欢迎您光临济南顺捷钢结构有限公司官方网站!
济南顺捷钢结构有限公司 轻型钢构专家
当前位置:主页 > 行业新闻 >

高层钢结构巨型柱的加工技术

文章来源:www.gjgcj.cn   作者:顺捷钢结构编辑   发布时间:2019-02-22 16:19   浏览次数:

返回:新闻动态

在中国城市经济发展的推动下,各大城市正在建设更多的高层建筑,这些建筑基本都选择了钢结构体系,高层建筑结构,一般采用框架-核心筒-伸臂桁架结构体系,其中框架一般由巨型柱和环带桁架组成,部分项目设置有巨型支撑。

济南钢结构

上海中欣大厦(图1)采用巨型框架-核心筒-外伸臂结构体系,在8个机电层区布置6道两层高的外伸臂桁架和8道箱形空间环形桁架,由箱形空间环形桁架和巨型柱形成外围巨型框架。巨型柱、角柱间的环带桁架是一整体结构,径向桁架、楼面梁上的受力传递其上,再由其传递至巨型柱。

深圳平安中欣大厦(图2),采用巨型斜撑框架-核心筒-外伸臂结构体系。结构设置了4道外伸臂桁架,将核心筒与巨型柱有效地连接在一起。7道空间双桁架均匀布置于每个避难/机电层,用于连接巨型柱,使结构的外围形成巨型框架。

北京中国尊大厦(图3)采用巨型框架+混凝土核心筒(型钢柱+钢板剪力墙)结构体系,4根世界大的多腔体巨型钢柱与翼墙、核心筒钢板墙等1.3万t钢构件一起,共同托起528 m的中国尊大厦。

2 巨型柱的结构形式及加工难点

高层建筑钢结构的钢柱一般设计为整体式巨型柱(如上海中欣大厦、深圳平安金融中欣,图4)和多腔型巨型柱(如天津高银117大厦、北京中国尊,图5)。

高层建筑钢柱的截面根据受力要求,可设计为H型、箱型、日字型、田字型、王字型以及异形(巨型)柱。这部分钢柱一般要求在工厂加工成整体出厂,其中巨型柱的装配、焊接及尺寸控制难度较大[3]。

整体式巨型柱的加工难点:1)巨型柱外形尺寸大、重量重,整体结构形式复杂,拼装顺序要求高;2)钢板强度高、厚度大,焊接质量和焊接变形控制难度大;3)上、下节柱间拼接接口多,钢板对口错边和端口垂直度要求高。

多腔体超厚板组合型巨型柱是在普通箱型-混凝土柱基础上发展起来的一种新型构件,目前已成功运用于天津高银117大厦和北京中国尊等项目。多腔型巨型柱一般位于建筑物平面四角并贯通至结构顶部,其截面按照结构构造要求设计为多腔体形式。

多腔型巨型柱的加工难点:1)多腔柱截面尺寸大、无法整体制作出厂,须分段、分块加工;2)钢板壁厚厚、构造复杂,装配精度要求高;3)焊缝数量多,且多为全熔透焊缝,不仅焊缝截面大,且焊缝交汇多,容易形成较大的焊接应力和焊接变形[1];4)现场施工的横向和纵向拼接焊缝多,出厂定位尺寸精度要求高,需要进行工厂预拼装。

3 巨型柱加工技术

3.1 整体式巨型柱加工技术

3.1.1 整体式巨型柱概况

上海中欣大厦结构平面布置见图6,在核心筒外的环形周边上分布8根大截面的SC1巨型柱和4根大截面SC2巨型柱。在结构沿高度方向巨型柱被划分为桁架节点段柱和非桁架节点段柱[4]。

3.1.2 巨型柱规格

SC1巨型柱截面由3个H型钢与4块钢板焊接而成,净重达77.62 kN/m。典型巨型柱截面尺寸见图7及表1。

3.1.3 标准段巨型柱的制作

1)设置工艺隔板,保证整体装配尺寸。

巨型柱的标准段(图8)占上海中欣大厦主体结构重量的30,在标准段制作中,通过设置工艺隔板的方法保证装配尺寸精度、控制焊接变形。

工艺隔板的长度、宽度下料尺寸比箱体内腔尺寸小60 mm,并安装顶置块,顶置块与箱体的接触边应进行铣削(图9)。设置顶置块的目的是在保证装配精度的前提下,方便工艺隔板的拆卸,从而使工艺隔板可反复利用,降低成本。

巨型柱的H型钢本体分别加工完成且尺寸检验合格后,在总装胎架上依次进行H型钢、工艺隔板、两侧腹板、上部H型钢的装配,直至完成巨型柱的整体装配(图10)。

2)优化焊接工艺和设备,确保焊接质量,控制焊接变形。

a.焊缝坡口:巨型柱双腹板坡口方向的内侧为大坡口,外侧为小坡口。

3.2.3 多腔柱分段的制作

c.焊接位置及顺序:焊接时采取巨型柱平放的位置,并通过框架对巨型柱进行翻身;按图12所示的顺序实施巨型柱本体焊缝打底、填充、盖面焊接。内侧焊缝打底完毕,外侧清根,并且采用气体保护焊进行焊接,焊接完毕,拆除内部工艺隔板。实施内部焊缝的埋弧焊。焊接时,先焊中间焊缝,后焊两侧焊缝,同时、同方向、同规范对称焊接。

