超高層斜交網格結構箱型彎扭構件加工技術

周朋 楊濤 李越 程彥哲

【摘要】以創業投資大廈為工程背景，主要介紹超高層箱型斜交網格結構彎扭構件的深化設計和制作加工技術。創業投資大廈主體結構采用方鋼管混凝土交叉斜柱外筒＋鋼筋混凝土核心內筒混合結構，外筒四角部位為彎扭斜交網格結構，其截面為箱型，且有不同程度彎扭。通過工程實踐，深入介紹箱型彎扭構件的設計、制作、成型和質量檢測，為以后同類工程提供借鑒和參考。

【關鍵詞】超高層斜交網格結構彎扭構件加工工藝

中圖分類號：TB482文獻標識碼： A

1、引言

近年來，隨著時代發展的需要，建筑物的造型越來越新穎，結構也越來越復雜。斜交網格結構體系最突出的特點是用雙向交叉環繞于建筑外表面的斜柱替代傳統的豎向柱加斜向支撐體系,這種結構形式具有材料利用效率高、剛度大、抗側性能好等優點。由于其新穎的結構形式和獨特的建筑效果，斜交網格結構正受到越來越多的建筑師們的青睞。

創業投資大廈是一個典型的方鋼管混凝土斜交網格結構，工程難點就在于位于主塔樓四個轉角部位的箱型彎扭構件的加工與安裝。本文主要介紹箱型彎扭構件的深化設計及制作加工工藝流程，以及加工過程中需要注意的一些問題。

2、工程概況

創業投資大廈位于深圳市高新區填海六區01-11地塊，建筑用地面積5159.01㎡，總建筑面積93513.17?㎡，其中地下3層，建筑面積12361.73㎡，地上44層，其中裙房5層，建筑面積81151.44㎡，總用鋼量約1.1萬噸。本工程地下室鋼結構由19根日字型鋼柱（截面尺寸1.2m×0.8m）、13根箱型（截面尺寸0.6 m×0.6m）和39根熱軋H型鋼（HM594×302×14×23）組成。地上鋼結構由44層主塔樓外框方鋼管交叉斜柱+外框梁及樓層鋼框架梁和5層裙房鋼框架結構組成。外框柱采用方鋼管混凝土交叉斜柱，外框梁以及樓層梁主要采用熱軋H型鋼。豎向外框柱每兩層結構層為一個標準層，每一標準層由19個X型節點和38根斜柱組成。彎扭構件主要分布于標準層的四個轉角位置，包括四根彎扭箱型斜柱和一個彎扭X節點。塔樓水平結構由每一結構層的外框環梁和樓層鋼梁組成。地面以上(核心筒之外)區域采用鋼－混凝土鋼筋桁架組合樓承板體系。地上鋼結構主要材質為Q345B和Q345GJB，最大板厚60mm。

3、深化設計

本工程彎扭斜交網格結構由1個彎扭X節點和4根彎扭斜柱焊接連接，其截面為日字型箱型截面，截面尺寸為1.2m*0.8m，最大板厚為60mm。由于彎扭構件深化設計難度大，加工制作工藝復雜，制作精度要求高，常規設計方法難以滿足要求。針對以上難點，采用BIM技術，基于AutoCAD圖形平臺建立相關建筑信息模型，通過 Xsteel軟件預先進行三維實體模擬建造，實現結構安全信息在工程的建筑信息模型上的動態顯示，搭建出與建造實際完全吻合的三維實體模型，然后自動生成所需的一切深化圖紙及資料，保證了模型與圖紙的一致性。

具體操作可按以下六個步驟進行：

4、加工制作

加工前，先依照構件的形式和特點進行工藝策劃，制定合理有效的加工工藝方案，制作過程中需嚴格執行各工序工藝。

編號 工序 工藝 注意事項

1 1、利用深化設計提供1:1展開零件圖，主材全部采用數控切割機下料；

2、下料前根據構件熔透焊方式在腹板寬度方向設置焊接收縮余量。下料后開相應坡口；

3、利用卷板設備對板件進行適量預卷彎曲。 1、所有彎扭板件套料時不可翻面，不可鏡像，套料時帶上其端口編號，下料結束后劃出相應腹板組立線，標識板件正面及端口編號。不得漏標及不標；

2、嚴格控制下料及坡口精度。

2 1、在鋼平臺上畫出構件端口及輪廓線，對重要控制點打上洋沖眼；

2、根據地樣及構件重量按間距設置胎架，胎架橫梁根據控制坐標點設計。 1、鋼平臺具有可靠的剛度及水平度。選擇合適大小的胎架立柱及橫梁；

2、地樣放線及胎架設計數據需經過電腦模擬確認；

3、在保證裝配及可操作性的前提下，盡量降低胎架高度。

3 依照胎架位置，進行下翼板板組立，下翼板就位后，利用火工及輔助外力設備，使各關鍵控制點與坐標、尺寸一一對應就位。 1、火工加熱時，必須控制鋼板溫度在500℃至900℃之間；

2、選擇合適的吊點操作，避免與胎架碰撞導致胎架損壞。

4 1、根據組立線進行T型組立定位焊接；

2、關鍵控制點采用火工及輔助外力設備擬合，并采用支撐或工藝隔板固定。 采用合適的支撐及工藝隔板進行腹板關鍵坐標點控制。

5 1、根據組立線進行H型組立定位焊接；

2、關鍵控制點采用火工及輔助外力設備擬合，并采用支撐或工藝隔板固定；

3、根據熔透形式進行H型鋼焊接。 1、采用對稱焊接方式，控制焊接變形值最??；

2、焊接完畢后進行校正，重新上架后要求H型鋼關鍵控制點符合胎架設計。

6

日字型組立 1、根據焊接H型鋼，組立側翼緣板，并焊接；

2、焊接完畢后，依照設計圖紙重新對構件關鍵點尺寸進行復核。 1、焊接時，至少采取兩名焊工對稱的方式進行焊接，并勤翻身；

2、 為保證焊后焊接應力最小，焊接時采用兩側同步進行分段跳焊的方式進行焊接。

7 意見及建議 1、深化設計出圖構件以一面三個點為水平面放置，駝背面向上。并提供翼腹板件的零件展開圖；2、構件與節點的分段面處，端面必須在構件中心線法平面內。如若有隔板，隔板也需在法平面內。

5、構件的檢測和驗收

彎扭箱型構件的結構形式較常規構件更為復雜，制作工藝難度較大，為保證其制作和安裝精度，必須對成型構件進行檢測驗收。

驗收前，首先建立局部坐標系統，將構件吊至指定位置后，通過全站儀測得驗收點點位坐標，與設計值復核，對比得出構件制作偏差，為構件安裝提供測量校正的依據。

6、構件成品保護

彎扭箱型構件體積大，易滾動，成品制作好以后要采取必要的保護措施：成品必須放置在墊木上，禁止構件直接與地面接觸，并采取一定的防滑動、滾動措施，如放置止滑塊等；構件重疊放置不得超過3層，成品堆放在指定位置，構件堆場的四周設置警示標志等。

7、結語

斜交網格結構作為新型建筑結構在超高層建筑中的應用越來越普遍，彎扭箱型構件也隨之越來越多的應用于工程實踐，但對于彎扭構件的制作加工工藝，可提供參考的經驗卻極其缺乏，因此其制作加工工藝和精度成為確保工程質量的關鍵。

創業投資大廈項目中應用的箱型彎扭構件制作工藝，包括深化設計、加工制作和檢測驗收等，均已成功應用于工程實踐，并取得了良好的工程效益，為以后同類工程提供了可靠的借鑒和參考。

參考文獻

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