一种超大型组合h型截面钢柱及其制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种超大型组合H型截面钢柱，包括两块工字钢和连接腹板；所述两块工字钢分别安装在所述连接腹板两侧，安装后的截面呈H型；所述连接腹板的上端面与两侧工字钢形成凹形结构，沿凹形结构设有加劲板、在加劲板上设有加强杆；同时本发明还提供了钢柱的制作方法。本发明所述的钢柱及其制作方法，在保证了柱承重力的同时，最大限度的简化了柱的结构，节约了原材料，节省成本，制作过程简单且能保证安装精度，增加了有效的建筑使用面积，同时减少结构自重，减小结构地震反应。
【专利说明】一种超大型组合H型截面钢柱及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种钢结构和钢结构的制作方法，具体涉及一种超大型组合H型截面钢柱及其制作方法。
【背景技术】
[0002]武汉绿地中心位于武昌滨江商务区核心区域，与汉口百年外滩隔江相望，地理位置十分优越，是武汉新一轮城市发展的重点区域。武汉绿地中心由一幢主塔楼、一幢办公辅楼、一幢公寓楼及裙楼组成，其中主塔楼地下室6层，地上125层，地上建筑面积32.3万平方米，总建筑高度为606米。是一座集办公、会展、酒店、观光娱乐、商业等为一体的综合大楼，建成后将成为武汉超高层地标性建筑。
[0003]塔楼框架采用适合商用超高层建筑的结构体系:巨型框架一核心筒一伸臂桁架结构体系。该体系由三个部分组成:内置钢骨柱和钢板的钢筋混凝土核心筒、外框型钢混凝土柱和楼层钢梁形成巨型框架，相应楼层部位设置环带桁架、伸臂桁架加强外框与内筒的连接。地下钢结构主要由12根钢骨巨柱、楼层钢梁、核心筒钢骨柱钢板剪力墙三大部分组成，
钢骨巨柱包括组合H型截面和十字型截面；组合H型截面巨柱分段长度较长，分段外形尺寸较大，且重量较重，属超长、超宽构件，对运输影响较大。钢骨巨柱分段结构相对简单，与其连接的仅只有楼层钢梁牛腿，故其内部仅局部有加劲肋。由于巨柱分段外形尺寸大，腹板高度高，结构易产生变形，因此需考虑结构的加强，防止倒运、吊装过程中产生塑性变形。巨柱分段对外形尺寸精度要求较高，工厂加工制作时应进行严格控制。
【发明内容】
[0004]发明目的:为了解决施工过程中运输不便、现场加工难度大，施工面要求高的问题，更便于质量控制、节约安装成本，本发明提供一种超大型组合H型截面钢柱及其制作方法。
[0005]技术方案:本发明所述的超大型组合H型截面钢柱，包括两块工字钢和连接腹板；所述两块工字钢分别安装在所述连接腹板两侧，安装后的截面呈H型；所述连接腹板的上端面与两侧工字钢形成凹形结构，沿凹形结构设有加劲板、在加劲板上设有加强杆。
[0006]所述工字钢侧面安装有牛腿和栓钉。
[0007]所述超大型组合H型截面钢柱尺寸为4050x2350x70x80mm，采用Q345GJC-Z25钢板制成。
[0008]所述两块工字钢呈不平行设置，相互之间的角度为1.5±0.2度。
[0009]所述超大型组合H型截面钢柱的制作方法，包括如下步骤:
(1)采用2000吨油压机对工字钢和连接腹板进行矫平，采用数控直条切割机或数控等离子切割机对牛腿、栓钉进行切割，切割时预留焊接收缩量和加工余量，切割后进行填补、打磨、除溃和毛刺；
(2)在车间平台上画出相关的巨柱中心线、牛腿中心线、角度线、牛腿端面企口位置线，设置卧式胎架，卧式胎架分三行设置、中间胎架高、两侧胎架低；
(3)在卧式胎架的中间胎架上定位、安装连接腹板，在卧式胎架的两侧胎架上依次定位、安装工字钢；
(4)对连接腹板与两侧工字钢的连接处进行焊接；
(5)安装加劲板和加强杆；
(6)划控制线，对安装好的构件进行矫正、检测，对H型端面进行端铣；
(7)在工字钢侧面定位、安装牛腿、并焊接，在工字钢侧面定位、安装栓钉、并焊接；
(8)整体测量，验收。
