广东科学中心复杂钢构件与节点成型技术研究

２０１１年２月第４０卷第４期

施工技术

ＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ

１５

广东科学中心复杂钢构件与节点成型技术研究

张季超１，刘

（１．广州大学结构Ｘ－程研究所，广东广州

晨１，周观根２，陈

原１

３１１２０９）

５１０００６；２．浙江东南网架股份有限公司，浙江杭州

［摘要］结合广东科学中心主工程楼的大跨度钢结构．重点介绍了厚钢板折弯成型技术难点与措施，折弯“日”字形、“目”字形钢柱的成型技术难点与措施，复杂节点成型技术难点与措施及厚壁窄坡口埋弧焊焊接技术的难点与措施。有效地保证了工程的施工进度及质量，成功解决了广东科学中心巨型钢结构复杂构件与节点成型难题。［关键词】大跨度钢结构；折弯成型；节点成型；厚板焊接【中图分类号】ＴＵ７５８．１６Ｒｅｓｅａｒｃｈ

ｏｎ

［文献标识码】Ａ【文章编号】１００２－８４９８（２０１Ｉ）０４－００１５－０３

ＣｏｍｐｌｅｘＳｔｅｅｌＣｏｍｐｏｎｅｎｔｓａｎｄＮｏｄｅＦｏｒｍｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

ｉｎＧｕａｎｇｄｏｎｇＳｃｉｅｎｃｅＣｅｎｔｅｒ

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（１．Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ

Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ

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３１

１

５１０００６，Ｃｈｉｎａ；

２．ＺｈｅｊｉａｎｇＳｏｕｔｈｅａｓｔＳｐａｃｅＦｒａｍｅＣｏｍｐａｎｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ。Ｚｈｅｊｉａｎｇ

２０９，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ

ｏｎ

ｔｈｅｌａｒｇｅ—ｓｐａｎｓｔｅｅｌ

ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ

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ａｒｅ

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１．２技术措施

１）成型工艺原理

ｐｌａｔｅｗｅｌｄｉｎｇ

广东科学中心主楼巨型复杂钢框架结构为大跨度悬挑钢结构，部分悬挑跨度达４５ｍ。巨型钢框架

结构中含有大量带折线的“１３”字形、“目”字形钢

经对各种加工方法的加工

质量、工作效率，特别是加工过程对材料损伤以及加工成本等各种因素综合分析，带折线钢柱上下翼板折弯采取厚钢板热弯成型技术。成型参数：①加热

温度

加热温度控制在９５０一ｌ０５０℃。根据液压机

柱。“日”字形、“目”字形钢柱与柱间支撑连接节点、Ｈ型桁架结构中腹杆与弦杆的连接节点复杂，各节点部位均突出在构件边缘。且方向各异，难度超过以往大跨度钢结构施工范例¨４１。

１厚钢板折弯成型技术１．１技术难点

的进给量控制折弯角度，同时控制好进给速度、回弹量和终压温度（７５０℃）；②锻压温度８００％时应停止锻压；③冷却方法应缓慢，一般应小于ｌＯＯｍｍ／ｍｉｎ。

成型工艺原理为：将毛坯进行控温加热至一定温度后，在控温下锻压至符合设计要求的形状。

２）制作工艺流程

深化设计一下料一加热＿＋

钢板折弯成型后的

却。严禁采用洒水冷却方法；④加压速度

当温度低于室温下自然冷

加压速度

工程中采用的巨型钢框架结构中含有大量带折线的“日”字形、“目”字形钢柱，带折线的钢柱上下翼缘板厚５０—９０ｒａｍ；折弯成型后夹角为１６ｌ。一１７９。，采用Ｑ３４５Ｃ－Ｚ２５钢材，加工具有很大难度。

