钢结构弯扭构件制作技术研究

◎王光 曹鸣习

钢结构弯扭构件制作技术研究

◎王光 曹鸣习

如今现在建筑的造型越来越多变，常规的造型已经不能满足大众对建筑的需求。在现代建筑中，新型建筑结构和造型越来越来普遍，建筑的造型也变得越来越新颖，结构也越来越复杂。因此传统的钢筋混凝土结构无法满足这种特殊的结构要求，所以只能由钢结构工程来实现这一特点。本文就对钢结构工程中弯扭构件的制作工艺进行了简单的讨论。

钢结构弯扭构件加工及时是钢结构制造业的高难度技术， 近几年随着计算机技术的普及，空间弯扭钢结构制作工艺水平得到进一步提升，虽然钢有计算机辅助，但是其制作工程存在着很多的难点，尤其是弯扭构件的制作更是钢结构工程的一个重点和难点。

关键工艺

弯扭构件的装配工艺。弯扭构件的装配工艺环节是钢结构弯扭构件加工的重要环节，在这一环节，首先需要明确弯扭构件的结构特点，然后根据特点在平台上标出相关的投影线，且需要在控制点打上样冲眼，然后按照投影线标注的位置和设计所提供的各尺寸控制点坐标来旋转胎架。需要注意的是，要尽可能在保证装配及焊接可操作性的前提下，降低胎架的高度。其次是下翼板就位，对下翼板进行检测并且合格后，将其吊到胎架上，且需要保证各重要控制点和胎架相接触。经检测，重要控制点坐标全部合格，再对下翼板与胎架进行刚性固定。固定后，按照隔板下翼板上表面的喷粉线以及空间形位尺寸来对隔板进行装配工艺。此时，下翼板就位后，装配隔板与腹板，在组立腹板时需要以隔板作为内侧靠模，而装配外侧的整体腹板和内侧节点处腹板分段，通过线锤与地面投影点的吻合和水准仪对Z值的控制，调节实测重要控制点空间坐标与理论重要控制点空间坐标使其相吻合，从而进行腹板精确定位。以上工作全部完成后，需要进行整体装配工作。为了减少焊接变形，提升制作速度，可以先牛腿小拼，经检查合格后，再将其与构件整体拼装到一起。

胎架。由于弯扭架构件几何尺寸各不相同，因此必须对构件进行切割、放样、制作，根据不同标高、弯度、角度等要求进行搭设各异的胎架，之后还需进行预拼装，制作胎架费时费材料费场地为加工难点之一。

首先在平台上划出构件各控制点的投影点，用样冲打出各定位点样冲眼标识，用白色油性笔做出明显标记。然后根据地样线和控制点的高度搭设胎架，为保证胎架刚度，胎架使用的条料选用 25mm厚以上的条料。钢结构胎架必须经过拼装，在各部分预拼装检查合格后，再焊接。焊接时应注意焊接顺序，一般应首先焊接中间节点，再向胎架两端节点扩展的焊接顺序，以避免由于焊缝收缩向一端累积而引起的节点间尺寸误差。焊缝坡口的根部间隙大于标准值1.5mm以上，应按超标间隙值增加焊脚尺寸。但间隙大于5mm时应事先用堆焊和打磨方法修整端头或在接口处堆焊焊道，以减少焊缝间隙。

下料。由于弯扭构件的各点空间三维坐标的至少要有两个基本点变量的特殊性，就很难通过平面来表示，且对于指导生产实践也有一定的难度，所以可以采用专业化的软件来控制其精确度。

零件板可以根据深化图的指示采用数控切割机下料，对零件板的宽度方向预留0余量，长度方向则按照零件板的长度留余量，每1m的长度设置1mm的纵向焊缝收缩余量；对于弧度大的零件板，可以在编程的时候进行分段，下料后在拼接成形；下料后对板件方向及时做标记，对于比较容易组装的板件要快速辨别弧形板的方向。

板件成型。制作弯扭构件是一项复杂而重要的工作，而板件成型则是这项工作的一道极为关键的工序。本文结合了构件的特点和工厂设备的条件，在保障板件成型的精度和外观的前提下，选用了强制成型、卷圆成型和火焰加工装设备强制成型三种方式。

强制成型：适用于长度较长、弯度较小、板厚较薄的零件板，直接在工装胎架上压制到位，强制成型；

卷圆成型：适用于弯度较大的零件，要达到降低组装难度，减少应力的目的，可以利用卷板机初步卷制，将零件的弯弧贴近加工要求的弯度；

火焰加工装设备强制成型：适用于牛腿或者长度较短、弯扭较大的零件。

焊接与反弹变形的控制。由于弯扭构件是强制弯扭到位，所以构件下胎架后反弹变形是时有发生的情况，况且构件的形状非常复杂多样，焊接工艺和焊接顺序不一，都会造成各种各样的焊接变形，所以有必要对此作出合理的对策。

从焊接顺序上进行规范化合理化控制。同时，构件组合焊缝的焊接尽量在胎架上进行，顺序上按照先焊接弯扭较大的部位，后焊接弯扭小的部位的原则进行。如有部分焊缝需要进行翻身焊接，则可以在卸胎架后焊接，焊接顺序及原则同上。

局部加热退火法消除应力。在构件下胎架之前，尽可能的采用局部加热退火法，以达到降低强制到位构件的应力高峰值的目的，并最终对构件下胎架后的反弹变形量进行有效控制。

严格控制焊接工艺。由于隔板与腹板的连接均采用了焊接处理，所以就需要对构件的焊接变形进行必要的控制措施，从焊接工艺上进行严格的把关与控制是最有效的办法。首先，在焊接之前，对焊接区域内的水、油污、氧化皮等可能会影响到焊接质量的物质进行彻底的清楚，并对其进行打磨，露出良好的金属光泽。而弯扭构件的焊缝大多数都是呈曲线起伏形，所以尽可能的使需要焊接的位置处于水平位置，如果无法翻身或受限于操作空间，可采用横焊或立焊位置焊接，坚决不能采用仰焊位置焊接。同时在焊接时还要对焊接顺序做合理的规划，尽可能的采用对称施焊的方法，避免构件的整体变形，降低焊接应力。

通过工程实例，我们总结出一套硬件设施有限的条件下制作弯扭构件的制造技术，通过以上对钢结构弯扭构件的制作及精度控制的分析，我们可以制作出良好的弯扭构件，且制作精度高，工效较高，实施性强。

（作者单位：上海建工（江苏）钢结构有限公司）