超高層鋼管柱加工技術(shù)研究

鄧厚雄， 唐 健， 許祖鋒， 劉云輝

(中國五冶集團鋼結(jié)構(gòu)工程分公司, 四川成都 610000 )

超高層鋼管柱加工技術(shù)研究

鄧厚雄， 唐 健， 許祖鋒， 劉云輝

(中國五冶集團鋼結(jié)構(gòu)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(shù)以及關(guān)鍵質(zhì)量控制。以此提高了管式鋼柱的加工質(zhì)量，保證了工地安裝質(zhì)量和安裝效率，為類似鋼構(gòu)件的加工提供參考。

管式鋼柱; 加工技術(shù); 質(zhì)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(shè)置有屋頂層、設(shè)備層和設(shè)備層屋面，地下-3F、-2F為地下停車庫，-1F為設(shè)備用房，1F～3F為商業(yè)樓，4F為架空層，5F～14F、16F～26F、28F～38F為辦公樓，15F、27F為設(shè)備管道層及避難空間。

結(jié)構(gòu)形式為鋼管混凝土框架+混凝土核心筒結(jié)構(gòu)組成。鋼結(jié)構(gòu)主要分為圓管柱、箱型鋼柱、H型柱、H型鋼梁等構(gòu)件，鋼管從φ1200×22～φ800×12之間不同規(guī)格，鋼結(jié)構(gòu)總重約5 441 t。鋼管柱廠內(nèi)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(shè)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(guān)鍵質(zhì)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(zhì)量控制

3.1 工序流程

為嚴(yán)格控制工序流程和工序質(zhì)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(huán)板)這樣的異形零件，采取數(shù)控切割方式進行，以利于切割尺寸質(zhì)量符合要求。技術(shù)人員編程時，要將切割余量事先進行預(yù)留，確保切割后幾何尺寸符合設(shè)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(zhǔn)邊，把下料尺寸誤差及鉆孔誤差留設(shè)在可修正的焊接邊處(圖4)。

圖4 腹板鉆孔基準(zhǔn)邊示意

3.3 卷管

本工程鋼管由鋼板卷制而成。每節(jié)卷管縱向?qū)雍缚p為2/3不等邊X型坡口，坡口尺寸內(nèi)大外小?？v向焊縫為先焊管內(nèi)，管外清根，最后埋弧焊蓋面；卷管兩端環(huán)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(jié)卷管尺寸允許偏差如表1所示。

卷管縱縫焊接完成后，應(yīng)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(huán)縫采取內(nèi)加鋼襯墊的V型坡口焊縫焊接，坡口角度為40°～50°，留設(shè)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(jié)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(huán)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(yán)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(jié)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(huán)縫焊接完成后，應(yīng)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(guān)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(guān)系。

3.5.1 牛腿蓋板加工

本工程單節(jié)管柱單層牛腿從3個到6個不等，根據(jù)牛腿數(shù)量對其蓋板劃分成相應(yīng)份數(shù)，然后組拼成型。牛腿蓋板(環(huán)板)采取數(shù)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(nèi)圓直徑加大8 mm。蓋板組拼前必須在穩(wěn)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(jīng)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(jù)工程特點，單層牛腿由2～3個蓋板(環(huán)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(nèi)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(shè)置十字架，在十字架上定出管中心點A，嚴(yán)格以管中心點A為基準(zhǔn)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(shè)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(jié)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(jīng)專業(yè)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(zhì)量符合要求。

[1] GB 50205-2001 鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范[S].

[2] GB 50755-2012 鋼結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)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