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520.广州珠江新城西塔钢结构构件加工制作工艺(摘录自广东土木与建筑08年10期47-50页)《广州珠江新城西塔钢结构构件加工制作工艺》一文摘录自《广东土木与建筑》2008年第10期，主要介绍了广州珠江新城西塔工程中钢结构构件的加工制作关键技术。西塔为超高层建筑，结构形式复杂，对钢结构的精度和质量要求极高。文章重点阐述了构件的材料选择、节点设计优化、数控下料、精密焊接、整体预拼装等关键工艺流程，并强调了加工过程中质量控制措施和成品保护方法。该工艺有效保障了钢结构施工的安全性与高效性，为同类超高层建筑钢结构工程提供了有益参考。
2钢结构工程的主要特点
本工程采用特有的纺锤形骨架结构，构造复杂， 异形构件、连接形式多样，使得整个工程的钢结构制 作与施工具有相当大的难度，主要体现在以下方面： 2.1 1节点构件截面形式复杂多样，加工制作闲难， 组装精度要求高。 本工程钢结构的节点按位置可分为2类：①楼层 梁与外环梁之间的连接，为常规节点形式；②外环梁 与斜柱的连接节点有3种类型，分别为节点层处的X
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100mm板材，焊缝区集中，焊接质量要求高，焊接过 程中容易产生角度变形、扭曲变形、局部或整体变形 等，控制焊接变形、消除残余应力、防止层状撕裂等 质量要求很高
由于构件数量多且重量大，X形节点柱共有 240个，单个重量最大达60t，因此业主专门从国外 引进3台M900D塔吊，单台最大吊重达到64t，基本 满足所有节点的吊装要求；此外，施工方还针对节点 吊装编写了具体详细的吊装方案，采用3台M900D 塔吊进行分段散件吊装，安装起重性能和焊接操作 空间，对外筒柱进行合理分段，保证一次吊装到位。
因结构的不规则设计和构件受力的影响，在施 工过程中主体结构的空间位形会受到自重、风载、基 础不均匀沉降等因素的影响而不断发生变化，为使 结构完成后达到设计位形要求，精确预设调整值和 变形控制在整个施工过程中显得非常重要。
根据“强节点、弱杆件"的设计要求，相贯节点的 焊接是本T程钢结构加工制作中最主要的控制点之 ，其质量从某种意义上讲较大程度上决定了整个 T程的最终质量。本T程焊接方面的制作难点主要 集中在钢管环向，对接焊缝焊接和节点的相贯焊缝 的焊接上，一方面焊接本身存在诸多要点，如小夹角 相贯焊缝的全熔透焊接：节点60~100mm拉板与管Y、
邓月昕等：广州珠江新城西塔钢结构构件加工制作工艺
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K接头的全熔透CJP焊接；t50、t55厚壁管焊后径向 撕裂预防与控制等。另一方面其质量控制标准为焊 缝等级达到或超过设计要求；构件焊接变形后空间 尺寸不能超差；焊后残余应力消除；对超宽构件的现 场拼装质量的控制等。主要采用的措施有： (1）整体焊接原则 ①节点装配与焊接过程全部采用CMAW气体 保护焊：②支管与拉板每一步拼接均采用与整体焊接 相同的WPS进行定位点焊：③焊接顺序为对称焊接 分布多层多道焊、翻转3次：④对于焊接区域采取反 面清根方式进行全熔透焊接；5对于材质为Q345 GJCZ25同时板厚大于36mm的，焊接前均应对焊缝 进行预热，温度为100℃~150℃，焊后应注意保温。 (2)节点焊接变形控制 ①采用刚性固定。钢管柱节点拼装后对节点两 端钢管间采用H型钢进行刚性固定，并将节点与拼 装胎架刚性连接，应控制节点的焊接变形，刚性固定 的H型钢要确保其与钢管有足够大的接触面。 ②制定合理的焊接顺序。节点整体焊接量较大， 容易产生焊接变形，通过对节点焊缝制定合理的焊 接顺序，控制其焊接变形。节点整体焊接顺序为节点 拼装后，先从中间向两边对称焊接上侧焊缝，打底焊 后节点翻转再焊接原下侧的焊缝，焊满后再次翻转 把上侧焊缝焊接完成。相贯口焊接顺序遵循整体焊 接顺序，由趾部向根部方向焊接，采取跳焊方式。 (3)节点焊接收缩变形监测 节点焊接后将产生一·定方向的收缩变形，主要由 焊接工序本身和焊接顺序不同所造成，分析其变形方 向应该是三维的，即焊接后长向收缩、平面内横向收 缩和不规则的扭转收缩等。为了了解节点制作时产 生的变形趋势和变形量，制定焊接变形监测方案，以 便于分析其原因和寻找有效的解决方法，为后续的节 点的制作提供指导。 监测方案主要采用图表法进行，通过悬挂线垂 的方式，对X、Y（平面方向)进行测量，利用水准仪对 Z值(高度方向)进行检测，再通过数据分析，基本能 找到节点焊接时的变形趋势和变形量。在后期制作 中，通过反变形或调整焊接顺序，达到控制构件变形 的效果。 (4)焊接检查与焊缝检测 本工程外筒节点构造的特殊性，决定了焊接检查 与焊缝检测应有针对性地进行，节点加工过程中焊接 检查的主要工作有：①焊前工艺的规范性检查.包括
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装配间隙规范性、坡口的角度、焊接材料的匹配性 焊接预热、焊接工艺文件齐备、焊工等级证的检查等； ②焊接过程的检查与控制，包括定位打底焊的规范 性、层间温度的控制、焊接顺序的检查、焊接变形的检 查等：③焊后焊缝的无损检测，包括焊后保温的检查， 焊后应力消除的检查、焊缝的等级性无损检测、焊缝 外观的检查等