3)端面加工。

通过端铣,控制巨型柱的垂直度和端口平面度。

3.2 多腔型巨型柱加工技术

3.2.1 多腔柱概况

中国尊项目的多腔箱型巨型柱位于塔楼平面四角,底部柱截面面积约63.9 m2,截面尺寸为13 707 mm×6 190 mm,钢板厚度大为60 mm,材质主要为Q390、Q390GJ、Q345、Q345GJ[5]。

多腔柱内部截面复杂,由13个封闭箱体组成,整根多腔柱连接接口多,上下节柱水平对接接缝20条,长度约70 m。

3.2.2 合理分段

整根多腔柱总重量近1 500 kN,根据结构形式、加工工艺和现场施工要求,将整根多腔柱拆分为4个相对独立的钢柱,由2个不规则田字型钢柱和2个H型钢柱共4部分组成(图13)[6]。

针对东北地区多年未发生大洪水,一些地方干部群众抗洪抢险经验不足、技术力量薄弱的情况,国家防总先后派出36个工作组、专家组赶赴一线指导,直到退至警戒水位后才全部撤回。国家防总商财政部安排三省(自治区)特大防汛经费5.67亿元;从全国19个物资储备仓库和16个省(自治区、直辖市)以及7家生产企业,向三省(自治区)紧急调运了价值1.08亿元的抗洪抢险物资。

以不规则田字型柱段为例,其制作装配流程见图14。

由于田字型柱截面较大,装配时在水平胎架上进行,严格控制面板、腹板间的组装尺寸及垂直度。为保证装配精度和控制焊接变形,同样采用工艺隔板进行控制。由于多腔柱腔体截面尺寸较大,工艺隔板采用钢板条拼制的形式。

3.2.4 焊接工艺

针对多腔巨型柱内部结构复杂、焊接要求高的特点,制定详细焊接工艺。

1)焊接坡口。

根据每条焊缝的具体位置、板厚、角度,分别制定相应的焊接坡口(图15)和内外焊接顺序。

2)焊接顺序。

焊接时,严格按照指定的焊接顺序施焊,见图16。为减少焊接变形,施焊可采用分段退焊、分段跳焊等方法进行。双人同时对称焊接时,要保证焊接工艺参数及施焊方向一致。

3)特殊措施。图16中的右侧焊缝③,由于空间位置狭小,无法焊接。制作时才要将下部横隔板分段,待焊缝③焊接完毕,探伤合格后,再装配断开横隔板的部分并焊接,从而保证整体焊接质量满足设计要求。

3.2.5 端面加工

由于多腔柱整体截面较大,只能将各分段分别进行端面铣削加工;各分段进行端面铣平时,应对构件固定牢固,并控制自身水平度以及与端铣机之间的垂直度,端面的铣平精度应控制在0.5 mm内[7]。

4 计算机模拟预拼装技术

出厂前对构件进行整体预拼装是对构件尺寸检验的方式。但由于高层建筑的巨型柱,特别是多腔巨型柱外形尺寸较大,进行实体预拼装存在场地、周期、成本等各方面问题[8]。为解决超大构件预拼装问题,通过专用软件开发,研究了一整套计算机模拟预拼装方法[9]。

计算机模拟预拼装方法步骤如下:

1)从设计模型中确定需要预拼装构件的整体范围,并对参与预拼装构件现场拼接接口的控制点进行选择、编号、给出理论坐标,形成构件测量检查记录表。

2)对构件的安装控制点进行测量,并将测量数据导入专用软件。

3)通过专用软件的坐标体系转换,对构件实测的控制点坐标与理论模型坐标进行匹配,由软件自动给出匹配偏差,并标注大于允许偏差的位置点。对超差的构件进行矫正并重新测量,直至合格。

4)通过软件,将全部单根构件的实测数据坐标模型进行模拟预搭载,对接口控制点坐标数据进行自动匹配,并给出匹配偏差。当控制点匹配数值超过现场安装的允许偏差时,即需要对构件进行矫正,从而达到预拼装的目的。

济南钢结构

5 结束语

1)通过对高层建筑钢结构的结构形式、构件类型进行分析,分别总结了高层钢结构中常见的典型巨型柱的结构形式及技术难点。

2)巨型柱是高层建筑钢结构中典型的受力构件,通过适当分段、合理控制装配工艺、整体预装检验等措施,可以有效保证结构件的加工质量。

3)由于高层建筑钢结构的外形尺寸较大,实体预拼装检测困难,通过计算机模拟预拼装技术,在保证构件质量控制的基础上,可有效解决实体预拼装的工期、成本等问题。

相关文章: 济南钢结构