巨斜撑圆管柱复杂节点钢结构加工制作技术

张梦杰 杨柯 刘兴 李灿明

（1.中国建筑第二工程局有限公司华南分公司，广东 深圳 518045；2.中建二局阳光智造有限公司，广东 河源 517373）

1 工程概况

本工程位于广州市海珠区琶洲西区双塔楼AH040163地块，高度375.5m，总建筑面积199296m。钢结构形式为巨型框架（钢管混凝土柱）-钢支撑+偏心支撑结构体系，总用钢量4.6万吨，具有钢结构总量大、结构复杂等特点。工程最高材质为Q460GJD，使用钢板最厚达100mm。其中巨柱框架钢材材质为Q390GJC，使用板厚达70mm。箱型钢柱最大截面为4000*2000*60*60，圆管最大截面为Φ1900*80，H型钢最大截面为H1100*500*40*60。

2 巨斜撑圆管柱节点特征

2.1 结构形式

巨斜撑圆管柱构件共4件，钢材材质为Q390GJC。每根以斜头圆管柱（φ1900*80）为主体，圆管柱外围焊接多个H型钢牛腿以及单个斜口圆管牛腿（φ900*35）。单根构件重达81t，长度达15165mm。

2.2 钢结构加工制作重难点

巨斜撑圆管柱钢结构节点加工技术难点有以下几点：1）此节点厚板较多（筒体壁厚80mm，牛腿翼缘板厚50mm），其切割精度是此节点制作的控制重点；2）厚板（80mm）材质较高（Q390GJC）卷制过程对卷板机性能要求较高，需要做工艺试验，调整卷板机运行参数；3）厚板焊接热量高、变形大，装配过程尺寸控制难度大；4）随着装配焊接的逐步完成，构件重心逐渐偏离圆管中心，导致构件翻身难度变大，需要根据车间起重能力制定构件翻身专项方案。

3 工厂加工制作工艺及重难点解决措施

3.1 圆管柱分段

巨斜撑圆管柱加工制作前分段：根据构件特征将构件整体划分为4个单元。主体圆管柱为第一单元及第二单元，斜口圆管牛腿为第三单元，所有H型牛腿划分为第四单元。圆管柱筒体分段应根据厂内卷板机（WS11K-100×3000数控液压水平下调式三辊卷板机）的性能参数合理分段（筒体长度划分由1030mm到1600mm不等，如图1所示）。

3.2 下料切割

此节点钢材主体结构均为Q390GJC材质，厚度大于40mm的零件材质具有Z向性能。厚板切割时需选用合适的割嘴才能保证零件切割后的尺寸符合组装定位的尺寸，经试验，80mm厚板宜采用5#割嘴切割，切割速度控制在200-260mm/min，切割氧气压力0.7-0.8MP时，零件切割面良好，未出现锯齿状的质量缺陷。其次，厚板切割应从钢板边缘或割缝中引弧，避免穿孔割伤母材。通过设置合理的切割参数，可有效保证零件的尺寸，较少零件尺寸偏差对装配焊接的影响。卷制筒体的板材切割下料时需采用双定尺切边处理，筒体长度为钢板宽度方向，首次下料需加设卷管压头余量（500mm）。

第一单元上端、第二单元下端以及第三单元上端均为斜口圆管柱，需要提前使用CAD展开斜口圆管，下料时使用异形零件图切割下料。

3.3 卷管及组焊筒体

此节点圆管柱规格为φ1900*80且材质为Q390GJC，对厂内卷板机（WS11K-100×3000数控液压水平下调式三辊卷板机）性能要求较高，根据WS11K-100×3000型卷板机性能参数的额定值可计算出卷制此节点圆管柱各段的最大板厚，如表1所示。

从表1中的数据可以看到卷制宽度1600mm，直径1900mm，板材屈服强度为390MPa的圆管，其最大板厚值为80.03mm，可满足此节点圆管柱（φ1900*80）的加工制作，但卷板机几乎满负荷运转。经调试，针对此节点，圆管卷制时需调高设备运行压强上限值以加快筒体回圆速度，提高生产效率。

