十字柱转圆管柱结构的制作方法及其十字柱转圆管柱结构与流程

本发明涉及建筑钢结构加工制作技术领域，更具体地说它是十字柱转圆管柱结构的制作方法。本发明还涉及采用十字柱转圆管柱结构的制作方法的十字柱转圆管柱结构。

背景技术：

当今国内建筑钢结构呈现出多样化与复杂化趋势，十字型、箱型、圆管结构形式凭借其在建筑结构体系中所体现出的独特优势，越来越多的应用到钢结构工程之中。

随着我国建筑钢结构加工领域技术的成熟与行业的迅猛发展，十字型、箱型、圆管等结构单一应用向十字与箱型、箱型与圆管、十字与圆管组合应用逐步转型。此外，在高层框架结构设计时，地下结构多采用十字截面或h型截面的钢骨混凝土劲性柱，地上钢柱多采用箱型柱或圆管柱，地下钢柱与地上钢柱之间存在巨大差异，因此其之间的转换变得极其重要。本发明中十字、圆管转换接头为国内建筑结构设计提供了极大的便利。十字柱转圆管结构不像其他常规的钢结构构件(如：箱型、h型、圆管)一样有比较成熟的加工制作工艺，机械化制作更是无从谈起。但是钢柱构件一般作为整个钢结构最主要结构构件，如果其制作方法不科学、不合理，将会影响整个建筑的结构安全性。

申请号为201520287301.7，专利名称为《一种大型十字圆管的转换节点》公开了一种结构紧凑、可用于高层建筑及火车站等混凝土钢骨柱的大型十字圆管的转换节点；此申请只有部分伸入圆管内部，整体结构受力效果不好，且结构过于复杂、焊缝及接头断点过多必然导致构件的应力集中，同时构件加工制作难度太大，构件制作的内外部质量难以保证。

申请号为201220273707.6，专利名称为《钢结构圆管柱与十字柱截面转换节点结构》公开了一种通过箱型柱以及天方地圆锥管与十字柱的截面转换的转换节点结构；此申请十字部分与圆管部分并没有很好结合；不可能实现工业化生产，一般钢结构涉及到天方地圆结构的转换，只能做铸钢节点，此专利采用板件拼装理论上无法实现，天方地圆锥管与箱型柱的连接处为弧面与平面相连接，一般难以实现。

申请号为201120460180.3，专利名称为《十字圆管组合钢柱》公开了一种替代钢筋混凝土的十字圆管组合钢柱；此申请整体结构受力效果不好，结构过于复杂，焊缝过多且交汇于对接点，必然导致构件加工制作的尺寸精度差以及焊缝内外部质量也难以保证，从而影响结构安全。

技术实现要素：

本发明的第一目的是提供十字柱转圆管柱结构的制作方法，缩短生产周期、降低焊接材料的使用量、受力效果较好。

本发明的第二目的是提供采用十字柱转圆管柱结构的制作方法的十字柱转圆管柱结构。

为了实现上述本发明的第一目的，本发明的技术方案为：十字柱转圆管柱结构的制作方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：组装环形h型牛腿：将四块环形翼缘板和四块环形h型牛腿腹板组装成第一个环形h型牛腿；参照第一个环形h型牛腿的组装方法组装第二个环形h型牛腿；对二个环形h型牛腿的环形翼缘板和环形h型牛腿腹板之间形成的条状的预留二氧化碳气体保护焊焊接间隙进行双面角焊缝焊接；

步骤2：组装十字柱腹板：将二块第一十字柱腹板板件和一块第二十字柱腹板板件组装成十字柱腹板，对第一十字柱腹板板件和第二十字柱腹板板件之间形成的条状预留二氧化碳气体保护焊焊接间隙及焊接坡口进行全熔透焊接；

步骤3：组装十字加劲板：将二块第一十字加劲板板件和一块第二十字加劲板板件组装成十字加劲板，对第一十字加劲板板件和第二十字加劲板板件之间形成的条状预留二氧化碳气体保护焊焊接间隙及焊接坡口进行全熔透焊接；

