建筑钢结构斜牛腿制作安装技术

建筑钢结构斜牛腿制作安装技术

李艾霖

身份证：210211198904193526

摘要：在建筑钢构柱类结构中常包含空间位置斜牛腿，斜牛腿结构较平牛腿复杂，定位困难。该方法改进了钢结构中斜牛腿的制作安装方法，通过工装提高了斜牛腿安装精度，提高了工作效率，通过改进焊接顺序减少了焊接变形。

关键词：斜牛腿安装加工工装焊接顺序

0引言

随着近几年钢结构的技术不断成熟，钢结构在建筑领域中应用越来越广泛。钢结构大范围的应用，也同时出现了很多复杂的节点形式。大量建筑钢结构里出现斜牛腿甚至不规则牛腿，而这些牛腿对装配和焊接精度要求较高。一般制作安装方法装配难度大，耗费工时巨大，且产生的累计误差也经常造成现场无法正常安装。

1工程概况

腾讯滨海大厦位于深圳市南山区后海大道与滨海大道交汇处，项目建设用地1.8万平方米，总建筑面积为34万平方米。项目主要功能为研发、商业、食堂、文体设施，分为南北两座塔楼，其中南塔楼50层，建筑高度为244.10米，北塔楼39层，建筑高度为194.85米。南北塔楼在一～五层相连形成裙房，裙房建筑高度为35米,主要功能为大堂、展厅、餐厅（商业）等。南北塔楼在二十一～二十五层相连，主要功能为健身、活动等员工配套设施。南北塔楼在三十四层~三十七层相连，主要功能为阅读、培训等研发配套设施。地上钢结构主要是十字钢骨柱、箱型钢骨柱、田型钢骨柱和核心筒H型钢骨柱组成，外围钢柱与核心筒钢柱的主要材质均为Q345B和Q390GJB，连体层部位有箱型柱及圆管柱。腾讯滨海大厦工程外围田字钢柱斜牛腿数量多，厚度大，加工精度要求高，安装难度很大。选取腾讯滨海大厦工程S3-17KZ-5构件中典型斜牛腿进行论述，钢柱结构形式为田字形柱，柱高5.5m,箱形截面为1200*1200*60*80，箱形翼腹板厚度为80mm，内十字劲板厚度为60mm，柱内设有4层厚度为80mm的传力板，柱上桁架层有10个牛腿，其中斜牛腿2个，构件模型见图1：

图1构件示意图

2施工过程控制要点

2.1下料及折弯

为保证斜牛腿的制作精度，下料尺寸质量必须保证。一般半自动切割机及手工切割受人为操作及画线精度影响较大，很难保证切割精确度，故而斜牛腿零件板下料应使用电脑放样编程后使用数控火焰切割机进行切割，切割完毕后进行检验，偏差必须符合表1的要求，切割后使用半自动火焰切割机进行坡口加工，所有焊缝开制单边V型坡口，留0～2mm钝边[1]。坡口加工后牛腿腹板进行折弯，折弯时必须保证折弯角度及折弯点符合要求。

2.2斜牛腿装配及焊接

斜牛腿钢板下料开坡口并检查合格后进行装配及组焊，腹板与翼缘板装配间隙为3～5mm，为保证焊后尺寸达到标准要求，箱型高度相比设计尺寸高出5～7mm的焊缝收缩量。定位焊缝采用CO2气体保护焊焊接，定位焊缝厚度为5～8mm为宜，定位焊缝长度不得低于50mm，防止焊接过程中开裂，定位焊缝间距不大于500mm。

斜牛腿装配顺序：1）将翼缘板置于装配平台上；2）将腹板与翼缘板组成槽型，并装配靠近下方传力板，焊接传力板与下翼缘及腹板间焊缝；3）装配上翼缘板，并焊接已装配传力板与上翼缘间焊缝；4）装配并焊接上方传力板，最后焊接牛腿主焊缝。如图2所示。

图2斜牛腿组装顺序示意图

牛腿上所有焊缝为单边V型坡口带垫板全熔透。为减小牛腿主焊缝焊接时的变形，采用如下图所示的焊接顺序，首先按下图所示顺序先焊打底层，待四条焊缝打底完毕后再按顺序焊接填充层，最后盖面。所有焊缝焊接时采用分段退焊，每段长度不大于500mm，以减少热输入，控制焊接变形[3]。

图3斜牛腿焊接顺序示意图

牛腿装配焊接完毕后进行尺寸检验，如有超限偏差应先进行矫正，防止误差累积。采用火焰矫正与机械矫正组合的矫正方法。火焰加热时，须均匀加热，构件矫正温度不得高于800℃或钢厂推荐温度中的较低值，构件加热矫正后应采用自然冷却，严禁急冷[4]。

2.3斜牛腿安装及焊接：

斜牛腿制作及安装过程中难度最大的为斜牛腿与柱身的空间定位，根据斜牛腿的结构特点，本公司特设计了相应的工装以降低定位难度、提高定位精度，确保斜牛腿安装一次合格。

斜牛腿安装工装由4块厚度为10mm的定位板组成，定位板形式图4所示，图中标示110°及70°角必须严格保证，以保证安装公差。

图6吊装斜牛腿示意图图7角度尺示意图

然后进行斜牛腿与柱身及平牛腿之间的焊缝焊接，不去除安装工装，牛腿焊接时工装可起到刚性固定作用。当所有焊缝焊至板厚2/3以上后再去除工装，工装不应锤击去除，应使用火焰切割，切割时切割线应距离母材3mm～5mm，剩余部分打磨平整且不得损伤母材[5]。

焊接时由两名焊工同时施焊，采用如下图所示的焊接顺序，首先按图8所示顺序先焊打底层，待所有焊缝打底完毕后再按顺序焊接填充层，最后盖面。

图8斜牛腿安装焊接顺序

2.4检验

焊接完成冷却至室温后进行尺寸检查，牛腿尺寸需符合表2规定：

3结语

采用上述工艺对腾讯滨海大厦项目斜牛腿制作及柱上安装，严格按照焊接顺序进行焊接，安装完成后未出现误差超标等现象，降低了安装操作难度，节约了工作时间，矫正工作量对比原斜牛腿安装方法大幅度减少。该工艺着重阐述了斜牛腿加工安装过程，完全可以应用到类似的具有斜牛腿的钢结构制作安装中。

参考文献：

[1]GB/T985.1-2008.北京：中国标准出版社，2008.

[2]GB50205-2001.北京：中国计划出版社，2002.

[3]陈祝年.焊接工程师手册（第2版）.北京：机械工业出版社，2010.

[4]GB50661-2011.北京：中国建筑工业出版社，2012.

[5]GB50755-2012.北京：中国建筑工业出版社，2012.