武漢綠地超厚板栓接桁架制作技術(shù)

李勇軍 付鵬 張莉 張偉 范濤

[摘要] 本文介紹了武漢綠地超厚板栓接桁架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，連接形式，桁架構(gòu)件加工制作的全過(guò)程；著重闡述了超厚板栓接桁架加工思路及其制作的重點(diǎn)、難點(diǎn)以及解決這些重點(diǎn)、難點(diǎn)所采取的工藝措施及相應(yīng)的技術(shù)方案，總結(jié)此類構(gòu)件加工制作的一些新技術(shù)新工藝。

[關(guān)鍵詞] 超厚板；栓接 ；碟形節(jié)點(diǎn) ；鉆孔垂直精度；連接精度

1 工程概況

武漢綠地中心位于武昌濱江商務(wù)區(qū)核心區(qū)域，與漢口百年外灘隔江相望，地理位置十分優(yōu)越，是武漢新一輪城市發(fā)展的重點(diǎn)區(qū)域。武漢綠地中心由一幢主塔樓、一幢辦公輔樓、一幢公寓樓及裙樓組成，其中主塔樓地下室6層，地上125層，地上建筑面積32.3萬(wàn)平方米，總建筑高度為606米。武漢綠地中心總建筑面積66.6萬(wàn)平方米，為集超五星級(jí)酒店、國(guó)際甲級(jí)辦公、高檔商業(yè)、頂級(jí)公寓等于一體的超高層城市綜合體，建成后將成為武漢超高層地標(biāo)性建筑。

2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

武漢綠地中心主樓采用當(dāng)今最流行的適合商用超高層建筑的巨型結(jié)構(gòu)體系和新穎的三角形結(jié)構(gòu)平面：巨型框架-核心筒-伸臂桁架結(jié)構(gòu)體系（巨型結(jié)構(gòu)體系的一種）。巨型結(jié)構(gòu)不僅提供了超常規(guī)的高效結(jié)構(gòu)性能，也具有良好的建筑適應(yīng)性，可以提供更多的靈活性來(lái)形成多樣化的使用環(huán)境，同時(shí)也可滿足現(xiàn)代人類對(duì)超高層建筑大空間和通透性的要求。

武漢綠地環(huán)帶桁架：共10道，總重：9442噸（第一標(biāo)段設(shè)置了2道）。構(gòu)件規(guī)格：焊接H型鋼，最大：H1000X500X60X60，共11種；碟形節(jié)點(diǎn)板厚度達(dá)90mm；材料：采用Q345GJC、Q390GJC、Q420GJC。

環(huán)帶桁架現(xiàn)場(chǎng)連接形式為栓接連接，且面腹板均為栓接節(jié)點(diǎn)，雙夾板結(jié)構(gòu)；蝶形節(jié)點(diǎn)板厚度達(dá)80mm，連接板厚度達(dá)90mm；單個(gè)連接端口螺栓群節(jié)點(diǎn)螺栓數(shù)量達(dá)108個(gè)，螺栓長(zhǎng)度達(dá)310mm；

3 施工重點(diǎn)、難點(diǎn)分析

3.1 桁架為栓接連接，單個(gè)連接端口螺栓數(shù)量較多，達(dá)108個(gè)；同時(shí)連接板加腹板總厚度達(dá)260mm；螺栓孔群的鉆孔精度及板件鉆孔垂直度是本結(jié)構(gòu)的加工難點(diǎn)之一。

3.2 桁架單組螺栓孔達(dá)108個(gè)，弦桿端部面腹板均有螺栓孔，此類端口螺栓孔的相對(duì)精度控制是本結(jié)構(gòu)構(gòu)件制作成功與否的技術(shù)難點(diǎn)。

3.3 環(huán)帶桁架為折角桁架非平面桁架，蝶形連接節(jié)點(diǎn)的角度直接影響現(xiàn)場(chǎng)連接的精度，因此蝶形節(jié)點(diǎn)板的裝焊精度控制是本桁架節(jié)點(diǎn)制作的另一難點(diǎn)也是重點(diǎn)之一。

3.4 桁架板厚達(dá)90mm，材質(zhì)為Q420GJC，高強(qiáng)材質(zhì)超厚板的焊接質(zhì)量及焊接變形是本結(jié)構(gòu)構(gòu)件加工的一大重點(diǎn)。

4 加工制作的總體思路及技術(shù)要點(diǎn)

4.1 加工總體思路

對(duì)于本桁架結(jié)構(gòu)，構(gòu)件兩端均為栓接的結(jié)構(gòu)且單個(gè)節(jié)點(diǎn)螺栓孔數(shù)量較多；結(jié)合以往類似工程桁架加工經(jīng)驗(yàn)，如上海中心大廈等超高層桁架，再滿足結(jié)構(gòu)受力的情況下對(duì)此桁架進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)部分栓接連接節(jié)點(diǎn)改為現(xiàn)場(chǎng)焊接節(jié)點(diǎn)，原則為一端栓接另一端焊接；

