多角度折彎型圓管柱制作技術(shù)

張迪 盧小軍 程道昱 魏廷猛

中建鋼構(gòu)有限公司北方大區(qū)天津制作廠 天津 300000

1 工程概況

1.1 總體概況

麗澤SOHO總承包工程坐落于北京市豐臺(tái)區(qū)麗澤金融商務(wù)區(qū)E04地塊，地下4層，地上45層，建筑高度199.99m，主要由外框斜圓管鋼柱、外框H型鋼梁、核心筒鋼骨柱與鋼骨梁、加強(qiáng)層桁架、鋼連橋、采光頂鋼桁架及屋頂直升機(jī)平臺(tái)等組成。如效果圖所示。

1.2 外框圓管鋼柱概況

外框鋼結(jié)構(gòu)分布于塔樓B2-F46層，外框鋼柱均為斜圓管型柱，最大截面φ1219×24mm，每層鋼柱約36根，材質(zhì)為Q345C，由兩個(gè)反對(duì)稱流線型塔樓分兩側(cè)如DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)盤(pán)旋而上，并在之間用三道跨度為9m-38m弧形鋼連橋連接，共同形成“筒體-單側(cè)弧形框架的兩個(gè)單塔與橢圓形腰桁架”的結(jié)構(gòu)體系。外框圓管柱結(jié)構(gòu)復(fù)雜，折彎角度多樣，給制作提出了更高的要求和難度。

2 難點(diǎn)分析及制作工藝

本工程外框圓管柱大部分為斜圓管鋼柱，存在多處折彎，并且折彎角度并未在同一平面，保證圓管柱焊接成型后的對(duì)接精度和牛腿定位是重點(diǎn)和難點(diǎn)。本文以典型的三處折彎多角度圓管柱為例，采用分段下料分段對(duì)接方法介紹其制作工藝和優(yōu)化措施。

2.1 制作工藝

（1）下料。①利用Tekla及CAD建立圓管柱分段實(shí)體模型。②利用AutoPOLforWindows軟件對(duì)分段實(shí)體進(jìn)行1：1展開(kāi)。③使用數(shù)控火焰切割機(jī)進(jìn)行下料，預(yù)設(shè)焊接收縮量和加工余量。④坡口采用半自動(dòng)切割機(jī)進(jìn)行切割，焊接前需將坡口面打磨干凈，露出金屬光澤。圓管卷制。鋼板卷制前采用卷板機(jī)進(jìn)行兩側(cè)預(yù)壓，范圍為300mm，壓痕不大于0.5mm。筒體采用漸進(jìn)式卷制成型，保證板邊對(duì)接錯(cuò)邊小于等于2mm，端頭長(zhǎng)度錯(cuò)邊小于等于2mm。

（2）縱縫焊接。筒體卷制經(jīng)質(zhì)量檢測(cè)合格后，采用U型坡口不清根工藝焊接縱縫；先焊筒體內(nèi)側(cè)，再焊接筒體外側(cè)；縱縫焊接完成經(jīng)UT探傷合格后用卷板機(jī)進(jìn)行回圓，橢圓度允許偏差±3mm，嚴(yán)格控制單節(jié)圓管精度。

（3）分段對(duì)接及裝焊隔板。

①首先以分段1和分段2圓管中心線為參考面進(jìn)行拼接。制作胎架時(shí)必須在地面劃出圓管中心線及圓管定位企口線等，檢驗(yàn)合格后方可使用。從柱頂向下逐段裝配，縱縫拼接位置要錯(cuò)開(kāi)200mm以上，環(huán)縫焊接要求同縱縫一致，先焊接管體內(nèi)側(cè)焊縫，再焊接外側(cè)焊縫。

②以兩兩同一平面為基準(zhǔn)對(duì)接形式，首先劃出柱頂端銑余量線，在圓管內(nèi)側(cè)上彈出四分母線（0°、90°、180°、270°），劃出內(nèi)隔板及封頭板裝配線，內(nèi)隔板由內(nèi)到外采用襯墊焊退裝法。柱頂隔板裝焊完成后進(jìn)行柱頂端銑，端銑量為2-4mm。根據(jù)剖視圖準(zhǔn)確定位柱頂連接耳板，偏差不大于2.0mm。