步骤4：装配箱型部分和十字柱部分：将二块箱型部分翼缘板和二块箱型部分腹板、十字柱腹板、十字加劲板装配成箱型部分和十字柱部分；对十字加劲板与箱型部分翼缘板及箱型部分腹板之间形成的条状预留二氧化碳气体保护焊焊接间隙及焊接坡口进行全熔透焊接；对十字柱腹板与箱型部分翼缘板及箱型部分腹板之间形成的条状预留二氧化碳气体保护焊焊接间隙及焊接坡口进行全熔透焊接；

步骤5：装配圆管部分：将十字加劲板和四块圆弧板件装配成圆管部分，将四块圆弧板件装配在十字加劲板上端；对十字加劲板与四块圆弧板件之间形成条状的预留二氧化碳气体保护焊焊接间隙及焊接坡口进行全熔透焊接；

步骤6：装配封板；将八块封板装配于圆管部分上下端口、且装配于圆管部分的圆弧板件和箱型部分的箱型部分翼缘板及箱型部分腹板之间、且装配于十字加劲板的第一十字加劲板板件和第二十字加劲板板件之间；对封板与圆弧板件之间形成的圆弧状预留二氧化碳气体保护焊焊接间隙及焊接坡口进行全熔透焊接；对封板与十字加劲板之间形成的条状预留二氧化碳气体保护焊焊接间隙及焊接坡口进行全熔透焊接；对封板分别与箱型部分翼缘板、箱型部分腹板之间形成的条状预留二氧化碳气体保护焊焊接间隙及焊接坡口进行全熔透焊接；

步骤7：将二个环形h型牛腿装配于圆管部分外壁上；将装配的箱型部分、十字柱部分和圆管部分形成的主体结构放上胎架，装配第一个环形h型牛腿时根据地样上的关键控制点及圆管上的十字基准线进行环形h型牛腿的准确定位，定位时，用铅垂线对环形h型牛腿的各个关键点进行检查，将第一个环形h型牛腿从圆管部分端口套入圆管部分；参照第一个环形h型牛腿的装配方法装配第二个环形h型牛腿；根据点对点坐标检验第一个环形h型牛腿与第二个环形h型牛腿之间控制点的尺寸误差；对环形翼缘板与圆管部分之间形成的环形预留二氧化碳气体保护焊焊接间隙及焊接坡口进行全熔透焊接；对环形h型牛腿腹板与圆管部分之间形成的条状预留二氧化碳气体保护焊焊接间隙进行双面角焊缝焊接；

焊接的焊丝直径为1.2mm，焊接电流为120～400a，电弧电压为19～40v，焊接速度为350～600mm/min，气体流量为10～25l/min。

在上述技术方案中，焊接的位置为平焊位置的焊接电流为120～300a、电弧电压为19～29v、焊接速度为350～600mm/min、气体流量为10～15l/min；焊接的位置为横焊位置的焊接电流为120～240a、电弧电压为19～27v、焊接速度为350～600mm/min、气体流量为10～15l/min；焊接的位置为立焊位置的焊接电流为120～150a、电弧电压为19～19.8v、焊接速度为350～400mm/min、气体流量为10～15l/min。

在上述技术方案中，装配精度为±2mm。

为了实现上述本发明的第二目的，本发明的技术方案为：采用所述的十字柱转圆管柱结构的制作方法的十字柱转圆管柱结构，包括十字柱部分、圆管部分，十字柱部分包括十字柱翼缘板、十字柱腹板1.2，其特征在于：圆管部分包括十字加劲板、圆弧板件、封板，十字加劲板贯穿箱型部分、圆管部分；十字柱腹板由二块第一十字柱腹板板件和一块第二十字柱腹板板件组成，第一十字柱腹板板件和第二十字柱腹板板件之间形成条状的预留二氧化碳气体保护焊焊接间隙及焊接坡口；