［收稿日期】２０１０．１２－０Ｉ

【基金项目】建设鄢科技计划项目（２００５ ＫＩ－４８），（２００６－Ｋ３－０１）．（２００７ Ｋ３－０９）；广东省科技计划项目（２００４８１０１０１０４８）．

（２００６８３７３０１００９）．（２００５ＡＩｌ６０１０１４）

锻压一检测一剖口一验收。

３）质匿控制及质鹾检查

尺寸需检验，同时还需对折弯处钢板进行超声波探伤，检验折弯后是否有裂纹等缺陷产生。

【作者简介】张葶超．ｒ‘州大学纳构ｒ．程研究所所长．教授．广州大学城外环阿路２３０号５１０００６．电话：（０２０）３９３６６６５３，Ｅ ｍａｉｌ

ｔｈａｎｇｊｉｃｈａ０１９５６＠１２６．ｃｏｒｎ

ｏ

万方数据

１６

施工技术

第４０卷

最后结果表明：厚钢板弯折成型后，板内侧棱角成型，外侧有圆弧过渡，圆弧区域为（２—３）ｔ（ｔ为钢板厚度）。此举不仅有效减少了焊接，而且在国内也是首次应用成功”…。

２折弯“日”字形、“目”字形钢柱成型技术

２．１技术难点

工程所使用的折弯“日”字形、“目”字形钢柱均为异形构件．夕ｈ形尺寸大且不规则，很难在箱形自动生产线上组装。采取专用胎模成型。２．２技术措施

１）工艺原理钢柱组装以下端面为胎模正造面。胎模设置前，在承重钢平台上划出钢柱翼缘板的平面位置线、中间立板位置线、横隔板位置线的投影线和胎架位置线等，然后以此为基准设置胎模。胎模精度必须满足钢柱组装要求，胎模与钢柱接触面采用机械加工。

２）制作工艺与流程折弯“日”字形、“目”字形钢柱采用卧装法在胎架上组装。在钢平台上制作胎架，胎架尺寸精度必须满足组装要求。在钢平台上划出“日”字形柱的中心投影线和各牛腿的中心投影线，拼装时按基准线进行定位，用全站仪测量各牛腿的端面尺寸。首先将折弯的钢柱下翼缘板用行车吊放到胎模上，定对端面企口位置线、中心线的投影线后固定在胎模上；其次按投影线位置分别吊放“日”字形、“目”字形钢柱中间立板和隔板；再次吊放折弯的上翼缘板并加以固定形成折弯的“工”字形；最后通过两边的液压系统把两侧腹板封闭。

３）质量控制要点折弯“日”字形、“目”字形钢柱组装时，首先将中间立板与上下翼缘板焊缝焊接，采取ＣＯ：气体保护焊；正面焊反面清根，焊接时要求对称同时施焊。钢柱４条主焊缝焊接采取ＣＯ：气体保护焊打底，全自动埋弧焊填充和盖面；焊缝质

量等级达到现行国家标准一级。

４）成型质量检查焊接完成２４ｈ后进行超声

波探伤，检查焊缝质量。３复杂节点成型技术

３．１技术难点

巨型格构折弯“日”字形、“目”字形钢柱与柱间支撑连接节点相当复杂，各节点部位均突出在构件边缘，且方向各异；组装难度大。

３．２技术措施

将制作好的“日”字形、“目”字形钢柱节点的实际数据输入计算机（此时要考虑厚钢板折弯成型和钢柱成型所产生的误差），通过三维建模形成构件邻接关系，从而精确定出节点成型的控制线和控制点，然后采用厚壁窄坡口埋弧焊焊接技术，使复杂节

万方数据

点成型后的误差控制在允许范围内。

１）工艺原理

以轴线、截面中点和关键点作为

复杂节点成型的控制线和控制点，将控制线或控制点转换为二维平面坐标和面外相对标高。实施时，先定二维平面控制点，然后从平面控制点向面外垂直引出三维空间控制点，用三维空间控制点来控制各部件的空间位置。

２）制作工艺与工艺流程

钢柱节点采取卧式

法在胎架上组装。首先在刚性平台上划出钢柱中心线和各节点中心线的投影线、端部位置线；然后以此为基准向两边布置胎架，胎架标高按组装节点的要求设置。

首先吊上制作好的钢柱，定对端部企口线位置线和中心线的投影线后固定在胎架上；然后分别吊上各节点，定对其中心线的投影线和组装线位置后

固定在钢柱上。

３）质量控制及质鼍检查用全站仪测量各节

点的端面尺寸，检验各节点组装后中心线的投影线与钢柱中心线夹角是否正确。节点与钢柱的组装采取ＣＯ：气体保护焊，焊接原则是先腹板后翼板，对称同时施焊。焊前检验焊接部位的组装质鼍，焊接过程应连续，但应控制好层间温度；焊后保温缓冷并进行超声波探伤；节点组装后还需整体检测，对局部超差部位实施矫正。