③依次類推，分別進(jìn)行剩余分段裝配。以第二段和第三段圓管中心線所在平面為參考面進(jìn)行拼裝，通過(guò)旋轉(zhuǎn)角度和弧長(zhǎng)確定第二、三分段的定位基準(zhǔn)線，確定對(duì)接口的最高點(diǎn)和最低點(diǎn)，固定焊接，如圖所示。以相同的方法拼接最后第三、四段圓管。

（4）裝配牛腿及幕墻支座。以第一段和第二段為例，介紹牛腿及幕墻支座的裝配工藝。裝配前確保零部件外形尺寸及坡口切割質(zhì)量合格，牛腿及幕墻支座安裝必須保證上環(huán)板標(biāo)高和腹板垂直度。

以柱頂為基準(zhǔn)，具體拼裝順序如下：①參照第一、二段基準(zhǔn)線，在主體上劃出牛腿及幕墻支座安裝定位線；②拼裝上下環(huán)板，即牛腿的上下翼緣，預(yù)留2-3mm焊接余量，確保上環(huán)板標(biāo)高準(zhǔn)確；③安裝中間腹板，焊接完成后驗(yàn)證整體組裝定位尺寸；④安裝中環(huán)板及其余零部件，幕墻支座單獨(dú)焊接后整體安裝到圓管柱，檢驗(yàn)整體組裝定位尺寸，驗(yàn)收合格后，將焊渣、飛濺等缺陷去除干凈。按照此方法將剩余分段牛腿依次安裝完成。

（5）整體檢測(cè)。為保證現(xiàn)場(chǎng)安裝精度，嚴(yán)格控制吊耳和連接耳板的組裝定位尺寸誤差；焊縫外觀質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及尺寸允許偏差應(yīng)符合質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范的要求，不得有裂紋、氣孔、未焊滿、咬邊等焊接缺陷。

（6）涂裝運(yùn)輸。將焊接成型檢驗(yàn)合格的構(gòu)件進(jìn)行噴砂除銹處理并根據(jù)設(shè)計(jì)要求噴涂防腐油漆，為了方便現(xiàn)場(chǎng)安裝，在規(guī)定位置打樣沖眼和構(gòu)件標(biāo)識(shí)。

2.2 制作重難點(diǎn)及工藝優(yōu)化

（1）多角度扭轉(zhuǎn)折彎是制作的難點(diǎn)，本文通過(guò)運(yùn)用TEKLA軟件生成三維線模及圓管中心線，導(dǎo)入AutoCAD生成三維實(shí)體模型，采用分段制作兩兩整合形式，結(jié)合SEC剖切命令切出多個(gè)參考基準(zhǔn)面，通過(guò)測(cè)量的偏移角度和弧長(zhǎng)進(jìn)行扭轉(zhuǎn)拼接，制作工藝時(shí)保證縱縫錯(cuò)開(kāi)焊接，加設(shè)適當(dāng)余量和焊接收縮量，焊接完成后進(jìn)行矯正會(huì)圓，確保整體尺寸長(zhǎng)度。

（2）牛腿安裝及上下吊耳耳板的定位是控制制作精度的主要重點(diǎn)。利用三維實(shí)體對(duì)牛腿上下翼緣及環(huán)板進(jìn)行剖切，測(cè)量出偏移基準(zhǔn)線的角度和弧長(zhǎng)，在已制作完成的圓管柱上做出參考線，預(yù)留適當(dāng)收縮余量，保證牛腿標(biāo)高和腹板的垂直度[1]。

（3）深化設(shè)計(jì)根據(jù)構(gòu)件運(yùn)輸及現(xiàn)場(chǎng)吊裝情況進(jìn)行合理分段分節(jié)；對(duì)圓管柱節(jié)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化，在保證結(jié)構(gòu)受力允許及外觀構(gòu)造完整的前提下，避免牛腿與折彎點(diǎn)沖突和焊縫重疊。

3 結(jié)語(yǔ)

麗澤SOHO外框斜圓管柱結(jié)構(gòu)復(fù)雜并呈現(xiàn)非同平面多角度折彎，本文通過(guò)結(jié)合多個(gè)處理軟件優(yōu)化制作工藝，采用圓管分段下料焊接，兩兩拼接整合的方式，經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明，斜圓管柱焊接成型后的對(duì)接精度和牛腿定位都收到了很好的效果，對(duì)同樣類似結(jié)構(gòu)的斜圓管柱制作提供了很好的參考價(jià)值。