十字加劲板由二块第一十字加劲板板件和一块第二十字加劲板板件组成；第一十字加劲板板件和第二十字加劲板板件之间形成条状的预留二氧化碳气体保护焊焊接间隙及焊接坡口；

箱型部分由二块箱型部分翼缘板和二块箱型部分腹板组成，箱型部分翼缘板和箱型部分腹板之间形成条状的预留二氧化碳气体保护焊焊接间隙及焊接坡口；

箱型部分翼缘板和箱型部分腹板均向下形成十字柱翼缘板，十字柱腹板位于十字柱翼缘板内、且焊接于箱型部分下部；十字加劲板焊接于箱型部分上部、且第一十字加劲板板件和第二十字加劲板板件向上伸出箱型部分；十字柱翼缘板与十字柱腹板之间形成条状的预留二氧化碳气体保护焊焊接间隙及焊接坡口；箱型部分翼缘板与十字加劲板之间形成条状的预留二氧化碳气体保护焊焊接间隙及焊接坡口；箱型部分腹板与十字加劲板之间形成条状的预留二氧化碳气体保护焊焊接间隙及焊接坡口；

圆弧板件位于十字加劲板上端、且位于箱型部分上方，圆弧板件与十字加劲板之间形成条状的预留二氧化碳气体保护焊焊接间隙及焊接坡口；

封板位于圆管部分上下端口、且位于圆管部分的圆弧板件和箱型部分的箱型部分翼缘板及箱型部分腹板之间；封板与圆弧板件之间形成圆弧状的预留二氧化碳气体保护焊焊接间隙及焊接坡口；封板与十字加劲板之间形成条状的预留二氧化碳气体保护焊焊接间隙及焊接坡口；封板分别与箱型部分翼缘板、箱型部分腹板之间形成条状的预留二氧化碳气体保护焊焊接间隙及焊接坡口；

环形h型牛腿位于圆管部分外壁上，环形h型牛腿由四块环形翼缘板和四块环形h型牛腿腹板组成；环形翼缘板与圆管部分之间形成环形的预留二氧化碳气体保护焊焊接间隙及焊接坡口；环形h型牛腿腹板与圆管部分之间形成条状的预留二氧化碳气体保护焊焊接间隙。

在上述技术方案中，位于圆管部分外壁上的环形h型牛腿有二个。

在上述技术方案中，封板有八块；圆弧板件有四块；十字柱翼缘板有四块，四块十字柱翼缘板的尺寸相同；十字柱翼缘板的尺寸小于箱型部分翼缘板及箱型部分腹板的尺寸；十字柱腹板的尺寸小于十字加劲板的尺寸。

本发明具有如下优点：

(1)缩短生产周期、降低焊接材料的使用量；

(2)设置十字加劲板及十字柱腹板，本发明整体结构受力效果较好；

(3)本发明在装配本时，以相关国家规范为依据，制定了合理的拼装及焊接步骤，使圆管及箱型内部等隐蔽焊缝具有较好的可操作性，从而保证了本发明各板件之间的焊接质量；

(4)装配圆管柱外侧两层环形h型牛腿时，采用先将环形h型牛腿散装再将环形h型牛腿从圆管端口整体套入的装配顺序，大大减少了构件的翻身移动次数，减小了构件的焊接变形及残余应力，同时有效地保证本发明的外观及尺寸质量；

(5)以国标推荐为依据，结合构件自身特点设计合理的坡口形式，在保证焊接质量的前提下减小焊缝的填充量，并且通过焊接实验选择合理的焊接工艺参数，有效地保证本发明的外观及尺寸质量；

(6)十字柱与圆管柱的结合紧密；整体结构形式简单、受力均衡的同时实现了十字与圆管的转换。

附图说明

图1为本发明两层环形h型牛腿立体结构示意图。

图2为本发明十字柱腹板立体结构示意图。

图3为本发明十字加劲板立体结构示意图。

图4为本发明十字柱翼缘板、十字加劲板及箱型部分组装结构示意图。

图5为本发明圆管部分的圆弧板件组装结构示意图。

图6为图5的右视结构示意图。

图7为本发明环形h型牛腿与圆管部分组装结构示意图。

图8为本发明结构示意图。

图中1-十字柱部分,1.1-十字柱翼缘板,1.2-十字柱腹板,1.2.1-第一十字柱腹板板件,1.2.2-第二十字柱腹板板件,2-圆管部分,3-十字加劲板,3.1-第一十字加劲板板件,3.2-第二十字加劲板板件,4-圆弧板件,5-箱型部分,5.1-箱型部分翼缘板,5.2-箱型部分腹板,6-封板,7-环形h型牛腿,7.1-环形翼缘板,7.2-环形h型牛腿腹板。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明使本发明的优点更加清楚和容易理解。

