CN104196165B - 一种超大型多腔钢结构巨柱及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超大型多腔钢结构巨柱，由11个依次层叠的巨柱平面板块组成，每个巨柱平面板块包括分块一、分块二、分块三和分块四，分块一和分块二由凹型块板单元和腹板单元组成、分块三和分块四由十字腹板单元和外侧腹板单元组成，分块一、分块二、分块三和分块四连接后形成13个封闭空腔；同时本发明还公开了所述巨柱的制作方法。本发明所述的巨柱及其制作方法，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，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。

Description

一种超大型多腔钢结构巨柱及其制作方法

技术领域

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多腔钢结构巨柱及其制作方法。

背景技术

“中国尊”大厦位于北京市CBD核心区Z15地块，占地面积11478平方米，总建筑面积约43.7万平方米，建筑高度528米，地上108层，地下7层；集高端办公、城市观光等功能于一体，建成后将成为“北京第一高楼”，首都新地标，同时也将成为世界上第一个在抗震设防烈度8度区建造的500米以上超高层大楼。中信集团在竞标文件中对该地块的建筑设计方案为一座形似古代礼器“尊”的超高建筑，这一设计得到了众多评审专家的青睐，并被形象地称为“中国尊”。届时“中国尊”将成为北京最高建筑，将崛起在长安街东端，成为世人把握北京建筑文化、经济脉搏的新地标。

“中国尊”大厦工程地下部分钢结构工程主要包括巨型角柱、翼墙、核心筒钢板墙、下部高强锚栓等部分。其中巨型角柱和核心筒钢板墙底板标高为-31.200米，通过锚栓与下部混凝土筏板连接。巨型角柱截面尺寸大，且侧边与混凝土剪力墙相接部位设有钢板组合翼墙，周围的翼墙与巨型角柱有机的形成一个整体。核心筒剪力墙钢骨为单板剪力墙，与混凝土内部的暗柱和楼层部位设置的暗梁共同组成核心筒钢结构部分。地下部分巨柱共四根，巨柱截面超大，尺度巨大、重量超重，内部结构比较复杂，其中巨柱底板厚度达到150mm，巨柱加工制作难度非常大，同时存在运输不便、加工精度无法保证、质量不便控制、成本高等问题。

发明内容

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多腔钢结构巨柱及其制作方法。

技术方案：本发明所述的超大型多腔钢结构巨柱，包括由11个依次层叠的巨柱平面板块组成，每个巨柱平面板块包括分块一、分块二、分块三和分块四；

分块一和分块二均由凹型块板单元和腹板单元组成，分块一和分块二相向设置、凹型块板单元对接成“口”字型中间腔体，分块一的腹板单元与分块一凹型块板单元的长边组合成一对背靠的直角梯形结构，分块二的腹板单元与分块一的腹板单元结构相同、尺寸等比例缩小；

分块三和分块四对称设于分块一和分块二对接处两侧，分别由十字腹板单元和外侧腹板单元组成；分块三的十字腹板单元与分块一和分块二的腹板单元垂直连接，连接后分块三与分块一、分块二组合成“田”字型结构；

分块一、分块二、分块三和分块四连接后共形成13个封闭空腔，即分块一梯形结构的2个腔体、分块二梯形结构的2个腔体、分块一与分块二对接后的中间腔体、分块三与分块一、分块二组合成“田”字型结构的4个腔体，以及分块四与分块一、分块二组合成“田”字型结构的4个腔体。

为保证巨柱分段的外形精度以及防止焊接变形，所述13个封闭腔体的内壁均设有工艺加强隔板。

所述超大型多腔钢结构巨柱采用钢板厚度为30-50mm的Q390GJC制成。

所述11个依次层叠的巨柱平面板块之间通过连接板固定连接。

为减小分段加工过程中的焊接变形，同时保证大尺度巨柱的外形精度，所述超大型多腔钢结构巨柱采用如下制作方法，具体包括：

（1）将巨柱平面板块按分块一、分块二、分块三和分块四进行划分，在重型平台上划出巨柱平面板块划分后竖向投影轮廓线以及中心线和企口位置线；

（2）根据划出的竖向投影轮廓线以及中心线和巨柱壁板企口位置线设置胎架；

（3）在胎架上吊上分块一、分块二凹型块板单元对接形成中间腔体进行定位组装，在中间腔体四角分别安装上分块一的腹板单元和分块二的腹板单元二；

（4）在分块一、分块二对接处安装分块三、分块四的十字腹板单元，后安装外侧腹板单元；

（5）组装后分块一、分块二、分块三、分块四共形成13个封闭空腔，在13个封闭空腔内壁安装工艺加强隔板；

（6）将分块一、分块二、分块三、分块四的竖向角焊缝进行焊接，使各个分块间具有相应的刚度，然后将四个分块拆开，拆开前做好分段间纵向和水平方向的对合标记；

（7）分块拆开后，将分块置于胎架上，进行后续内部结构的焊接，焊接后进行矫正，焊接矫正结束后，将四个分块重新吊上胎架上进行组装，定对中心线和垂直度以及分块间的对合标记，然后进行整体划线，划出端面加工位置线，并敲上洋冲印，作为端面加工的依据；

