超高层斜交网格结构箱型弯扭构件加工技术

周朋 杨涛 李越 程彦哲

【摘要】以创业投资大厦为工程背景，主要介绍超高层箱型斜交网格结构弯扭构件的深化设计和制作加工技术。创业投资大厦主体结构采用方钢管混凝土交叉斜柱外筒＋钢筋混凝土核心内筒混合结构，外筒四角部位为弯扭斜交网格结构，其截面为箱型，且有不同程度弯扭。通过工程实践，深入介绍箱型弯扭构件的设计、制作、成型和质量检测，为以后同类工程提供借鉴和参考。

【关键词】超高层斜交网格结构弯扭构件加工工艺

中图分类号：TB482文献标识码： A

1、引言

近年来，随着时代发展的需要，建筑物的造型越来越新颖，结构也越来越复杂。斜交网格结构体系最突出的特点是用双向交叉环绕于建筑外表面的斜柱替代传统的竖向柱加斜向支撑体系,这种结构形式具有材料利用效率高、刚度大、抗侧性能好等优点。由于其新颖的结构形式和独特的建筑效果，斜交网格结构正受到越来越多的建筑师们的青睐。

创业投资大厦是一个典型的方钢管混凝土斜交网格结构，工程难点就在于位于主塔楼四个转角部位的箱型弯扭构件的加工与安装。本文主要介绍箱型弯扭构件的深化设计及制作加工工艺流程，以及加工过程中需要注意的一些问题。

2、工程概况

创业投资大厦位于深圳市高新区填海六区01-11地块，建筑用地面积5159.01㎡，总建筑面积93513.17 ㎡，其中地下3层，建筑面积12361.73㎡，地上44层，其中裙房5层，建筑面积81151.44㎡，总用钢量约1.1万吨。本工程地下室钢结构由19根日字型钢柱（截面尺寸1.2m×0.8m）、13根箱型（截面尺寸0.6 m×0.6m）和39根热轧H型钢（HM594×302×14×23）组成。地上钢结构由44层主塔楼外框方钢管交叉斜柱+外框梁及楼层钢框架梁和5层裙房钢框架结构组成。外框柱采用方钢管混凝土交叉斜柱，外框梁以及楼层梁主要采用热轧H型钢。竖向外框柱每两层结构层为一个标准层，每一标准层由19个X型节点和38根斜柱组成。弯扭构件主要分布于标准层的四个转角位置，包括四根弯扭箱型斜柱和一个弯扭X节点。塔楼水平结构由每一结构层的外框环梁和楼层钢梁组成。地面以上(核心筒之外)区域采用钢－混凝土钢筋桁架组合楼承板体系。地上钢结构主要材质为Q345B和Q345GJB，最大板厚60mm。

3、深化设计

本工程弯扭斜交网格结构由1个弯扭X节点和4根弯扭斜柱焊接连接，其截面为日字型箱型截面，截面尺寸为1.2m*0.8m，最大板厚为60mm。由于弯扭构件深化设计难度大，加工制作工艺复杂，制作精度要求高，常规设计方法难以满足要求。针对以上难点，采用BIM技术，基于AutoCAD图形平台建立相关建筑信息模型，通过 Xsteel软件预先进行三维实体模拟建造，实现结构安全信息在工程的建筑信息模型上的动态显示，搭建出与建造实际完全吻合的三维实体模型，然后自动生成所需的一切深化图纸及资料，保证了模型与图纸的一致性。

具体操作可按以下六个步骤进行：

4、加工制作

加工前，先依照构件的形式和特点进行工艺策划，制定合理有效的加工工艺方案，制作过程中需严格执行各工序工艺。

编号 工序 工艺 注意事项

1 1、利用深化设计提供1:1展开零件图，主材全部采用数控切割机下料；

2、下料前根据构件熔透焊方式在腹板宽度方向设置焊接收缩余量。下料后开相应坡口；

3、利用卷板设备对板件进行适量预卷弯曲。 1、所有弯扭板件套料时不可翻面，不可镜像，套料时带上其端口编号，下料结束后划出相应腹板组立线，标识板件正面及端口编号。不得漏标及不标；

2、严格控制下料及坡口精度。

2 1、在钢平台上画出构件端口及轮廓线，对重要控制点打上洋冲眼；

2、根据地样及构件重量按间距设置胎架，胎架横梁根据控制坐标点设计。 1、钢平台具有可靠的刚度及水平度。选择合适大小的胎架立柱及横梁；

2、地样放线及胎架设计数据需经过电脑模拟确认；

3、在保证装配及可操作性的前提下，尽量降低胎架高度。

3 依照胎架位置，进行下翼板板组立，下翼板就位后，利用火工及辅助外力设备，使各关键控制点与坐标、尺寸一一对应就位。 1、火工加热时，必须控制钢板温度在500℃至900℃之间；

2、选择合适的吊点操作，避免与胎架碰撞导致胎架损坏。

4 1、根据组立线进行T型组立定位焊接；

2、关键控制点采用火工及辅助外力设备拟合，并采用支撑或工艺隔板固定。 采用合适的支撑及工艺隔板进行腹板关键坐标点控制。

5 1、根据组立线进行H型组立定位焊接；

2、关键控制点采用火工及辅助外力设备拟合，并采用支撑或工艺隔板固定；

3、根据熔透形式进行H型钢焊接。 1、采用对称焊接方式，控制焊接变形值最小；

2、焊接完毕后进行校正，重新上架后要求H型钢关键控制点符合胎架设计。

6

日字型组立 1、根据焊接H型钢，组立侧翼缘板，并焊接；

2、焊接完毕后，依照设计图纸重新对构件关键点尺寸进行复核。 1、焊接时，至少采取两名焊工对称的方式进行焊接，并勤翻身；

2、 为保证焊后焊接应力最小，焊接时采用两侧同步进行分段跳焊的方式进行焊接。

7 意见及建议 1、深化设计出图构件以一面三个点为水平面放置，驼背面向上。并提供翼腹板件的零件展开图；2、构件与节点的分段面处，端面必须在构件中心线法平面内。如若有隔板，隔板也需在法平面内。

5、构件的检测和验收

弯扭箱型构件的结构形式较常规构件更为复杂，制作工艺难度较大，为保证其制作和安装精度，必须对成型构件进行检测验收。

验收前，首先建立局部坐标系统，将构件吊至指定位置后，通过全站仪测得验收点点位坐标，与设计值复核，对比得出构件制作偏差，为构件安装提供测量校正的依据。

6、构件成品保护

弯扭箱型构件体积大，易滚动，成品制作好以后要采取必要的保护措施：成品必须放置在垫木上，禁止构件直接与地面接触，并采取一定的防滑动、滚动措施，如放置止滑块等；构件重叠放置不得超过3层，成品堆放在指定位置，构件堆场的四周设置警示标志等。

7、结语

斜交网格结构作为新型建筑结构在超高层建筑中的应用越来越普遍，弯扭箱型构件也随之越来越多的应用于工程实践，但对于弯扭构件的制作加工工艺，可提供参考的经验却极其缺乏，因此其制作加工工艺和精度成为确保工程质量的关键。

创业投资大厦项目中应用的箱型弯扭构件制作工艺，包括深化设计、加工制作和检测验收等，均已成功应用于工程实践，并取得了良好的工程效益，为以后同类工程提供了可靠的借鉴和参考。

参考文献

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