表1 WB12KY-1000×3000卷板机性能参数

额定卷板宽度（mm） 3000 欲卷板材宽度（mm） 1030 1500 1541 1600额定卷筒直径（mm） 3000 欲卷板材直径（mm） 1900 1900 1900 1900额定板材屈服极限（MPa） 245 欲卷板材屈服极限（MPa） 390 390 390 390额定卷板厚度（mm） 100 本卷板机可卷制圆筒最大壁厚（mm）94.65 81.87 81.09 80.03

卷管前需在板材两端加设500mm的压头余量，以便板材预弯，板材两端预弯后需切除两端500mm的压头，并焊接在下一块待预弯板材（两端仍需加设切割余量）的两端以重复利用。卷管时采用渐进式卷制，防止卷制过程中产生裂纹。同时需使用圆弧模板反复进行检验，以确保卷管精度。筒体成型后进行点焊（须提前清除掉氧化铁等杂质），点焊高度不得超过坡口的2/3深度。点焊长度80～100mm。点焊后，使用埋弧焊焊接筒体内侧纵缝，外侧气刨清根并埋弧填充盖面。筒体纵缝焊接完成后使用卷板机回圆。

3.4 装配焊接尺寸控制

此节点筒体厚度为80mm，焊接纵缝及环缝时需焊前预热（预热最低温度见表2，焊接过程中最大层间温度不宜超过250℃）及焊后保温，多层多道连续焊接，以保证稳定的热输入。

表2 Q390钢材最低预热温度要求（℃）

钢材牌号接头最厚部件的板厚t（mm）t＜25 25≤t≤40 40＜t≤60 60＜t≤80 t＞80 Q390 20℃ 60℃ 80℃ 100℃ 120℃

圆管柱上端斜头（第一单元与第二单元）筒体对接时无法使用埋弧焊机，因此需在圆管柱外侧设置临时钢性支撑，在使用气保焊焊接时，需不断使用钢卷尺测量构件尺寸，控制焊接变形对构件整体尺寸的影响。

内隔板装配焊接：在第一单元与第二单元筒体环缝焊接完成后开始组焊内部隔板。以筒体的直口端面为基准面进行划线，在筒体内侧上弹出0°90°180°270°母线，划出筒体内隔板位置线，并打上样冲标记。由于筒体内部不宜气刨清根，因此内隔板与筒体内壁的焊接均开制单V坡口，并贴垫板全熔透焊接（由筒体中部向两侧焊接）。

牛腿装配焊接：此节点钢结构运输超限需要散发部分牛腿，厂内焊接牛腿时需先在筒体外弹出0°90°180°270°母线，划出钢牛腿定位线，并将钢牛腿定位点焊后使用气保焊焊接，由于牛腿翼缘板厚度较厚（50mm）点焊固定后，需两名焊工于翼缘板两侧同时施焊，防止焊接热应力变形。焊接时随时检查牛腿的定位尺寸，保证现场与梁的对接误差在允许范围内。

3.5 构件吊运翻身

构件翻身吊耳尺寸及焊接位置见表3。

表3 构件翻身吊耳尺寸及焊接位置

构件号 总重（t） 重心距柱底长度L1（mm） 柱上端吊耳水平位置L3 柱下端吊耳水平位置L2 6GZC1 81.77 8192 500 2400 6GZC2 81.06 8145 500 2350 6GZC3 81.04 8146 500 2350 6GZC4 81.69 8188 500 2400

单根构件总重（81t）超出单台桁车最大起重能力（50t），因此需使用两台桁车（2*50t）起吊。根据构件重心位置合理设置翻身吊耳位置（两侧翻身吊耳与重心间距需相同，具体位置见表3）。当柱上端起吊并离开地面后，起吊柱下端侧面翻身吊耳同时下放柱上端吊耳，完成翻身，放置构件为待装车状态。

4 结语

本项目巨斜撑圆管柱节点吨位大、形状特殊且焊接难度大。此类钢结构加工制作过程复杂，需要提前策划并制定加工方案指导车间生产，通过总结该节点生产加工过程中的问题及解决方法可为后续类似节点的加工制作提供一定的经验。