钢结构超高层项目转换桁架加工工艺研究

白传龙

摘要：对于超高层建筑的转换桁架，提出一种钢结构超高层项目转换桁架加工工艺，采用框架-核心筒结构体系，其中最普遍的8节为转换桁架;柱柱对接采用全焊形式，柱梁及支撑节点采用栓焊连接。可有效减小大跨度转换桁架两端剪力墙的弯矩，改变桁架与钢板组合剪力墙连接节点形式的方法共同来提高钢板组合剪力墙的抗弯承载力，配合栓焊连接、全焊形式等焊接工艺，增强构件安全性能。综合成本低、构造简单、施工方便，可在传递荷载较大的高层建筑结构中广泛应用。

关键词：超高层;转换桁架;框架-核心筒

0.引言

钢结构转换桁架是一种新型的转换结构的形式，这种结构的优点在于受力均匀、抗震性能非常好、钢强度大、重量较轻、施工速度较快、经济实用、绿色环保等优点，可以满足较大的空间要求。钢结构转换桁架在一些現代化的大型建筑工程中被广泛应用。转换桁架是结构转换层的转换构件，是横向构件。就是用桁架代替梁，此时就不叫转换梁，而叫转换桁架。用于该层上下的墙或柱的轴线因房屋使用功能需要而错开（即上下不能对齐）时的构造。目前，桁架转换结构主要应用在跨度较大、承担上部竖向构件且传递荷载较大的结构中。桁架转换层不仅需要承受结构上部构件传递的竖向荷载作用力，而且还要承担结构水平方向的荷载作用力。桁架转换结构内部的受力构件以受轴力为主，桁架结构的整体性能良好，构件受力传力路线明确。对于超高层、大跨度钢结构实施转换桁架，转换桁架通常采用高空原位安装，即在桁架下方搭设临时支撑结构，采用吊装设备分段吊装转换桁架，吊装焊接完成后再拆除临时支撑结构。对于超高层建筑的转换桁架，需要搭设大量的临时支撑结构，搭设材料成本高、搭设工作量大;并且这种施工方法只适用于桁架下方有足够的空间和条件搭设临时支撑结构的情况，对于桁架下方无条件搭设临时支撑结构时不适用，具有局限性。

1.设计内容

对于超高层、大跨度钢结构实施转换桁架创新型采用框架-核心筒结构体系，其中最普遍的8节为转换桁架;柱柱对接采用全焊形式，柱梁及支撑节点采用栓焊连接（腹板栓、翼板焊）。

施工依据标准：《钢结构工程施工质量验收标准》GB50205-2020，《钢结构焊接规范》GB50661-2011;下料：下料拼接，钢柱：所有折线十字柱及H形柱，翼缘板及腹板优先整板下料;当需拼接时，需进行二次放样（折点位置）;翼、腹板拼接位置需相互错开至少200mm，且避开折点位置200mm以上;焊接H型钢的翼缘板拼接缝和腹板拼接缝错开的间距不小于200mm 。翼缘板拼接长度不应小于2 倍翼缘板宽且不小于600mm; 腹板拼接宽度不应小于300mm， 长度不小于600mm;箱形构件的侧板拼接长度应≥2倍板宽，且不小于600mm， 相邻两侧板拼接缝的间距不小于200mm;所有拼接缝须避开节点、横隔板、加劲肋或开孔边缘200mm以上，且拼接位置应留在内力较小处，钢梁避开距中1/3处。

不等厚对接位置：不同厚度的钢板拼接时当板厚相差超过4mm时将焊缝焊成斜坡状，最大1：2.5（对接坡口开在厚板侧）;不等厚对接位置腹板下料（部分异型节点板未变厚度，保证变厚度位置翼缘板及腹板开豁位置）;腹板采用直条下料，翼缘板变厚位置的腹板开制坡口时，需注意内锁（位置及厚度详见下料图），内锁位置需考虑腹板长度方向的余量;翼缘板不等厚对接位置坡口开在厚板侧，利于焊缝过渡;所有零部件的下料均按照排版图，需注意变角度十字柱腹板与翼缘板下料余量（端铣余量及焊接收缩余量）的设置;柱顶需预留5mm端铣余量;此外，长度方向上预留≥1.5‰的焊接收缩余量。

组装：十字柱、焊接H型钢、箱形斜撑组装执行通用焊接工艺;制作基准，钢柱牛腿定位及下端齐头均以端铣面为基准;当钢柱主体存在折线角度时，需采用拉线法保证其主体折线角度，且折点距离上下端的尺寸满足图纸要求;钢柱标高调整：牛腿距离柱顶端的尺寸依据图纸，调整尺寸在下端;栓接孔保证，钢柱箱型牛腿采用部件拼装、焊后与主体进行组装，重点保证端口尺寸及两腹板栓接孔相对位置;所有的箱型腹杆采用后出孔，可用连接板进行配钻，保证两腹板孔群相对位置;十字柱变田字柱制作（双角度、腹板均需要折弯），内柱有8件含田字柱，田字柱截面为900*900，此范围内的腹板40、翼缘板50mm，且内部设置两层或三层加劲板与外部牛腿翼缘对应;此田字段长度约（1.9米、2.4米）

焊接要求：坡口清理：焊接坡口两侧30～50mm 处，在施焊前必须对其表面进行处理，将切割氧化皮彻底打磨干净至金属光泽。

当采用气体保护焊时，应分段对称进行焊接，多层多道焊接头应错开至少50mm;严禁摆宽焊道焊接;严禁大电流焊接，多层多道焊时，层间清理彻底。

对于接点复杂的构件，如牛腿集中处，采用先将各牛腿分别制作完成、分别矫正变形后再进行总装焊接整体拼装和焊接的方法进行制作，以减少和降低焊接变形与焊接应力;可以采用部件装配-焊接法的构件，通过“化整为零，集零为整”的方式，能够有效减少制作过程中构件的刚性，有利于部件的翻身焊、对称焊，并通过对部件变形的矫正，能有效消减整体构件的焊接变形。 可以对称施焊的焊缝采取对称同时同向施焊，当焊缝在结构上分布不对称时，如果焊缝位于构件中性轴两侧，可通过调节焊接热输入和交替施焊的顺序进行控制变形。对较长的焊缝采取分段退焊法和跳焊法，避免焊缝局部加热集中。

3. 结语

对于超高层建筑的转换桁架，需要搭设大量的临时支撑结构，搭设材料成本高、搭设工作量大;并且这种施工方法只适用于桁架下方有足够的空间和条件搭设临时支撑结构的情况，对于桁架下方无条件搭设临时支撑结构时不适用，具有局限性。提出一种钢结构超高层项目转换桁架加工工艺，采用框架-核心筒结构体系，其中最普遍的8节为转换桁架;柱柱对接采用全焊形式，柱梁及支撑节点采用栓焊连接。可有效减小大跨度转换桁架两端剪力墙的弯矩，改变桁架与钢板组合剪力墙连接节点形式的方法共同来提高钢板组合剪力墙的抗弯承载力，配合栓焊连接、全焊形式等焊接工艺，增强构件安全性能，可在传递荷载较大的高层建筑结构中广泛应用。

参考文献：

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