一种大跨度、大角度塔冠连接巨柱的制作方法与流程

本发明涉及一种钢柱的制作，具体是一种大跨度、大角度塔冠连接巨柱的制作方法。属于建筑钢结构技术领域。

背景技术：

随着国内大型超高层复杂钢结构工程的增多，钢结构工程中的巨柱跨度越来越大，形式也越来越复杂，制造难度加大，而构件的制作精度要求也越来越高。为提高构件的制作效率，缩短项目工期，如何采用合理简单高效的制作方法完成构件的制作，不仅满足设计的受力要求，而且保证较高制作精度焊接质量，现在成为了钢结构建筑行业的重要研究热点之一。

某工程位于深圳市福田区，建筑总面积约48.9万平方米，主体结构高度为558.45米，塔尖高度为660米，是一幢以甲级写字楼为主、集购物、观光、餐饮、娱乐为一体的综合性大型超高层建筑。该巨柱位于塔楼顶端塔冠连接位置，内连核心筒内钢梁，外接顶端塔冠结构，是塔楼关键节点位置，在该工程的整体结构中起着重要作用。

筒外41节巨柱总长约为14米，主体为箱型结构，本体材质为Q345GJC，且板厚最厚达80mm。箱型巨柱外部分布着复杂箱型牛腿、型钢牛腿及双T型牛腿，其中外部伸出的塔冠连接部分，与巨柱本体倾斜角度达到64°，制作精度要求高，并且巨柱顶端内部错综复杂的分布着板厚不同的隔板，隔板定位与施焊难度较大。因本结构需要与上部塔冠结构相连，制作精度要求极高，如何在制作中克服整体的尺寸控制、加工精度及焊接变形等不利因素，成为构件制作的难点。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种跨度、大角度塔冠连接巨柱的制作方法，从整体的制作方法，如何控制尺寸及焊接质量等方面着手，探究高效、高质量的制作方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种大跨度、大角度塔冠连接巨柱的制作方法，该巨柱包括相互焊接在一起的第一单元和第二单元，两个单元均包括下翼板、中间腹板、左腹板、右腹板和上翼板，在所述下翼板和上翼板上布置加强板，所述上、下翼板和左、右腹板表面布置与其垂直的栓钉及钢筋连接器，所述第一单元的下翼板布置有与钢梁连接的H型斜牛腿，上翼板布置有与钢梁连接的双T型牛腿，所述第二单元的上翼板布置有箱型牛腿和型钢牛腿，下翼板和右腹板布置有异形箱型牛腿，以及与与塔冠结构连接的塔冠连接件，所述巨柱本体及各个牛腿表面设置有连接耳板，所述塔冠连接件与巨柱本体倾斜角度达60°，所述左腹板与上、下翼板之间呈74°的倾斜角度，且在第二单元内部布置各种横纵向加强隔板和封板，所述制作方法包括以下步骤：

步骤一、根据连接巨柱的整体结构特点，制定分段制作的整体方案；

步骤二、进行第一单元分段的装焊：

首先进行下翼板定位，在划线的下翼板上先组装中间腹板，将中间腹板对称焊接于上、下翼板之间，然后组装左、右腹板，并进行对称施焊，先焊接内侧焊缝至两层，然后在外侧气刨清根，进行填充至1/3，再将内外侧的焊缝填满盖面；

步骤二、进行第二单元分段的装焊：

首先定位下翼板，在下翼板上划线定位组焊横向隔板、中间竖向隔板及两侧的竖向隔板，然后组焊竖向隔板间的下层隔板，逐步退装焊接内隔板，再组焊上部隔板；其次组装焊接左腹板及内侧封板，然后焊接塔冠连接件伸出的中间板，将塔冠连接部位中间板两侧的翼腹板进行组装焊接；将上翼板、右腹板及封板进行组装焊接，最后定位组焊箱型牛腿和异形箱型牛腿；

步骤三、第一单元分段和第二单元分段分别组装焊接完成，并经过探伤检验合格后，进行整体的组焊；

步骤四、根据深化设计图纸，预先在钢柱翼腹板需要焊接钢筋连接器及栓钉的位置画线示出，在钢柱上焊接耳板、连接板，在划线位置植焊栓钉,并在对应位置焊接钢筋连接器。

优选地，在步骤二中，采用全站仪与划线定位组合的方式，将双T型牛腿及H型斜牛腿组焊在第一单元分段的上、下翼板上。

优选地，在步骤三中采用全站仪与放地样配合的方式进行坐标定位，焊接时进行焊前预热及焊后保温，焊接过程中层间温度控制在120-250℃，焊接完成后采用电加热对构件进行后热处理，温度为250-350℃，保温2～3h，并用石棉布覆盖保温缓冷至室温。

优选地，在步骤四中第一单元分段和第二单元分段拼接时开设过渡坡口，并采用斜撑进行加强，焊接时采用对称焊接，多层多道焊。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明根据构件的整体结构特点，采用分段制作的方法，装配工艺方面重点关注异形塔冠连接部分与本体之间倾斜的角度及牛腿定位，根据深化设计坐标点，采用端部设置控制点、全站仪与放地样结合的方式进行辅助测控定位；焊接工艺方面充分考虑构件截面焊接收缩变形、焊接质量控制等，从而制定合理的坡口形式、焊接作业指导书、控制焊接层间温度、注意焊前预热及后热、优化焊接顺序，严格执行焊接参数，提高构件整体焊接质量以及构件的制作精度。

