复杂人字形圆管组合柱加工技术

葛英献 员建成

1.工程概况

某超高层项目是集超市、商业CBD、餐饮、公寓、休闲娱乐等为一体的城市综合体项目，总建筑面积约18万m2，地下4层，地上39层，总建筑高度约218m，整体用钢量约1.2万t，为地标性建筑。

该项目采用核心筒-框架结构体系，框架柱均采用圆管钢结构，每层设置连接核心筒的辐射梁；外筒钢框架横截面布置为八边形，由20根圆管柱呈矩形排列，上部框架采用四棱锥形，由16根圆管柱组成，框架的角柱交汇处设置带角度的分岔圆管组合柱进行钢柱过渡，支撑整个上部结构。

人字形组合柱具有构造复杂，加工难度大，精度高等诸多特点，且为高空吊装。本技术克服难点，并逐一制定解决对策，实现了人字形复杂组合柱的顺利安装[1]。

图1 人字形圆管组合柱

2.技术特点分析

2.1 构件特点

受结构要求，该项目18节钢柱人字形组合圆管进行过渡，支撑上部结构，且组合圆管存在向核心筒切斜的内折角度，增大了施工难度；圆管截面均为PD900×24mm，组合柱分岔位置设置环形牛腿，与辐射框梁采用栓接连接的方式；组合柱由上段柱、分岔节点及人字下段柱、环形牛腿四大部分组成，构件形式如图1所示。

2.2 技术难点及解决途径

依据构件特点进行工艺性审查，分析制作难点并逐一制定解决对策：

（1）组合圆管柱整体角度的控制；针对这一难点，其思路为部件分段、分件卷制，组合下柱及上段柱圆管卷成型后切割贯口，分段组装；分岔节点采用异形卷制，节点组拼的方式，最终主体组装。

（2）不规则贯口接头组对质量的控制；针对这一难点，其思路为贯口逐一依据计算机放样进行实体放样，最终切割修整，以满足接头组装要求，控制组对间隙及坡口角度，减少焊接填充量。

（3）分岔节点位置环形牛腿定位精度控制；牛腿与钢梁采用栓焊连接方式，牛腿腹板螺栓用量约100余套，需保证腹板穿孔率，防止翼缘板错边现场。将环形牛腿部分整体地组装，拆分组装方式，保证其部件精度。

（4）分岔节点区域焊缝布置集中，且焊接填充量大，焊接变形的控制尤为重要；为加强焊接过程变形的控制，采用均布拘束板的方式，同时制定合理的焊接顺序，来控制焊接变形[2]。

3.人字形组合柱制作工艺

3.1 圆管贯口放样

为保证圆管柱主体角度及相贯位置的接头组对质量，贯口展开图均进行计算机放样，贯口放样时需考虑壁厚及接头成型等因素；上段柱及组合下柱采用最长边下料，卷纸成型后切割贯口，过渡段采用一分为二的异形件下料方式，放样图如2、3所示。

图2 人字段下柱切割贯口图

图3 过渡段放样展开图

3.2 贯口切割

首先确定圆管环向四等分线，作为贯口切割、部件组装及零件组装的基准，并依据放样展开图进行实物划线描点。

3.3 主体组装

（1）分岔节点采用地样立式组装的原则，依据模型及深化设计图进行工艺图深化，重点控制关键点尺寸、贯口截面及部件倾斜角度等，如图4所示。

（2）主杆件采用三接一的卧式组装方式，通过圆管基准点与地样线的吻合度及空间尺寸测量来保证主体倾斜角度；所有环缝对接均采用带钢衬垫的全熔透焊缝，接头组对后，均布设防变形拘束板，然后进行主体部件的焊接。

图4 过渡段组装工艺图

3.4 牛腿组焊

采用整体地样组装，拆分焊接的方式，待焊接完成后，与主部件进行整体组装，组装基准采用贯口切割基准，所有零部件的组装基准始终保持一致。

牛腿定位以四等分线为基准做辅助线，针对每个牛腿绘制空间尺寸图，标注其与组合柱及钢梁连接关键点的空间尺寸（六点定位），较二维图纸标注更为直观，方便；待牛腿尺寸复核完成后，遵循分散、多层多道原则进行施焊。

3.5 构件验收

整体焊接完成后，对主控尺寸进行复核，并进行必要的火焰校正，焊缝的无损探伤。经监理验收合格后，转入下道工序[3]。

4.结语

综上所述，人字形圆管组合柱结构复杂，也决定了构件在制作过程中具有较大的难度。本文从圆管的放样下料、零部件组焊顺序及质量控制等工序成功地解决了一系列的加工难题，尤其在复杂贯口及异形圆弧板的放样技术、带角度牛腿的空间定位技术方面积累了丰富的经验，及时形成了一套较为完善的人字形型复杂圆管柱的制作工艺[4]。

随着制作工艺的日趋成熟，人字形圆管组合柱的制作周期得到有效缩短，制作精度和变形控制得到了大大提高，降低制作成本，具有极大的推广价值。