（8）划线后、将巨柱分块拆开，采用专用端铣机对分块端面进行机械加工；

（9）先安装分块一、然后在分块一两侧安装分块三和分块四、最后安装分块二，以此顺序拼装好第一个巨柱平面板块，后续分段按照同样的分块拼装顺序，直至11个巨柱平面板块全部组装完毕。

所述步骤（3）中分块一、分块二的安装过程中凹型块板单元和腹板单元通过斜撑临时固定。

所述步骤（3）、步骤（4）、步骤（9）对分块单元进行安装时通过相对位置、垂直度、中心线以及坡口间隙、板边差进行定位，保证安装过程的精度、节约安装步骤。

有益效果：本发明所述的超大型多腔钢结构巨柱及其制作方法具有如下优点：

1、采用13个封闭的腔体组成的超大型多腔钢结构巨柱，在保证了柱承重力的同时，最大限度的简化了巨柱的结构，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。

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，同时合理的分段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。

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。

4、采用先进行板块平面分段的加工制作，然后以平面板块进行整体组装的方法进行制作的思路，减小分段加工过程中的焊接变形，同时保证大尺度巨柱的外形精度。

5、本发明为典型的超高层建筑地下室结构，钢结构制作与其他安装、混凝土施工、幕墙以及设备安装各专业工种均紧密相关，互相影响，存在大量的交叉施工，本发明提供的超大型多腔钢结构巨柱的结构及其制作方法可以推广到其他高层建筑地下室结构的建造，并为交叉施工提供便捷。

6、在巨柱平面板块组装时，严格控制巨柱拼装过程中分段之间的坡口间隙、板边差、端口错边以及总体尺寸等，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。

附图说明

图1为巨柱平面板块的结构示意图。

图2为分块一、分块二组装后的结构示意图。

图3为分块一、分块二、分块三和分块四组装后的结构示意图。

图4为安装工艺加强隔板后的结构示意图。

图5为巨柱平面板块层叠组装的结构示意图。

具体实施方式

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所述实施例。

实施例1：如图1所示的超大型多腔钢结构巨柱，由11个依次层叠的巨柱平面板块组成，每个巨柱平面板块包括分块一1、分块二2、分块三3和分块四4；

分块一1和分块二2均由凹型块板单元和腹板单元组成，分块一1和分块二2相向设置、凹型块板单元对接成“口”字型中间腔体，分块一1的腹板单元与分块一1凹型块板单元的长边组合成一对背靠的直角梯形结构，分块二2的腹板单元与分块一1的腹板单元结构相同、尺寸等比例缩小；

分块三3和分块四4对称设于分块一1和分块二2对接处两侧，分别由十字腹板单元和外侧腹板单元组成；分块三3的十字腹板单元与分块一1和分块二2的腹板单元垂直连接，连接后分块三3与分块一1、分块二2组合成“田”字型结构；

分块一1、分块二2、分块三3和分块四4连接后共形成13个封闭空腔，即分块一1梯形结构的2个腔体、分块二2梯形结构的2个腔体、分块一1与分块二2对接后的中间腔体、分块三3与分块一1、分块二2组合成“田”字型结构的4个腔体，以及分块四4与分块一1、分块二2组合成“田”字型结构的4个腔体。

由于巨柱结构体形大、且构造复杂，钢板厚度厚、强度高，焊接变形大，为减小分段加工过程中的焊接变形，同时保证大尺度巨柱的外形精度，拟采用先进行板块平面分段的加工制作，然后以平面板块进行整体组装的方法进行制作，这样既可以控制焊接变形又可以对巨柱分段的整体外形精度控制，思路如下：首先将巨柱内的横向水平加劲肋进行合理断开，使水平加劲肋与纵向加劲肋和巨柱壁板形成一个个各自独立的板块单元，并进行平面板块单元的组装焊接和矫正。具体包括如下步骤：

（1）将巨柱平面板块按分块一1、分块二2、分块三3和分块四4进行划分，在重型平台上划出巨柱平面板块划分后竖向投影轮廓线以及中心线和企口位置线；

（2）根据划出的竖向投影轮廓线以及中心线和巨柱壁板企口位置线设置胎架，胎架采用数控切割，胎架上口水平度必须保证，其误差不得大于0.5mm；

（3）在胎架上吊上分块一1、分块二2凹型块板单元对接形成中间腔体进行定位组装，定位时定对胎架上的中心线及相对位置，同时保证垂直度，并用斜撑临时撑牢，防止移动，在中间腔体四角分别安装上分块一1的腹板单元和分块二2的腹板单元，腹板单元与中间腔体和胎架进行定位，定对相对位置、垂直度以及坡口间隙、板边差，安装后的效果图如图2所示；

（4）在分块一1、分块二2对接处安装分块三3、分块四4的十字腹板单元，后安装外侧腹板单元，与已定位的单元进行组装，定对相对对置、垂直度、中心线以及坡口间隙、板边差，安装后的效果图如图3所示；

