CN104805961B - 厚板异形斜牛腿桁架层钢柱及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种厚板异形斜牛腿桁架层钢柱，其特征在于它主要包括由中厚板箱型柱分段、第一厚板箱型过渡段、超厚板箱型柱分段和第二厚板箱型过渡段依次连接而成的钢柱本体，在所述中厚板箱型柱分段的一侧安装有H型斜牛腿，在所述超厚板箱型柱分段的一侧设置有亚字形牛腿，底部设置有H型直牛腿，上方设置有异形斜牛腿，所述异形斜牛腿的上、下翼板异形，且同方向1°弯折两次，与钢柱本体成135°夹角。本发明提供一种高效、高质量的厚板异形斜牛腿桁架层钢柱及其制作方法，降低这类复杂钢结构的制作难度的同时填补本领域在此结构上的技术空白。

Description

厚板异形斜牛腿桁架层钢柱及其制作方法

技术领域

本发明涉及钢结构制作技术领域，具体是涉及一种厚板异形斜牛腿桁架层钢柱及其制作方法。

背景技术

深圳平安金融中心项目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。其塔楼层数为 118层，主体结构高度为 558.45 米，塔尖高度为660.00 米。主体结构分为塔楼和裙房结构，由 8 根巨柱、7 道环桁架、巨型支撑及楼层梁构成外框筒结构，核心筒采用下部钢板剪力墙，上部为劲性钢柱剪力墙，外框筒与核心筒之间通过 4 道伸臂桁架连接形成整体巨型框架—核心筒结构体系。

由于桁架连接节点和楼层钢梁均焊在箱型钢柱上，而且筒外伸臂桁架异形板斜向与钢柱连接，给箱型钢柱的加工制作带来了极大的困难。此外，由于桁架节点区域的钢板较厚，达到150mm，制作质量及精度控制难度大，因此，超厚板异形斜牛腿桁架层钢柱的箱型的加工制作工艺技术在本工程中非常重要。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种高效、高质量的厚板异形斜牛腿桁架层钢柱及其制作方法，降低这类复杂钢结构的制作难度的同时填补本领域在此结构上的技术空白。

本发明的目的是这样实现的：一种厚板异形斜牛腿桁架层钢柱，它主要包括由中厚板箱型柱分段、第一厚板箱型过渡段、超厚板箱型柱分段和第二厚板箱型过渡段依次连接而成的钢柱本体，在所述中厚板箱型柱分段的一侧安装有H型斜牛腿，在所述超厚板箱型柱分段的一侧设置有亚字形牛腿，底部设置有H型直牛腿，上方设置有异形斜牛腿，所述异形斜牛腿的上、下翼板异形，且同方向1°弯折两次，与钢柱本体成44°夹角，所述H型斜牛腿、亚字形牛腿、异形斜牛腿、和H型直牛腿分别连接外框梁、连接筒外伸臂桁架、筒内伸臂桁架和钢骨梁。