参阅附图可知：十字柱转圆管柱结构的制作方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：组装环形h型牛腿：将四块环形翼缘板7.1和四块环形h型牛腿腹板7.2组装成第一个环形h型牛腿7；参照第一个环形h型牛腿7的组装方法组装第二个环形h型牛腿7；对二个环形h型牛腿7的环形翼缘板7.1和环形h型牛腿腹板7.2之间形成的条状预留二氧化碳气体保护焊焊接间隙进行双面角焊缝焊接；

步骤2：组装十字柱腹板：将二块第一十字柱腹板板件1.2.1和一块第二十字柱腹板板件1.2.2组装成十字柱腹板1.2，对第一十字柱腹板板件1.2.1和第二十字柱腹板板件1.2.2之间形成的条状预留二氧化碳气体保护焊焊接间隙及焊接坡口进行全熔透焊接；

步骤3：组装十字加劲板：将二块第一十字加劲板板件3.1和一块第二十字加劲板板件3.2组装成十字加劲板3，对第一十字加劲板板件3.1和第二十字加劲板板件3.2之间形成的条状预留二氧化碳气体保护焊焊接间隙及焊接坡口进行全熔透焊接；

步骤4：装配箱型部分和十字柱部分：将二块箱型部分翼缘板5.1和二块箱型部分腹板5.2、十字柱腹板1.2、十字加劲板3装配成箱型部分5和十字柱部分1；对十字加劲板3与箱型部分翼缘板5.1及箱型部分腹板5.2之间形成的条状预留二氧化碳气体保护焊焊接间隙及焊接坡口进行全熔透焊接；对十字柱腹板1.2与箱型部分翼缘板5.1及箱型部分腹板5.2之间形成的条状预留二氧化碳气体保护焊焊接间隙及焊接坡口进行全熔透焊接；

步骤5：装配圆管部分：将十字加劲板3和四块圆弧板件4装配成圆管部分2，将四块圆弧板件4装配在十字加劲板3上端；对十字加劲板3与四块圆弧板件4之间形成的条状预留二氧化碳气体保护焊焊接间隙及焊接坡口进行全熔透焊接；

步骤6：装配封板；将八块封板6装配于圆管部分2上下端口、且装配于圆管部分2的圆弧板件4和箱型部分5的箱型部分翼缘板5.1及箱型部分腹板5.2之间、且装配于十字加劲板3的第一十字加劲板板件3.1和第二十字加劲板板件3.2之间；对封板6与圆弧板件4之间形成的圆弧状预留二氧化碳气体保护焊焊接间隙及焊接坡口进行全熔透焊接；对封板6与十字加劲板3之间形成的条状预留二氧化碳气体保护焊焊接间隙及焊接坡口进行全熔透焊接；对封板6分别与箱型部分翼缘板5.1、箱型部分腹板5.2之间形成的条状预留二氧化碳气体保护焊焊接间隙及焊接坡口进行全熔透焊接；

步骤7：将二个环形h型牛腿装配于圆管部分外壁上；将装配的箱型部分5、十字柱部分1和圆管部分2形成的主体结构放上胎架，装配第一个环形h型牛腿7时根据地样上的关键控制点及圆管上的十字基准线进行环形h型牛腿7的准确定位，定位时，用铅垂线对环形h型牛腿7的各个关键点进行检查(十字基准线定位为公知技术)，将第一个环形h型牛腿7从圆管部分2端口套入圆管部分2；参照第一个环形h型牛腿的装配方法装配第二个环形h型牛腿7；根据点对点坐标检验第一个环形h型牛腿7与第二个环形h型牛腿7之间控制点的尺寸误差；对环形翼缘板7.1与圆管部分2之间形成的环形预留二氧化碳气体保护焊焊接间隙及焊接坡口进行全熔透焊接；对环形h型牛腿腹板7.2与圆管部分2之间形成的条状预留二氧化碳气体保护焊焊接间隙进行双面角焊缝焊接；