（5）组装后分块一1、分块二2、分块三3、分块四4共形成13个封闭空腔，在13个封闭空腔内壁安装工艺加强隔板5，安装后的效果图如图4所示；

（6）将分块一1、分块二2、分块三3、分块四4的竖向角焊缝进行焊接，使各个分块间具有相应的刚度，然后将四个分块拆开，拆形前做好分段间纵向和水平方向的对合标记；

（7）分块拆开后，将分块置于水平胎架上，进行后续内部结构的焊接，焊接后进行矫正，焊接矫正结束后，将四个分块重新吊上整体组装胎架上进行组装，定对中心线和垂直度以及分块间的对合标记，然后进行整体划线，划出端面加工位置线，并敲上洋冲印，作为端面加工的依据；

（8）划线后，将巨柱分块拆开，吊入专用端面加工平台，定位后采用专用端铣机对分块端面进行机械加工，端面加工后，将巨柱吊入钳工划线平台，调整分块位置，在平台上进行整体检测；

（9）按照分块一1、分块三3和分块四4、分块二2的顺序拼装好第一个巨柱平面板块，后续分段按照同样的分块组装顺序，相连的巨柱平面板块通过连接板6连接，直至11个巨柱平面板块全部组装完毕，组装过程中钢柱分段间的坡口间隙、板边差、中心线直线度、水平度等要严格控制，对合线要准确，组装示意图如图5所示。

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。

Claims (7)

1.一种超大型多腔钢结构巨柱，其特征在于：由11个依次层叠的巨柱平面板块组成，每个巨柱平面板块包括分块一、分块二、分块三和分块四；

分块一和分块二均由凹型块板单元和腹板单元组成，分块一和分块二相向设置、凹型块板单元对接成“口”字型中间腔体，分块一的腹板单元与分块一凹型块板单元的长边组合成一对背靠的直角梯形结构，分块二的腹板单元与分块一的腹板单元结构相同、尺寸等比例缩小；

分块三和分块四对称设于分块一和分块二对接处两侧，分别由十字腹板单元和外侧腹板单元组成；分块三的十字腹板单元与分块一和分块二的腹板单元垂直连接，连接后分块三与分块一、分块二组合成“田”字型结构；

分块一、分块二、分块三和分块四连接后共形成13个封闭腔体，即分块一梯形结构的2个腔体、分块二梯形结构的2个腔体、分块一与分块二对接后的中间腔体、分块三与分块一、分块二组合成“田”字型结构的4个腔体，以及分块四与分块一、分块二组合成“田”字型结构的4个腔体。

2.根据权利要求1所述的超大型多腔钢结构巨柱，其特征在于：所述13个封闭腔体的内壁均设有工艺加强隔板。

3.根据权利要求1所述的超大型多腔钢结构巨柱，其特征在于：所述超大型多腔钢结构巨柱采用钢板厚度为30-50mm的Q390GJC制成。

4.根据权利要求1所述的超大型多腔钢结构巨柱，其特征在于：所述11个依次层叠的巨柱平面板块之间通过连接板固定连接。

5.根据权利要求1所述超大型多腔钢结构巨柱的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）将巨柱平面板块按分块一、分块二、分块三和分块四进行划分，在重型平台上划出巨柱平面板块划分后竖向投影轮廓线以及中心线和企口位置线；

（2）根据划出的竖向投影轮廓线以及中心线和巨柱壁板企口位置线设置胎架；

（3）在胎架上吊上分块一、分块二凹型块板单元对接形成中间腔体进行定位组装，在中间腔体四角分别安装上分块一的腹板单元和分块二的腹板单元二；

（4）在分块一、分块二对接处安装分块三、分块四的十字腹板单元，后安装外侧腹板单元；

（5）组装后分块一、分块二、分块三、分块四共形成13个封闭空腔，在13个封闭空腔内壁安装工艺加强隔板；

（6）将分块一、分块二、分块三、分块四的竖向角焊缝进行焊接，使各个分块间具有相应的刚度，然后将四个分块拆开，拆开前做好分段间纵向和水平方向的对合标记；

（7）分块拆开后，将分块置于胎架上，进行后续内部结构的焊接，焊接后进行矫正，焊接矫正结束后，将四个分块重新吊上胎架上进行组装，定对中心线和垂直度以及分块间的对合标记，然后进行整体划线，划出端面加工位置线，并敲上洋冲印，作为端面加工的依据；

（8）划线后、将巨柱分块拆开，采用专用端铣机对分块端面进行机械加工；

（9）先安装分块一、然后在分块一两侧安装分块三和分块四、最后安装分块二，顺利拼装好第一个巨柱平面板块，后续分段按照同样的分块拼装顺序，直至11个巨柱平面板块全部组装完毕。

6.根据权利要求5所述超大型多腔钢结构巨柱的制作方法，其特征在于：所述步骤（3）中分块一、分块二的安装过程中凹型块板单元和腹板单元通过斜撑临时固定。

7.根据权利要求5所述超大型多腔钢结构巨柱的制作方法，其特征在于：所述步骤（3）、步骤（4）、步骤（9）对分块单元进行安装时通过相对位置、垂直度、中心线以及坡口间隙、板边差进行定位。