所述超厚板箱型柱分段为非对称板组成的正方形截面，在其一侧设置有上、下对称的延伸突出部分，该延伸突出部分与亚字形牛腿相连。

所述中厚板箱型柱分段内部设置电渣焊隔板，所述超厚板箱型柱分段内部设置工艺隔板。

本发明还涉及一种厚板异形斜牛腿桁架层钢柱的制作方法，所述方法包括以下步骤：

步骤一、放样、号料

按图纸尺寸并考虑加工余量及焊接收缩余量后放样、号料，检查核对材料，在材料上划出加工位置，打上样冲标记，标出零件编号；

步骤二、搭设组装胎架

在胎架位置上划出钢柱本体的中心线、基准线和端口定位线，划出地面线形，设置异形斜牛腿定位点，保证所有点的水平度在±1mm范围之内；

步骤三、组装焊接各个箱型柱分段

分段制作中厚板箱型柱分段、第一厚板箱型过渡分段、超厚板箱型柱分段和第二厚板箱型过渡段，其中中厚板箱型柱分段和第一厚板箱型过渡分段采用先板拼接后组箱体的方法，最后将组装好的中厚板箱型柱分段和第一厚板箱型过渡分段与超厚板箱型柱分段、第二厚板箱型过渡段组装焊接，超厚板箱型柱分段为不等边截面，焊接时采用多次翻身、连续施焊的方式进行，焊后采用电加热做后热处理，焊前预热温度控制在120-150℃之间，埋弧焊的焊剂在焊接前烘干至350℃，烘干时间至少2h，焊接层间温度控制在120-250℃之间，焊后用石棉覆盖，保温3h。

步骤四、钢柱本体装配后检验

钢柱本体的柱顶端划基准线，箱体端面加工，检查端面与钢柱中心垂直度，端面平整度；

步骤五、组装焊接各个牛腿

根据地面线形和控制点，按照H型斜牛腿、H型直牛腿、亚字形牛腿和异形斜牛腿的先后顺序装配，异形斜牛腿采用全站仪测定控制点，异形斜牛腿的直腹板与翼板组装后，与钢柱本体装配，再装配斜腹板，焊接各牛腿完成厚板异形斜牛腿桁架层钢柱的制作。

亚字形牛腿的组装焊接采用下述方式：（1）组装亚字形牛腿的腹板与上、下翼板，焊前预热，温度为120-150℃；（2）然后装配亚字形牛腿，定位焊固定；（3）最后焊接亚字形牛腿与钢柱本体的焊缝，气保焊打底，气保焊或埋弧焊填充盖面，平焊位置，焊接温度120-250℃。

异形斜牛腿的组装焊接采用下述方式：（1）组焊异形斜牛腿，焊前预热温度不低于150℃,层间温度150-250℃；（2）异形斜牛腿的腹板内侧贴钢衬垫；（3）根据衬垫定位，装配异形牛腿，定位焊固定；（4）焊前预热温度不低于150℃，焊接层间温度控制在150-250℃之间，焊后采用石棉覆盖，保温2h；（5）焊接异形斜牛腿与钢柱本体焊缝，气保焊焊接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供一种厚板异形斜牛腿桁架层钢柱及其制作方法，钢柱本体为1~4段不等厚箱型对接，钢柱牛腿分布多，异形牛腿结构复杂；针对超厚板，复杂牛腿的工厂制作，将本体 1、2分段板拼接后组成箱型段，由三段整体拼接，有效的控制了装配精度及焊接质量，箱体连接超厚板异形牛腿采用全站仪三维坐标定位，保证了牛腿装配精度。在整个制作过程中采用“分段制作、分部品控”，有效降低了制作难度，保证了构件制作精度，大大提高了加工速度，解决了工厂化生产的问题。