焊接的焊丝直径为1.2mm，焊接电流为120～400a，电弧电压为19～40v，焊接速度为350～600mm/min，气体流量为10～25l/min。

焊接的位置为平焊位置的焊接电流为120～300a、电弧电压为19～29v、焊接速度为350～600mm/min、气体流量为10～15l/min；焊接的位置为横焊位置的焊接电流为120～240a、电弧电压为19～27v、焊接速度为350～600mm/min、气体流量为10～15l/min；焊接的位置为立焊位置的焊接电流为120～150a、电弧电压为19～19.8v、焊接速度为350～400mm/min、气体流量为10～15l/min。

装配精度为±2mm。

参阅附图可知：采用所述的十字柱转圆管柱结构的制作方法的十字柱转圆管柱结构，包括十字柱部分1、圆管部分2，十字柱部分1包括十字柱翼缘板1.1、十字柱腹板1.2，其特征在于：圆管部分2包括十字加劲板3、圆弧板件4、封板6，十字加劲板3贯穿箱型部分5、圆管部分2；十字柱腹板1.2由二块第一十字柱腹板板件1.2.1和一块第二十字柱腹板板件1.2.2组成，第一十字柱腹板板件1.2.1和第二十字柱腹板板件1.2.2之间形成条状的预留二氧化碳气体保护焊焊接间隙及焊接坡口；

十字加劲板3由二块第一十字加劲板板件3.1和一块第二十字加劲板板件3.2组成；第一十字加劲板板件3.1和第二十字加劲板板件3.2之间形成条状的预留二氧化碳气体保护焊焊接间隙及焊接坡口；

箱型部分5由二块箱型部分翼缘板5.1和二块箱型部分腹板5.2组成，箱型部分翼缘板5.1和箱型部分腹板5.2之间形成条状的预留二氧化碳气体保护焊焊接间隙及焊接坡口；

箱型部分翼缘板5.1和箱型部分腹板5.2均向下形成十字柱翼缘板1.1，十字柱腹板1.2位于十字柱翼缘板1.1内、且焊接于箱型部分5下部；十字加劲板3焊接于箱型部分5上部、且第一十字加劲板板件3.1和第二十字加劲板板件3.2向上伸出箱型部分5；十字柱翼缘板1.1与十字柱腹板1.2之间形成条状的预留二氧化碳气体保护焊焊接间隙及焊接坡口；箱型部分翼缘板5.1与十字加劲板3之间形成条状的预留二氧化碳气体保护焊焊接间隙及焊接坡口；箱型部分腹板5.2与十字加劲板3之间形成条状的预留二氧化碳气体保护焊焊接间隙及焊接坡口；

圆弧板件4位于十字加劲板3上端、且位于箱型部分5上方，圆弧板件4与十字加劲板3之间形成条状的预留二氧化碳气体保护焊焊接间隙及焊接坡口；

封板6位于圆管部分2上下端口、且位于圆管部分2的圆弧板件4及箱型部分5的箱型部分翼缘板5.1、箱型部分腹板5.2之间；封板6与圆弧板件4之间形成圆弧状的预留二氧化碳气体保护焊焊接间隙及焊接坡口；封板6与十字加劲板3之间形成条状的预留二氧化碳气体保护焊焊接间隙及焊接坡口；封板6分别与箱型部分翼缘板5.1、箱型部分腹板5.2之间形成条状的预留二氧化碳气体保护焊焊接间隙及焊接坡口；

环形h型牛腿7位于圆管部分2外壁上，环形h型牛腿7由四块环形翼缘板7.1和四块环形h型牛腿腹板7.2组成；环形翼缘板7.1与圆管部分2之间形成环形的预留二氧化碳气体保护焊焊接间隙及焊接坡口；环形h型牛腿腹板7.2与圆管部分2之间形成条状的预留二氧化碳气体保护焊焊接间隙。

位于圆管部分2外壁上的环形h型牛腿7有二个。

封板6有八块；圆弧板件4有四块；十字柱翼缘板1.1有四块，四块十字柱翼缘板1.1的尺寸相同；十字柱翼缘板1.1的尺寸小于箱型部分翼缘板5.1及箱型部分腹板5.2的尺寸；十字柱腹板1.2的尺寸小于十字加劲板3的尺寸。

其它未说明的部分均属于现有技术。