組織技術(shù)人員對(duì)優(yōu)化后的桁架節(jié)點(diǎn)制定專項(xiàng)施工方案，以"保證單件精度，優(yōu)先小合攏，整體控制"的總體原則。先將每個(gè)零部件各自下料矯正、分步小合攏、部件端面機(jī)加工、定位鉆孔、整體定位、分步焊接，整體定位；最后在整體制作胎架上進(jìn)行各部件的整體完整性驗(yàn)收，嚴(yán)格控制每一道工序，高起點(diǎn)、高標(biāo)準(zhǔn)滿足每一項(xiàng)精度要求，進(jìn)而滿足桁架結(jié)構(gòu)的連接精度和整體質(zhì)量。

4.2 加工技術(shù)要點(diǎn)及質(zhì)量保證措施

4.2.1、質(zhì)量保證措施：

A、鋼板的平整度：

鋼板加工前矯平是有效降低鋼板加工后尺寸誤差值，保證構(gòu)件邊角外觀的最有效工藝手段。矯正后，100mm厚板可達(dá)到平面度≤1.0mm，50mm厚板以下可達(dá)到平面度≤0.5mm，在本工程中將嚴(yán)格執(zhí)行此工藝。

B、制孔精度：

◆ 設(shè)備保證精度-----數(shù)控鉆孔法

◆ 模板套鉆-----批量制孔法

◆ 專用夾具---剛性固定法

◆ 裝配保證----基準(zhǔn)面控制法

◆ 順序控制----對(duì)稱鉆孔法

C、 裝配、焊接順序的控制：

◆ 高強(qiáng)鋼厚板焊接質(zhì)量保證

本桁架結(jié)構(gòu)鋼材材質(zhì)有Q345GJC、Q390GJC、Q420GJC，板厚最厚達(dá)90mm，存在焊接性較差、層狀撕裂傾向嚴(yán)重、焊接殘余應(yīng)力大，焊接變形對(duì)精度的影響等不利因素，嚴(yán)重影響焊接質(zhì)量，而結(jié)構(gòu)中板厚≥40mm占鋼結(jié)構(gòu)總體工程量的70%之多，厚板的焊接質(zhì)量對(duì)本工程有直接性的影響，因此防止層狀撕裂，保證接頭質(zhì)量和接頭的延性、韌性性能，減小和消除焊接變形及殘余應(yīng)力，確保高強(qiáng)鋼厚板焊接質(zhì)量。發(fā)揮以往工程厚板加工制作經(jīng)驗(yàn)及多年鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)鋼厚板焊接技術(shù)的積累的優(yōu)勢(shì)，針對(duì)本工程特點(diǎn)，按《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》AWSD1.1及《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程》JGJ81-2002的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行焊接工藝評(píng)定和焊工資格考試，制定WPS，焊工全部持證上崗。優(yōu)化焊接順序，采取焊后消應(yīng)處理等措施，保證厚板焊接質(zhì)量。

同時(shí)根據(jù)TQC的基本思想，全員、全面、全過(guò)程抓好各項(xiàng)質(zhì)量管理工作，強(qiáng)化焊接質(zhì)量管理，對(duì)影響焊接工程質(zhì)量的"人、機(jī)、料、法、環(huán)"五要素作出重點(diǎn)預(yù)控，使質(zhì)量保證體系在一定深度下有效運(yùn)行，切實(shí)保證高強(qiáng)鋼厚板焊接質(zhì)量。

◆ 焊接殘余應(yīng)力的消減

本桁架結(jié)構(gòu)中大量采用高強(qiáng)螺栓栓接連接形式，對(duì)構(gòu)件的精度要求非常高，而本桁架結(jié)構(gòu)構(gòu)件鋼板最厚達(dá)90mm，且≥40mm的鋼板占鋼構(gòu)工程總量的近70%，焊接殘余應(yīng)力如果得不到有效的消減，內(nèi)應(yīng)力的不穩(wěn)定不但對(duì)構(gòu)件精度及高強(qiáng)螺栓穿孔合格率有一定影響，因此根據(jù)本桁架特點(diǎn)制定相應(yīng)有效的殘余應(yīng)力消除方案；

◆ 裝配順序的控制

對(duì)于本桁架結(jié)構(gòu)小拼單元H型鋼制作工藝成熟，尺寸、內(nèi)在質(zhì)量可以有效保證，但對(duì)于多牛腿、形式復(fù)雜的構(gòu)件或節(jié)點(diǎn)，裝配與焊接順序則需制定有針對(duì)性工藝。