附图说明

图1为本发明一种厚板异形斜牛腿桁架层钢柱的结构示意图。

图2为本发明的中厚板箱型柱分段的内部结构示意图。

图3为本发明的超厚板箱型柱分段的内部结构示意图。

图4为本发明的亚字形牛腿的结构示意图。

图5为本发明的异形斜牛腿的结构示意图。

图6为本发明的超厚板箱型柱分段装配时的截面剖视图。

图7-图18为本发明超厚板箱型柱分段的组装焊接工艺流程图。

其中

中厚板箱型柱分段1

第一厚板箱型过渡段2

超厚板箱型柱分段3

第二厚板箱型过渡段4

H型斜牛腿5

亚字形牛腿6

异形斜牛腿7

H型直牛腿8。

具体实施方式

参见图1—图5，本发明涉及一种厚板异形斜牛腿桁架层钢柱，主要包括板厚为35mm的中厚板箱型柱分段1、板厚为70mm的第一厚板箱型过渡段2、板厚为150mm的超厚板箱型柱分段3和板厚为70mm的第二厚板箱型过渡段4。所述中厚板箱型柱分段1、厚板箱型过渡分段2、超厚板箱型柱分段3和第二厚板箱型过渡段4依次连接，在所述中厚板箱型柱分段1的一侧安装有H型斜牛腿5，在所述超厚板箱型柱分段3的一侧设置有亚字形牛腿6，亚字形牛腿6由上下翼板和中间两块腹板组成，板厚均为100mm，牛腿截面560x1378mm，底部设置有H型直牛腿8，上方设置有异形斜牛腿7，所述异形斜牛腿7的上下翼板异形，且同方向1°弯折两次，与超厚板箱型柱分段3成135°夹角，牛腿腹板包括两块直腹板和一块斜腹板，异形斜牛腿板厚均为100mm，截面800x3971mm，所述H型斜牛腿5、亚字形牛腿6、异形斜牛腿7、和H型直牛腿8分别连接外框梁、连接筒外伸臂桁架、筒内伸臂桁架和钢骨梁。

如图5，超厚板箱型柱分段3为非对称板组成的正方形截面，在其一侧设置有上、下对称的延伸突出部分，该延伸突出部分与亚字形牛腿6相连，中厚板箱型柱分段1内部设置电渣焊隔板1.1，因为中厚板箱型柱分段1的箱体截面小，人不能钻进去焊，故需采用电渣焊，超厚板箱型柱分段3内部设置两块工艺隔板3.1，因为超厚板箱型柱分段3的焊接量大，焊接收缩大，为了保证截面不变形的目的，工艺隔板3.1的三面焊接一面刨平顶紧，第二厚板箱型过渡段4开口处设置端头封板，所述异形斜牛腿7包括上弯折翼板7.1和下弯折翼板7.2，在所述上弯折翼板7.1和下弯折翼板7.2之间设置有直腹板7.3和斜腹板7.4，厚度均为100mm，所述超厚板箱型柱分段3与所述异形牛腿7呈135°角连接。

本发明还公开了一种超厚板异形斜牛腿桁架层钢柱的制作方法，按如下步骤进行：

步骤一、放样、号料

按图纸尺寸并考虑加工余量及焊接收缩余量后放样、号料，翼板、腹板等板料可用直条火焰气割机下料，腹板坡口采用半自动切割机进行加工，检查核对材料；在材料上划出切割、铣、刨、弯曲、钻孔等加工位置；打上样冲标记；标出零件编号。气割线要划双线控制或注明留线割。坡口加工时应注意坡口正、反向的区别，严格按照工艺文件要求控制坡口角度，处理好半熔透和全熔透焊接坡口的过渡，切割面不大于1mm的缺棱。

步骤二、搭设组装胎架

在胎架位置上划出钢柱本体的中心线、基准线和端口定位线，划出地面线形，设置异形牛腿定位点，用全站仪进行测量，保证所有点的水平度在±1mm范围之内，胎架设置后必须经专职检查员认可，方可使用；

步骤三、组装焊接各个箱型柱分段

分段制作中厚板箱型柱分段、第一厚板箱型过渡分段、超厚板箱型柱分段和第二厚板箱型过渡段，其中中厚板箱型柱分段和第一厚板箱型过渡分段采用先板拼接后组箱体的方法，最后将组装好的厚板箱型柱分段和第一厚板箱型过渡分段与超厚板箱型柱分段、第二厚板箱型过渡段组装焊接。根据焊接收缩量，拉开截面尺寸，并在箱体内部设置两块工艺隔板三面焊接一面顶紧。超厚板箱型柱分段为不等边截面，焊接时采用多次翻身、连续施焊的方式进行，可以控制截面变形，焊后采用电加热做后热处理；

如图6所示为超厚板箱型柱分段3装配时的截面剖视图，由于其结构比较特殊，在焊接过程中采用如下流程：

如图7所示，气保焊打一层底；如图8所示，逆时针转90度，气保焊打两层底；如图9所示，顺时针转90度，气保焊打两道底；如图10所示，逆时针转90度，气保焊打一道底；如图11所示，逆时针转90度，气保焊各打三道底，检测截面收缩情况，如无异常，依照前面的顺序继续采用气保焊打底至30mm深度；