附图说明

图1为本发明中巨柱的结构示意图。

图2为本发明中第一单元的结构示意图。

图3为本发明中第二单元的结构示意图。

图4～图5为本发明中第一单元的组焊示意图。

图6～图15为本发明中第二单元的组焊示意图。

图16为本发明中第一单元和第二单元的拼装示意图。

图17为本发明中在巨柱本体上焊接钢筋连接器、栓钉及耳板的示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1所示，本发明涉及一种大跨度、大角度塔冠连接巨柱的制作方法，该巨柱包括相互焊接在一起的第一单元和第二单元，两个单元均包括下翼板、中间腹板、左腹板、右腹板和上翼板，在所述下翼板和上翼板上布置加强板1，所述上、下翼板和左、右腹板表面布置与其垂直的栓钉2及钢筋连接器3，所述第一单元的下翼板布置有与钢梁连接的H型斜牛腿4，上翼板布置有与钢梁连接的双T型牛腿5，所述第二单元的上翼板布置有箱型牛腿6和型钢牛腿7，下翼板和右腹板布置有异形箱型牛腿8，以及与与塔冠结构连接的塔冠连接件9，所述巨柱本体及各个牛腿表面设置有连接耳板10，所述塔冠连接件9与巨柱本体倾斜角度达60°，所述左腹板与上、下翼板之间呈74°的倾斜角度，且在第二单元内部布置各种横纵向加强隔板11和封板12。

上述巨柱的制作方法具体步骤如下：

（1） 根据图1中大跨度、大角度塔冠连接巨柱的整体结构特点，制定分段制作的整体方案，具体的分段如图2、图3所示；

（2） 参见图4，图5所示第一单元分段的装焊顺序：装配时首先下翼板定位，在划线的下翼板上，先组装中间腹板，为防止焊接变形，可加设临时支撑。焊接时，可安排两名焊工对称焊接翼腹板焊缝；然后组装两侧腹板，焊接时同样安排两名焊工对称施焊，先焊接内侧焊缝至两层，然后在外侧气刨清根，进行填充至1/3，再将内外侧的焊缝填满盖面。

为避免构件整体组装完成后，再装焊牛腿，减少没必要的翻身次数，可在第一单元部分制作时，采用全站仪与划线定位组合的方式，将双T型牛腿及H型斜牛腿组焊在本体上。

（3） 参见图6—图15所示第二单元分段的装焊顺序：首先定位第二单元的下翼板，在下翼板上划线定位组焊横向隔板、中间竖向隔板及两侧的竖向隔板，然后组焊竖向隔板间的下层隔板，逐步退装焊接内隔板，再组焊上部隔板；其次组装焊接第二单元的左腹板及内侧封板，然后焊接塔冠连接件伸出的中间板，将塔冠连接部位中间板两侧的翼腹板进行组装焊接；将第二单元部分的上翼板、右腹板及封板进行组装焊接。最后定位组焊第二单元部分的箱型牛腿、异形箱型牛腿。

在上述的组焊流程中为提高整体的定位精度，采用全站仪与放地样配合的方式，对牛腿、塔冠连接件等重要位置进行坐标定位；由于第二单元部分的塔冠连接件内部最厚板达80mm，异形牛腿本体板厚达50mm， 焊接时尤其需要注意焊前预热及焊后保温，焊接过程中严格将层间温度控制在120-250℃（尤其在防撕裂坡口位置更需注意）。焊接完成后应采用电加热对构件进行后热处理，温度应达到250-350℃，保温2～3h,并用石棉布覆盖保温缓冷至室温。

（4） 参见图16，巨柱第一单元、第二单元分别组装焊接完成，并经过探伤检验合格后，进行整体的组焊。两单元的对接板处，由于两单元翼腹板厚度不一，拼接时开设了过渡坡口，为防止在焊接时产生过大的焊接变形,拼装应采用斜撑进行加强,焊接时采用对称焊接，多层多道焊，以减少焊接变形，焊后对过大的截面变形可采用火焰进行矫正。

（5）参见图17，巨柱第一单元、第二单元组焊完成后，根据深化设计图纸，预先在钢柱翼腹板需要焊接钢筋连接器及栓钉的位置画线示出，在钢柱上焊接耳板、连接板，在划线位置采用栓钉植焊机植焊栓钉，并在对应位置焊接钢筋连接器。

该巨柱位于塔楼顶端塔冠连接位置，内连核心筒内钢梁，外接顶端塔冠结构，是塔楼关键节点位置。为减小现场安装难度，同时满足运输要求，钢柱分两个单元，工厂制作。钢柱截面为2230×1000mm，其中单元一为典型的类箱型柱，外部布置双T型牛腿及斜H型牛腿；单元二箱体内部分布多块横纵向隔板，空间狭小，焊缝密集，且箱体外部布置复杂塔冠连接件及异形牛腿；单元二部分根据内部结构特点，制定最合适的装焊顺序，保证构件制作精度；制作完成后，整体组焊在一起，箱体连接牛腿依次定位组装，异形复杂牛腿采用全站仪三维定位，确保装配精度。大跨度塔冠连接钢柱制作，根据结构特点，采用“分段制作、整体统一”的方式，有效降低了制作的难度，保证了制作精度，提高了生产效率，大大缩短了制作周期，为类似难度的构件制作提供了一定的经验，易于推广使用。

除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。