[0010]所述步骤(3)包括定位时将腹板中心线及外边线对齐地面位置线，同时控制其端部与地面位置的吻合度。定位正确后与胎架点焊接牢固；零件局部平面度不超过2_，外形尺寸± Imm,装配基准线±0.5mmο构件定位时，以一端为正作端进行加工制作，余量放在另外一端。
[0011]所述步骤(4)的焊接包括:采用电加热板对焊缝两侧进行预热，严格按电加热数字温控箱和测温笔进行监控，预热后采用埋弧焊接，点焊连接腹板上端面与两侧工字钢的连接处，待焊至坡口深度一半时翻身进行清根再焊接连接腹板下端面与两侧工字钢的连接处，同样焊至一半坡口深度后翻身焊连接腹板上端面与两侧工字钢的连接处，依此通过不断翻身对称焊接，控制焊接变形，焊后探伤检测；焊缝处50mm范围以内的铁锈、油污等应进行打磨清理干净，直至露出金属光泽后才能进行拼装；在专用工字钢自动组装机或者专用组装平台上组装成H型构件，工字钢和连接腹板中心线必须对齐；工字钢拼装定位焊所采用的焊接材料须与正式焊缝的要求相同，定位焊的焊脚不应大于设计焊缝的得大于8mm，定位焊缝长度宜为500mnT600mm，定位焊不得有裂纹、气孔、夹渣，否则必须清除后重新焊接。
[0012]所述步骤(6)包括:对构件整体进行检查测量，特别是钢柱上下两端的截面尺寸以及连接腹板与工字钢的垂直度、直线度，必须由专职检查人员进行全面测量检查，同时对主要焊缝进行超声波探伤，满足要求后采用钢针划线的方法划出上下端面的端铣加工位置线，并用洋冲印进行标记，作为端铣时的检查基准，然后进行H型构件端面端铣。
[0013]所述步骤(7)包括:牛腿定位时必须按平台上的基准定位线进行定位，采用线锤，利用钢尺、经纬仪配合定位，定位焊应牢固，防止碰撞产生偏差，按巨柱竖向正放安装牛腿，牛腿焊接采用CO2气体保护焊进行焊接，焊接顺序采用先焊连接腹板竖向角焊缝，后焊工字钢的平角焊；焊接前根据工艺要求，对于需要预热焊接的部位采用陶瓷电加热板进行预热，并用测温笔测量预热温度；焊接过程中应及时对焊接部位进行层间温度的控制。
[0014]所述步骤(8)包括:需采用全站仪和地面定位线方法进行综合测量，以确保其精度；构件焊接矫正后公差要求:钢柱高度:± 1mm、钢柱宽度；±2mm、腹板中心偏移:± 1mm、翼缘板垂直度；± 2mm、柱身弯曲矢度:L/1000mm。且不大于10mm，腹板局部平整度:2mm。
[0015]有益效果:本发明所述的超大型组合H型截面钢柱及其制作方法具有如下优点:
1、本发明结构设计新颖、在保证了柱承重力的同时，最大限度的简化了柱的结构，节约了原材料，节省成本，增加了有效的建筑使用面积，同时减少结构自重，减小结构地震反应，提闻支撑效果。
[0016]2、本发明所述的制作方法，解决了工厂化生产的问题，大大加快了制作的进度，缩短了工期，同时合理的设计减少了焊接的难度及工作量，方便施工，减少施工措施费用，并节省工期。
[0017]3、本发明中整体合理的组装顺序、焊接顺序和焊接方法，进一步保证了制作出的巨柱的质量；减小分段加工过程中的焊接变形，同时保证大尺度钢柱的外形精度；严格控制安装过程中精度以及总体尺寸等，保证现场安装的方便快捷以及安装质量，同时为减少拼装工作量。
[0018]4、本发明为典型的超高层建筑结构，所提供的超大型组合H型截面钢柱的结构及其制作方法可以推广到其他高层建筑结构的建造，并为交叉施工提供便捷。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为超大型组合H型截面钢柱的结构示意图。
[0020]图2为步骤(2)的示意图。
[0021]图3为步骤(4)的示意图。
[0022]图4为步骤(5)的示意图。
【具体实施方式】
[0023]下面通过附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于实施例。