如图12所示，埋弧焊填充，如图13所示，顺时针转90度，埋弧焊填充45mm深度，如图14所示，顺时针转90度，埋弧焊填充90mm深度，如图15所示，逆时针转90度，埋弧焊填充45mm深度；如图16所示，逆时针转90度，埋弧焊填充、盖面，如图17所示，顺时针转90度，埋弧焊填充、盖面，如图18所示，顺时针转90度，埋弧焊填充、盖面，即形成超厚板箱型柱分段的最终截面，

在进行超厚板箱型柱分段的焊接过程中要注意以下几点：

1、焊前预热温度控制在120-150℃之间；

2、埋弧焊的焊剂在焊接前烘干至350℃，烘干时间至少2h；

3、焊接层间温度控制在120-250℃之间，焊后用石棉覆盖，保温3h。

步骤四、钢柱本体装配后检验

钢柱本体的柱顶端划基准线，箱体端面加工，检查端面与钢柱中心垂直度，端面平整度；

步骤五、组装焊接各个牛腿

根据地面线形和控制点，按照H型斜牛腿、H型直牛腿、亚字形牛腿和异形斜牛腿的先后顺序装配，异形斜牛腿采用全站仪测定控制点，焊接各牛腿完成超厚板异形斜牛腿桁架层钢柱的制作。异形斜牛腿的直腹板与翼板组装后，与钢柱本体装配，再装配斜腹板。

其中H型斜牛腿和H型直牛腿采用常规的焊接方法即可完成装配焊接，亚字形牛腿的装配过程：组装亚字形牛腿的腹板与上、下翼板，焊前预热，温度为120-150℃；然后装配亚字形牛腿，定位焊固定；最后焊接亚字形牛腿与钢柱本体的焊缝，气保焊打底，气保焊或埋弧焊填充盖面，平焊位置，焊接温度120-250℃，精度控制：下料坡口偏差0~+5°，焊接前，车间应根据焊接收缩量，拉开间距。异形斜牛腿的装配过程：（1）组焊异形斜牛腿，焊前预热温度不低于150℃,层间温度150-250℃；（2）异形斜牛腿的腹板内侧贴钢衬垫，衬垫严格与边缘平行；（3）根据衬垫定位，装配异形牛腿，定位焊固定；（4）焊前预热温度不低于150℃，焊接层间温度控制在150-250℃之间，焊后采用石棉覆盖，保温2h；（5）焊接异形斜牛腿与钢柱本体焊缝，气保焊焊接，背面贴16*80钢衬垫，钢衬垫需开坡口至与两面紧贴。综合坡口焊接量大以及焊接位置受限的影响，采用内部单侧衬垫，外部双侧清根，分段焊接。

焊接过程需要注意：清除焊缝区域及两侧每侧30~50mm范围内的铁锈、毛刺、油污等；采用白色粉线弹出定位线，并在定位线处标注板厚度方向，划线允许偏差不大于0.5mm。角焊缝的装配间隙△≤0.75mm，熔透和部分熔透焊缝的装配间隙△≤2mm。定位焊长度40~60mm，焊缝厚度最小3mm，最大不超过设计焊缝厚度的2/3，间距300~600mm，主焊缝两端50mm范围不得点焊。严禁无证人员进行定位焊操作。

Claims (6)

1.一种厚板异形斜牛腿桁架层钢柱，其特征在于它主要包括由中厚板箱型柱分段（1）、第一厚板箱型过渡段（2）、超厚板箱型柱分段（3）和第二厚板箱型过渡段（4）依次连接而成的钢柱本体，在所述中厚板箱型柱分段（1）的一侧安装有H型斜牛腿（5），在所述超厚板箱型柱分段（3）的一侧设置有亚字形牛腿（6），底部设置有H型直牛腿（8），上方设置有异形斜牛腿（7），所述异形斜牛腿（7）的上、下翼板异形，且同方向1°弯折两次，与超厚板箱型柱分段（3）成135°夹角，所述H型斜牛腿（5）、亚字形牛腿（6）、异形斜牛腿（7）和H型直牛腿（8）分别连接外框梁、连接筒外伸臂桁架、筒内伸臂桁架和钢骨梁。