工程中采用的厚板用量非常大，其中最大厚度达９０ｒａｍ，材质为Ｑ３４５Ｃ—ｚ２５，厚板焊接质量的好坏直接影响和制约钢构件的制作进度和质量。钢构件在制作当中，采取厚壁窄坡口埋弧焊焊接技术。

１）操作工艺与焊接工艺流程①选择恰当的

坡口形式

合理的坡口形式是保证焊接质量的关键

之一。对工程厚板采取双Ｕ形坡口对接焊缝。对

于厚板Ｔ形熔透焊缝，采取双面单边Ｕ形坡口，Ｕ

形坡口优点为：可以减少焊缝金属填充量，减少焊接内应力与焊接变形，提高焊接效率。对于箱形钢柱本体翼腹板角对接组合焊缝，其采用的坡口形式如图ｌ所示。②焊前预热

采用电加热或者火焰加

焊处厚度的１．５倍以上，且不小于ｌＯＯｍｍ，预热温度用红外线测温仪或测温笔进行测鼍，测温点宜在焊件反面进行测量，并在离电弧经过前的焊接点各方向不小于７５ｍｍ处，当用火焰加热器预热时正面测温应在加热停止后进行。③埋弧焊接埋弧焊接

４厚壁窄坡口埋弧焊焊接技术

４．１技术难点

４．２技术措施

热，预热区域应在焊接坡口两侧，宽度应各为焊件施

张季超等：广东科学中心复杂钢构件与节点成型技术研究

１７

工艺满足下述要求：焊接过程应连续，层间温度应控

制在２３０。Ｃ内，且不应低于预热温度。当中途需要中止焊接时，焊接馈应不少于２／３坡口深度，并应及

寸校验，必要时采用冷矫（千斤顶顶压）或热矫（火焰加热）的方法矫正。

实践表明：厚壁窄坡口埋弧焊焊接技术不仅提

时覆盖好保温棉进行保温。在继续焊接前的温度不

应低于预热温度。

高了焊接速度，降低了焊缝返修率；而且焊缝质量得到了保证，达到事半功倍的效果。

５

结语

运用于广东科学中心的大跨度钢结构复杂构件与节点成型技术包括：厚钢板折弯成型技术，折弯

“日”字形、“目”字形钢柱成型技术，复杂节点成型

技术及厚壁窄坡口埋弧焊焊接技术。该技术以“提

图１

Ｆｉｇ．１

对接组合焊缝坡口形式

ｓｈａｐｅ

高单件精度、保证整体精度”为原则，成功解决了广东科学中心巨型钢结构的复杂构件与节点成型难题，确保了大跨度钢结构的制作质量，加快了制作进度，为现场安装一步到位打下了坚实基础，并可为类似工程提供参考。

参考文献：［１］

易和，张季超．广东科学中心建设与管理研究——建筑篇［Ｍ］．北京：科学出版社．２００８．

［２］

周观根．徐健．广东科学中心钢结构工程施工技术［Ａ］／／首届全国建筑结构技术交流会论文集［Ｃ】．北京，２００６．

［３】

陆迪茂．广东科学中心主楼幕墙工程Ａ区主人口球钢结构工程制安［Ｊ］．广东建材。２００８（５）：１１ｌ－１１５．

【４】

吴轶．杨春．周云．大跨度箱形压型钢板力学性能试验研究［Ｊ］．广州大学学报：自然科学版，２００９．８（３）：５８－６１．

［５］

王亦斌．庞永师．李军红．等．广东科学中心工程高新技术应用研究［Ｊ］．广州大学学报：自然科学版，２００８，７（５）：７１－７４．

［６］

冶金工业部建筑研究总院．ＧＢ５０２０５－－２００１钢结构工程施工质量验收规范［Ｓ］．北京：中国计划出版社，２００１．

Ｇｒｏｏｖｅ

ｏｆｃｏｍｂｉｎｉｎｇｗｅｌｄｉｎｇ

２）质量控制要点

随着焊接的进行，焊层宽度

不断增加；当焊宽大于１６ｍｍ时，应采取多层多道焊。每层焊道焊完后应及时清理焊渣及表面飞溅物。若焊缝需要搭接时，应注意焊缝之间的顺滑过渡，避免搭接缺陷的产生。焊接完成后，立即进行后热处理，加热温度应达到２００～２５０℃，并保温１—２ｈ，然后覆盖保温棉使其缓冷至室温。