[0024]实施例1:如图1所示的一种超大型组合H型截面钢柱，包括两块工字钢2和连接腹板I ;两块工字钢2分别安装在连接腹板I两侧，安装后的截面呈H型；连接腹板I的上端面与两侧工字钢2形成凹形结构，沿凹形结构设有加劲板3、在加劲板3上设有加强杆4 ；工字钢2侧面安装有牛腿5和栓钉6 ;两块工字钢2呈不平行设置，相互之间的角度为1.5。超大型组合H型截面钢柱采用Q345GJC-Z25钢板制成，尺寸为4050x2350x70x80mm。
[0025]上述超大型组合H型截面钢柱通过如下方法制作而成:
(1)采用2000吨油压机对工字钢和连接腹板进行矫平，采用数控直条切割机或数控等离子切割机对牛腿、栓钉进行切割，切割时预留焊接收缩量和加工余量，切割后进行填补、打磨、除溃和毛刺；
(2)在车间平台上画出相关的巨柱中心线、牛腿中心线、角度线、牛腿端面企口位置线，设置卧式胎架，卧式胎架分三行设置、中间胎架高、两侧胎架低，如图2所示；
(3)在卧式胎架的中间胎架上定位、安装连接腹板，在卧式胎架的两侧胎架上依次定位、安装工字钢；定位时将连接腹板中心线及外边线对齐地面位置线，同时控制其端部与地面位置的吻合度。定位正确后与胎架点焊接牢固；零件局部平面度不超过2mm，外形尺寸±lmm,装配基准线±0.5mm。构件定位时，以一端为正作端进行加工制作,余量放在另外一端;
(4)对连接腹板与两侧工字钢的连接处7进行焊接，如图3所示；采用电加热板对焊缝两侧进行预热，严格按电加热数字温控箱和测温笔进行监控，预热后采用埋弧焊接，点焊连接腹板上端面与两侧工字钢的连接处，待焊至坡口深度一半时翻身进行清根再焊接连接腹板下端面与两侧工字钢的连接处，同样焊至一半坡口深度后翻身焊连接腹板上端面与两侧工字钢的连接处，依此通过不断翻身对称焊接，控制焊接变形，焊后探伤检测；焊缝处50_范围以内的铁锈、油污等应进行打磨清理干净，直至露出金属光泽后才能进行拼装；在专用工字钢自动组装机或者专用组装平台上组装成H型构件，工字钢和连接腹板中心线必须对齐；工字钢拼装定位焊所采用的焊接材料须与正式焊缝的要求相同，定位焊的焊脚不应大于设计焊缝的2/3，且不得大于8mm，定位焊缝长度宜为500mnT600mm，定位焊不得有裂纹、气孔、夹渣，否则必须清除后重新焊接。
[0026](5)安装加劲板3和加强杆4，如图4所示；
(6)划控制线，对安装好的构件进行矫正、检测，对H型端面进行端铣；对构件整体进行检查测量，特别是钢柱上下两端的截面尺寸以及连接腹板与工字钢的垂直度、直线度，必须由专职检查人员进行全面测量检查，同时对主要焊缝进行超声波探伤，满足要求后采用钢针划线的方法划出上下端面的端铣加工位置线，并用洋冲印进行标记，作为端铣时的检查基准，然后进行H型构件端面端铣；
(7)在工字钢侧面定位、安装牛腿、并焊接，在工字钢侧面定位、安装栓钉、并焊接；牛腿定位时必须按平台上的基准定位线进行定位，采用线锤，利用钢尺、经纬仪配合定位，定位焊应牢固，防止碰撞产生偏差，按巨柱竖向正放安装牛腿，牛腿焊接采用CO2气体保护焊进行焊接，焊接顺序采用先焊连接腹板竖向角焊缝，后焊工字钢的平角焊；焊接前根据工艺要求，对于需要预热焊接的部位采用陶瓷电加热板进行预热，并用测温笔测量预热温度；焊接过程中应及时对焊接部位进行层间温度的控制；
(8)整体测量，验收；需采用全站仪和地面定位线方法进行综合测量，以确保其精度；构件焊接矫正后公差要求:钢柱高度:± 1mm、钢柱宽度；±2mm、腹板中心偏移:±lmm、翼缘板垂直度；±2mm、柱身弯曲矢度:L/1000mm，且不大于10臟，腹板局部平整度:2mm。
[0027]如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。
【权利要求】
1.一种超大型组合H型截面钢柱，其特征在于:包括两块工字钢和连接腹板；所述两块工字钢分别安装在所述连接腹板两侧，安装后的截面呈H型；所述连接腹板的上端面与两侧工字钢形成凹形结构，沿凹形结构设有加劲板、在加劲板上设有加强杆。
2.根据权利要求1所述的超大型组合H型截面钢柱，其特征在于:所述工字钢侧面安装有牛腿和栓钉。
