢，合格后，方可進(jìn)行裝配，復(fù)檢不合格的踏板、下封板經(jīng)修理合格后方可使用。

6）踏板裝配及焊接完成后，打磨修理構(gòu)件并進(jìn)行探傷，合格后，對鋼梯進(jìn)行預(yù)拼裝。因?yàn)樾菡w高度過高，整體預(yù)拼裝難度大、周期長、成本高，所以將旋梯每兩段進(jìn)行一次預(yù)拼裝，為了減小累計(jì)誤差，在距離胎具平面參考圓旁邊設(shè)置一條共用基準(zhǔn)線，拼裝順序見表2。預(yù)拼裝時(shí)做好尺寸記錄，預(yù)拼裝施工圖如圖5 所示。

表2 大興旋梯預(yù)拼裝記錄表

圖5 大興旋梯預(yù)拼裝施工圖

3 涂裝

鋼結(jié)構(gòu)表面至外側(cè)的涂裝按表3 要求[4]進(jìn)行。

表3 涂裝設(shè)計(jì)表

4 結(jié)語

在鋼結(jié)構(gòu)箱形旋梯的加工制作過程中，使用學(xué)思自動(dòng)排版套料軟件下料，保證了零件的尺寸。采用BIM 建模技術(shù)，準(zhǔn)確地搭建了旋轉(zhuǎn)鋼梯的三維模型，通過對模型的分析以及空間角度的放樣測量，在三維坐標(biāo)系上對旋梯控制點(diǎn)進(jìn)行定位，設(shè)計(jì)了鋼結(jié)構(gòu)箱形旋轉(zhuǎn)樓梯專用組焊胎具，使旋轉(zhuǎn)樓梯的空間旋轉(zhuǎn)角度得到了有效的控制，提高了構(gòu)件的生產(chǎn)效率，縮短了生產(chǎn)周期，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。同時(shí)，在鋼結(jié)構(gòu)箱形旋轉(zhuǎn)鋼梯的制作過程中，形成了很多新的思路和方法，可為今后類似的工程，特別是具有空間角度的旋轉(zhuǎn)、扭曲類鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的制作積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。