3.3钢管、节点等焊后残余应力的消除
对于本工程复杂的节点构件，焊接应力相当集 中。若构件内积聚的大量焊接残余应力无处释放， 则将极大地降低构件的承载能力和抗疲劳强度，造 成结构脆性断裂。另外，在结构受载、内力均匀化的 过程中，残余应力的存在往往会在未有裂纹产生的 情况下导致构件失稳、变形甚至破坏，因此构件加工 时主要采取以下儿方面的措施予以消除： ①T件整平：在整平过程中，通过加大对工件 切割边缘的反复碾压，可以有效消除收缩应力； (2局部烘烤：控制加热温度范围，在构件完T 后对其焊缝背部或两侧进行烘烤，对消除残余应力 非常有效； ③超声波振动：经测试，此法对消除焊接残余 应力极为有效，消除率达75%以上； ④振动时效：该法不受工件尺寸、形状、重量等 限制，对消除应力有明显效果； 5冲砂除锈：冲砂除锈时利用喷出的高压铁砂 束对构件焊缝及其热影响区反复均匀地冲击，不仅 可以除锈，也可消除构件部分残余应力； 本工程构件出场前均采用上述方法消除残余应 力.实验数据表明取得了良好的效果
本T程钢结构主要构件为重型钢柱、钢梁、斜撑 和转换桁架，单个节点柱最重达60t，且有多种截面 形式，因此制作方主要从以下方面考虑编制钢结构 加工制作技术方案： ①对复杂构件（节点）进行分析解剖，做到“化 整为零，化难为易，提高单件精度，保证整体精度”； ②节点深化设计合理，扩大施焊操作空间，减 小焊接约束刚度，易于应力释放，减小变形； ③设计合理的焊缝坡口，控制焊接工艺参数，适 当提高焊道截面的宽深比(即焊缝成型系数)，加强预 热后热措施，控制焊缝冷却速度以避免裂纹产生：
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④在深化设计中尽量减少和避免构件中单板 十字焊缝节点形式，以改善钢板厚度方向的受力，避 免层状撕裂。 以下以本工程独有、典型的X型节点柱为例 简要说明其加工制作过程。
4.1方案的优选和深化设计
本工程相贯节点深化难点主要是空间形位复杂， 定位要求高，节点相似但不相同，节点支管不在同 平面内且非对称，牛腿较多且空间定位困难。 根据本工程的特殊要求，制作方开发了绘制外 筒钢结构全套加工详图的专业软件系统，建立起塔外 的全三维实体模型，按照指定的要求对斜柱进行分 段，绘制出满足加工要求的深化详图和材料明细表。 对于超重、超宽节点以及节点与钢管柱对接口位置 位于楼层梁环梁内部的，逐个进行技术调整，本工程 中构件最大运输尺寸控制在宽4m、高3.2m、长16m 内，并考虑现场施工条件，按节点重量不超过641进 行工厂制作
4.2节点构件的加工制作
(1）放样、下料与切割 本工程应用了计算机放样和数控编程录人技 术，以提高放样下料精度，所有零件均预置焊接收缩 补偿余量。关于钢管的相贯口切割在前文已有详细 说明，在此不再赘述。 另一个重点是30~100mm厚的节点拉板下料 拉板的切割采用数控火焰切割机下料，有Z向性能 要求的板材下料前需进行乙向检测。切割后钢材表 明和切口均不允许存在裂缝、夹杂、分层、压人氧化 皮、超过允许偏差的麻点、压痕和麻纹等。切割后拉 板还需要进行折弯成形，厚60~100mm，采用2000t 油压机折弯或利用火焰加热方法折弯成形，由于拉 板折角最大仅为2.0967°，故通过三点折弯高度控制 拉板折弯角度，从而达到拉板的精确成形。 (2）节点的组装 根据计算机放样的节点投影图，在加工区地面上 进行划线放样，划出钢柱中心线、端面齐口线、各牛 腿中心角度线等投影线，作为节点定位和牛腿安装 的基准线。接着在投影线上制作节点的胎架，其设计 原则是要保证刚度大学新校一期工程施工组织设计方案，一方面保证承载超重构件，另 方面焊接时利用其进行刚性固定，以减少变形；具有 微调功能，便于装配时调节高度。胎架主要构件采用 H型钢制成，胎架底座与拼装场地预埋件连接，胎架 高度采用水准仪找平。
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然后把拉板、钢管按既定程序组装到胎架上，其 定位通过挂锤线与地面投影点重合情况来控制，测 量合格后对构件进行焊接临时固定。考虑到焊接位 置，更好地保证焊接质量，在节点的4根钢管定位并 川尚后，将节点吊离胎架并垂直放置（拉板基本与水 平面平行，保证拉板与钢管之间的焊接位置为横焊）， 焊接拉板上侧焊缝后，再翻转焊接另一侧焊缝（焊接 要求详见上文)。最后把分为几部分的牛腿与钢管 进行整体拼装并焊接成型。 (3)节点空间定位和测量 本工程采用三维坐标定位法的思路进行图纸深 化和拼装定位。在拼装平台上放样，标出特征点的 X、Y坐标，Z值利用水准仪进行测量。另外，还采用 形位尺寸测量法进行复核，利用直尺、弯尺、量规等 对各特征点的距离和位置进行测量。此法使用简便 可保证节点的外形尺寸满足设计图纸要求，且便于 拼装过程中施十人员进行门检。 为了满足现场安装精度的要求，节点加1完成 后对整个外简钢结构进行了局部构件预拼装，模拟 现场安装条件，把安装的高度方向用坐标转换成长 度方向，再用全站仪进行复测等工作