2.根据权利要求1所述的一种厚板异形斜牛腿桁架层钢柱，其特征在于所述超厚板箱型柱分段（3）为非对称板组成的正方形截面，在其一侧设置有上、下对称的延伸突出部分，该延伸突出部分与亚字形牛腿（6）相连。

3.根据权利要求1所述的一种厚板异形斜牛腿桁架层钢柱，其特征在于所述中厚板箱型柱分段（1）内部设置电渣焊隔板（1.1），所述超厚板箱型柱分段（3）内部设置工艺隔板（3.1）。

4.一种如权利要求1所述的厚板异形斜牛腿桁架层钢柱的制作方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：

步骤一、放样、号料

按图纸尺寸并考虑加工余量及焊接收缩余量后放样、号料，检查核对材料，在材料上划出加工位置，打上样冲标记，标出零件编号；

步骤二、搭设组装胎架

在胎架位置上划出钢柱本体的中心线、基准线和端口定位线，划出地面线形，设置异形斜牛腿定位点，保证所有点的水平度在±1mm范围之内；

步骤三、组装焊接各个箱型柱分段

分段制作中厚板箱型柱分段、第一厚板箱型过渡段、超厚板箱型柱分段和第二厚板箱型过渡段，其中中厚板箱型柱分段和第一厚板箱型过渡段采用先板拼接后组箱体的方法，最后将组装好的中厚板箱型柱分段和第一厚板箱型过渡段与超厚板箱型柱分段、第二厚板箱型过渡段组装焊接，超厚板箱型柱分段为不等边截面，焊接时采用多次翻身、连续施焊的方式进行，焊后采用电加热做后热处理，焊前预热温度控制在120-150℃之间，埋弧焊的焊剂在焊接前烘干至350℃，烘干时间至少2h，焊接层间温度控制在120-250℃之间，焊后用石棉覆盖，保温3h；

步骤四、钢柱本体装配后检验

钢柱本体的柱顶端划基准线，箱体端面加工，检查端面与钢柱中心垂直度，端面平整度；

步骤五、组装焊接各个牛腿

根据地面线形和控制点，按照H型斜牛腿、H型直牛腿、亚字形牛腿和异形斜牛腿的先后顺序装配，异形斜牛腿采用全站仪测定控制点，异形斜牛腿的直腹板与翼板组装后，与钢柱本体装配，再装配斜腹板，焊接各牛腿完成厚板异形斜牛腿桁架层钢柱的制作。

5.根据权利要求4所述的一种厚板异形斜牛腿桁架层钢柱的制作方法，其特征在于亚字形牛腿的组装焊接采用下述方式：（1）组装亚字形牛腿的腹板与上、下翼板，焊前预热，温度为120-150℃；（2）然后装配亚字形牛腿，定位焊固定；（3）最后焊接亚字形牛腿与钢柱本体的焊缝，气保焊打底，气保焊或埋弧焊填充盖面，平焊位置，焊接温度120-250℃。

6.根据权利要求4所述的一种厚板异形斜牛腿桁架层钢柱的制作方法，其特征在于异形斜牛腿的组装焊接采用下述方式：（1）组焊异形斜牛腿，焊前预热温度不低于150℃,层间温度150-250℃；（2）异形斜牛腿的腹板内侧贴钢衬垫；（3）根据衬垫定位，装配异形牛腿，定位焊固定；（4）焊前预热温度不低于150℃，焊接层间温度控制在150-250℃之间，焊后采用石棉覆盖，保温2h；（5）焊接异形斜牛腿与钢柱本体焊缝，气保焊焊接。