梅溪湖螺旋體三角箱型構件製作
作者：鄧凌雲;楊高陽;甘霖;葉曉東;陳德義
中建鋼構武漢有限公司
1 工程概況
梅溪湖城市島項目位於長沙大河西先導區核心梅溪湖，見圖1。城市島上的標誌性建築物為雙螺旋觀景台，最高點約34 m，環道內邊界直徑最大約72 m，兩條相互環繞螺旋上升的採用三角支撐架結構的環形通道，連接著一列密集的柱廊。相鄰斜立柱之間通過鋼棒連接以保證結構的整體穩定性。主要結構為: 人行天橋、箱型柱、螺旋體三角箱型構件，鋼結構製作工程量約為5 800 t。
圖1 梅溪湖城市島
螺旋體坡道製作分段為332 段，面板寬度主要為7 000，6000，3500 mm 3 個尺寸，單個分段長約2 500 mm，板厚12 mm，其中最大分段尺寸為3 212 mm × 6 143 mm × 7 042 mm，質量約19 t。箱體內設600 ～ 1 000 mm 間距不等的12 mm 厚縱向加勁肋，單個分段內設兩道橫向加勁肋，與鋼柱連接處設置60 mm 或90 mm 厚橫隔板。
2 製作難點
1) 本工程為室外景觀型項目，結構直接裸露在外，結構線型需平順優美，而坡道結構自身沒有任何一個壁板或面板為平面。因此，結構整體線型和精度控制是本工程製作的重點和難點。
2) 每個坡道節段分為面板、下外板、側外板、縱向加勁肋、橫向加勁肋、橫隔板等，三面壁板間，橫隔板與壁板間均為全熔透焊縫連接，加勁肋與壁板間為雙面角焊縫連接。焊縫密集，焊接工作量大，焊接變形和焊接收縮大，同時存在隱蔽焊縫焊接。
3 節段組拼
螺旋體坡道製作分段為332 段，以其中一段為例論述整體組裝過程。節段整體組裝示意見圖2。
a—胎架製作; b—組裝下外板; c—組裝側外板;d—組裝橫隔板、橫向加勁肋; e—組裝縱向加勁板; f—組裝面板。
圖2 節段整體組裝示意
4 工藝操作要點
4.1 整體線型控制措施
4.1.1 三維坐標控制點繪製
根據構件的實體三維模型，利用AutoCAD 系統直角坐標系確定構件控制點，即在三角形箱體三邊線形變化較大處標出三維坐標點( x，y，z) ，其中( x，y) 值用於水平平台地樣線的劃制，z 值為設立胎架的標高值，如圖3 所示。
圖3 三維坐標控制點
4.1.2 胎架搭設
根據坐標控制點，在鋼平台上划出三角形箱體外框地樣線，並將各控制點的坐標值移植到鋼平台上。沿地樣線在控制點處豎立H 型鋼支撐，根據地樣控制點z 軸坐標確定H 型鋼支撐的高度，並在H型鋼支撐上用鋼針划上檢測點標記，使用全站儀進行複測，如圖4 所示。在製作過程中，通過檢測點來衡量構件的加工精度。
圖4 胎架搭設
4.1.3 單元件裝配
將加工成型並經檢驗合格的板單元吊上胎架。
單元件裝配時，需隨時觀察構件與胎架檢測點的重合度，當構件與檢測點的偏差超過相關驗收標準時，需即時進行矯正，從而將後續的焊接變形分散到各個板單元中。各節段對接埠200 mm 範圍設置為後焊區，在預拼裝工序精度調整到位後再進行焊接，從而防止現場對接埠錯邊。
4.1.4 匹配製作
螺旋體分段製作時採用4 個連續分段為一組、匹配總成裝配工藝。4 個連續分段按照現場安裝位置進行匹配地樣劃線、匹配胎架搭設、匹配總成裝配，如圖5所示。
圖5 匹配製作
4.1.5 循環預拼裝
匹配總成之後，上一組最後一個分段再與下一組第一個分段工廠內進行預拼裝檢驗，以保證所有分段加工精度符合相關規範要求，然後完成對接埠後焊區的焊接。
4. 2 焊接工藝措施
4.2.1 焊接順序
在焊接過程中，盡量採用熱量分散、對稱分布的方式施焊。三角箱體內側加勁板遵循由中間向兩邊的順序施焊。橫向隔板與人孔加強圈、加勁肋焊接成隔板單元並經檢驗合格後再參與裝配。主焊縫採用分段退焊法與多人對稱焊接法同時運用的方式，焊接過程中嚴格控制焊接電流和焊腳尺寸，避免大電流施焊，熱量過分集中從而引起過大的變形。
4.2.2 焊接過程式控制制
由於鋼板經過扭曲加工，焊縫不是規則線形，焊接時應連續作業。焊接時盡量採用較小的熱輸入，採用多層多道焊，每道焊縫不得過寬。每層每道的焊縫接頭應該相互錯開，每層至少錯開25 ～ 30 mm，以保證起弧點的缺陷不會集中在一起且能夠被後續焊縫熔掉。每層焊縫焊接完成後，在清理焊渣及飛濺時，順便對焊縫進行錘擊處理，以消除部分焊接內應力。
4.2.3 空間隱蔽焊縫焊接
三角箱體尖角區域空間狹小，橫向加勁肋與面板之間角焊縫無法焊接，故採用面板開槽的方式從外部進行焊接，以保證結構的連接強度，如圖6所示。
注: TYP 為典型焊縫。
圖6 尖角區域開槽焊接
5 結束語
針對梅溪湖城市島大截面螺旋體三角箱體結構，制定了合理的裝配、焊接、矯正工藝。利用三維坐標控制點控制單元件的裝配精度; 採用匹配製作和循環預拼裝保證結構整體線型。通過控制焊接順序和焊接熱輸入減小焊接變形; 對箱體內部隱蔽焊縫採用面板開孔槽焊接，確保結構強度。該工程已順利完成現場安裝和驗收，結構安全，線條優美，成型美觀，從而證明了以上工藝的合理性，可為類似工程借鑒和參考。
參考文獻
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來源：鄧凌雲;楊高陽，甘霖，等. 梅溪湖大截面螺旋體三角箱型構件匹配製作工藝研究[Ｊ]. 鋼結構，2018，33（7）：86-88.
該篇文章刊載於《鋼結構》2018年第7期，如需購買請點擊以下鏈接：
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