３）焊缝质量检查

焊接完成２４ｈ后进行超声

波探伤检查焊缝质量¨１。①外观检查焊缝冷却

钢管焊

到环境温度后，进行外观检查；②无损检测

接完毕后，对钢梁部位上下各６００ｍｍ范围内进行１００％焊缝超声波检验。焊缝检验在完成焊接２４ｈ后进行。凡经检验不合格的部位，均进行返工。返

工按返修工艺进行。焊接完后的方钢管进行外形尺（上接第１４页）

速率及顺序，并注意保护已安装的其他设施。

６）应完善现场记录，加强后续监视和观测。４结语

昆明新机场航站楼共试验更换隔震支座４个，更换前进行了２次专家论证，并进行２次更换安装试验，取得了宝贵的经验和相关数据。施工效率高，对结构楼板未造成不良影响，取得了很好的效果。

８）将千斤顶卸载至零时，完全打开止通阀手柄。这时可以切断电源，拆除油泵的外接电源线路，

并将电源线艋好。

９）当千斤顶活塞完全进入工作油缸后，拆除高压油管，并将油管盘好存放，将千斤顶、油泵擦拭干净，以备下次使用。

３．７

注意事项

为国内类似工程的施工积累ｒ经验。

参考文献：［１］

唐际字．吴代奖．昆明新机场航站楼大直径橡胶隔震支座施工技术［Ｊ］．施ｌ：技术．２００９．３８（１１）：３－６．

［２］

郑建勋，潘文．昆明新机场航站楼隔震支座安装‘【艺研究［Ｊ】．施１＝技术，２０１０，３９（６）：１０２－１０３．１１２．

【３］

萎大力．摹础隔震工程技术质量管理【ｊ］．施工技术．２００９．３８

（ＳＩ）：５０８－５ＩＯ．

１）应注意加强螺栓、钢板等部件的防锈措施，保证其未来的町更换性。为此．更换完毕后，隔震分

项工程验收前应对法兰板和螺栓补漆。

２）实施中。应与设计单位密切配合，更换前先取得每个隔震氆倚载估计鼍，以便预估顶升力。

３）由于具体情况复杂。应做到每个隔震垫均有专门的更换方案。

４）在隔震挚的顶升过程中，应注意控制相邻梁的挠度不应超过梁跨度的ｌ／８００。

５）在更换过程中，宜对其他Ｅ部结构层进行适当观察，结合的期试验经验合理控制加载和卸载的

【４】中国建筑科学研究院．ＧＢ５０００９－－２００１建筑结构衙载规范［ｓ］．北京：中困建筑【惶出版社．２００２．

［５］中国建筑科学研究院．ＧＢ５００１０－－２００２混凝土结构设计规范［Ｓ］．北京：中国建筑‘ｒ业｝ｌ｛版社．２００２．

［６］中国建筑科学研究院．ＧＢ５０００７－－２００２建筑地摹摹础设计规范［ｓ】．北京：中国建筑上业出版社．２００２．

万方数据

广东科学中心复杂钢构件与节点成型技术研究

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：

张季超， 刘晨， 周观根， 陈原， Zhang Jichao， Liu Chen， Zhou Guan gen， ChenYuan

张季超,刘晨,陈原,Zhang Jichao,Liu Chen,Chen Yuan(广州大学结构工程研究所,广东广州,510006)， 周观根,Zhou Guan gen(浙江东南网架股份有限公司,浙江杭州,311209)施工技术

CONSTRUCTION TECHNOLOGY2011,40(4)

参考文献(6条)

1.陆迪茂 广东科学中心主楼幕墙工程A区主入口球钢结构工程制安[期刊论文]-广东建材 2008(05)2.周观根;徐健 广东科学中心钢结构工程施工技术 20063.易和;张季超 广东科学中心建设与管理研究--建筑篇 2008

4.冶金工业部建筑研究总院 GB 50205-2001.钢结构工程施工质量验收规范 2001

5.王亦斌;庞永师;李军红 广东科学中心工程高新技术应用研究[期刊论文]-广州大学学报(自然科学版) 2008(05)6.吴轶;杨春;周云 大跨度箱形压型钢板力学性能试验研究[期刊论文]-广州大学学报(自然科学版) 2009(03)

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