3.根据权利要求1所述的超大型组合H型截面钢柱，其特征在于:所述两块工字钢呈不平行设置，相互之间的角度为1.5±0.2度。
4.根据权利要求1所述超大型组合H型截面钢柱的制作方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)采用2000吨油压机对工字钢和连接腹板进行矫平，采用数控直条切割机或数控等离子切割机对牛腿、栓钉进行切割，切割时预留焊接收缩量和加工余量，切割后进行填补、打磨、除溃和毛刺； (2)在车间平台上画出相关的巨柱中心线、牛腿中心线、角度线、牛腿端面企口位置线，设置卧式胎架，卧式胎架分三行设置、中间胎架高、两侧胎架低； (3)在卧式胎架的中间胎架上定位、安装连接腹板，在卧式胎架的两侧胎架上依次定位、安装工字钢； (4)对连接腹板与两侧工字钢的连接处进行焊接； (5)安装加劲板和加强杆； (6)划控制线，对安装好的构件进行矫正、检测，对H型端面进行端铣； (7)在工字钢侧面定位、焊接安装牛腿，在工字钢侧面定位、焊接安装栓钉； (8)整体测量，验收。
5.根据权利要求4所述超大型组合H型截面钢柱的制作方法，其特征在于:所述步骤(3)包括:定位时将连接腹板中心线及外边线对齐地面位置线，同时控制其端部与地面位置的吻合度；定位正确后与胎架点焊接牢固，局部平面度不超过2mm、外形尺寸±lmm、装配基准线±0.5_。
6.根据权利要求4所述超大型组合H型截面钢柱的制作方法，其特征在于:所述步骤(4)的焊接包括:采用电加热板对焊缝两侧进行预热，严格按电加热数字温控箱和测温笔进行监控，预热后采用埋弧焊接，点焊连接腹板上端面与两侧工字钢的连接处，待焊至坡口深度一半时翻身进行清根再焊接连接腹板下端面与两侧工字钢的连接处，同样焊至一半坡口深度后翻身焊连接腹板上端面与两侧工字钢的连接处，依此通过不断翻身对称焊接，控制焊接变形，焊后探伤检测；焊缝处50mm范围以内的铁锈、油污等应进行打磨清理干净，直至露出金属光泽后才能进行拼装；在专用工字钢自动组装机或者专用组装平台上组装成H型构件，工字钢和连接腹板中心线必须对齐；定位焊的焊脚不应大于设计焊缝不得大于8mm，定位焊缝长度宜为500mnT600mm，定位焊不得有裂纹、气孔、夹渣，否则必须清除后重新焊接。
7.根据权利要求4所述超大型组合H型截面钢柱的制作方法，其特征在于:所述步骤(6)包括:对构件整体进行检查测量，特别是钢柱上下两端的截面尺寸以及连接腹板与工字钢的垂直度、直线度，必须由专职检查人员进行全面测量检查，同时对主要焊缝进行超声波探伤，满足要求后采用钢针划线的方法划出上下端面的端铣加工位置线，并用洋冲印进行标记，作为端铣时的检查基准，然后进行H型构件端面端铣。
8.根据权利要求4所述超大型组合H型截面钢柱的制作方法，其特征在于:所述步骤(7)包括:牛腿定位时必须按平台上的基准定位线进行定位，采用线锤，利用钢尺、经纬仪配合定位，定位焊应牢固，防止碰撞产生偏差，按钢柱竖向正放安装牛腿，牛腿焊接采用CO2气体保护焊进行焊接，焊接顺序采用先焊连接腹板竖向角焊缝，后焊工字钢的平角焊；焊接前根据工艺要求，对于需要预热焊接的部位采用陶瓷电加热板进行预热，并用测温笔测量预热温度；焊接过程中应及时对焊接部位进行层间温度的控制。
9.根据权利要求4所述超大型组合H型截面钢柱的制作方法，其特征在于:所述步骤(8)包括:需采用全站仪和地面定位线方法进行综合测量，以确保其精度；焊接矫正后公差要求:钢柱高度:± 1mm、钢柱宽度；±2mm、连接腹板中心偏移:± 1mm、工字钢垂直度；±2mm、柱身弯曲矢度:L/1000mm,且不大于1mm,连接腹板局部平整度:2mm。
【文档编号】E04C3/32GK104196166SQ201410441603
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年9月1日 优先权日:2014年9月1日
【发明者】李翠光, 付鹏, 李勇军, 徐文秀, 范涛 申请人:江苏沪宁钢机股份有限公司