4.2.2、技術(shù)要點(diǎn)及制作

（1）、為保證連接精度，所有連接板必須采用數(shù)控鉆孔，因連接板厚度達(dá)90mm，故所有板件鉆孔前必須對(duì)板件的平整度進(jìn)行再次校核水平度，保證單個(gè)孔的垂直度；

（2）、對(duì)于孔距不相同的位置應(yīng)用記號(hào)筆明確標(biāo)明，然后提交專職質(zhì)檢員進(jìn)行驗(yàn)收，合格后方可進(jìn)行制孔。

（3）、各桁架裝焊合格后端部進(jìn)行機(jī)加工銑平，統(tǒng)一按螺栓孔組群中心線為基準(zhǔn)，采用鋼針進(jìn)行螺栓孔位置線的劃線，確保所有桁架螺栓孔劃線的一致性以及精確度。

鉆孔時(shí)采用專用鉆模進(jìn)行套鉆，鉆模的定位必須精準(zhǔn)，牢固。同時(shí)需注意鉆?？兹旱拈_(kāi)檔尺寸與所鉆孔群開(kāi)檔尺寸的一致性，車間制孔人員鉆孔前應(yīng)根據(jù)深化圖尺寸仔細(xì)核對(duì)，尤其注意孔距不同位置處的螺栓孔，同時(shí)注意螺栓孔徑的大小并用記號(hào)筆標(biāo)示直徑，以免鉆孔出錯(cuò)。并用直徑比孔小0.1mm的定位銷進(jìn)行定位后，再進(jìn)行下組螺栓孔的鉆制，保證縱向螺栓孔誤差在0.5mm以內(nèi)；

（4）、對(duì)本桁架結(jié)構(gòu)的蝶形節(jié)點(diǎn)，采取先裝配焊接，整體矯正驗(yàn)收合格后再進(jìn)行定位劃線鉆孔的原則進(jìn)行施工；這樣既能確保構(gòu)件的幾何定位尺寸精度，又能保證連接螺栓孔的鉆孔精度；

4.2.3、工廠實(shí)體預(yù)拼裝檢驗(yàn)

為了驗(yàn)證構(gòu)件的加工精度同時(shí)保障現(xiàn)場(chǎng)安裝質(zhì)量和進(jìn)度，特對(duì)首制件桁架在工廠采用實(shí)體預(yù)拼裝，對(duì)實(shí)際制作的精度進(jìn)行復(fù)合檢查。通過(guò)預(yù)拼裝檢驗(yàn)，穿孔率達(dá)到100%，本桁架加工精度完全能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)安裝；

通過(guò)精確調(diào)整進(jìn)行自檢自查，然后組織相關(guān)人員進(jìn)行整體檢查、測(cè)量和驗(yàn)收，對(duì)于關(guān)鍵部位的測(cè)量，如坡口間隙、板邊差、構(gòu)件開(kāi)檔尺寸、斜撐與柱及梁的角度、整體線型等必須填寫預(yù)拼裝記錄；預(yù)拼裝檢查驗(yàn)收后，進(jìn)行構(gòu)件間的對(duì)號(hào)入座標(biāo)記，鋼梁在兩端標(biāo)明各自對(duì)應(yīng)的軸線號(hào)，明確現(xiàn)場(chǎng)安裝方向，同時(shí)在現(xiàn)場(chǎng)連接處打上對(duì)合標(biāo)記線，作為現(xiàn)場(chǎng)安裝的依據(jù)。

5 結(jié) 語(yǔ)：

根據(jù)武漢綠地超厚板栓接桁架獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，制定了組裝、焊接、鉆孔各項(xiàng)專項(xiàng)加工方案。通過(guò)此種結(jié)構(gòu)形式桁架的實(shí)際施工表明，制定好合理的加工方案、有效的控制措施，再結(jié)合正確的實(shí)施，能夠較好的實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)的多樣化，更好的滿足設(shè)計(jì)越來(lái)越新穎的創(chuàng)意效果。單根構(gòu)件組裝精度嚴(yán)格控制在規(guī)范要求的范圍之內(nèi)，且優(yōu)于規(guī)范；滿足了現(xiàn)場(chǎng)吊裝精度，并且提高整體鋼結(jié)構(gòu)的安裝質(zhì)量。實(shí)踐已經(jīng)證明此種加工思路及加工方案完全能夠滿足工程加工質(zhì)量和加工進(jìn)度的需求，在工程結(jié)構(gòu)形式多樣化的今天，此加工制作技術(shù)必將在鋼結(jié)構(gòu)工程及相關(guān)領(lǐng)域得到更為充分的發(fā)揮。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] GB50205-2001 鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S]。

[2] JGJ81-2002 建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程[S]。

[3] 建筑鋼結(jié)構(gòu)施工手冊(cè)[M]。北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2002。