超重格构式钢柱制作工艺技术研发

王亮 靳毅 潘卓 朱美宁 冯尔云

摘要：超重格构式钢柱产品广泛应用于大型体育馆、展览馆、重型工业厂房等大跨度结构。超重格构式钢柱产品，受力及制作工艺复杂，要求高。借助国内外先进设计分析软件及虚拟制造安装软件，进行设计研究及虚拟安装研究，能够有效得进行结构优化设计，创新制作工艺及施工方案的改进，有效提高产品质量。

关键词：钢结构；格构式钢柱；制作工艺；

1 前言

未来钢结构技术发展趋势主要体现在设计理念、新产品开发、钢材品种质量、制作安装设备及计算机应用、科学管理等方面。面对激烈竞争的全球钢结构市场，国外的一些钢结构制造业在采用先进钢结构制作工艺技术的同时，在钢结构用材上加大研发力度，不断开发新型材料及其应用技术，而格构式的制作技术就是其中之一。

格构柱，即由型钢拼制而成的桁架柱，由2根以上的主枝拼装而成.主枝与主枝之间由型钢或型材连接的结构；超重格构柱，则是构件平均重量大于300kg/m的格构柱，在达到相同承载力的情况下，格构式钢柱相比于其他形式的钢柱，更节约钢材，所以广泛用于高承载力、大跨度的重钢结构厂房中。

2 工程概况

我公司借鉴以前格构式钢柱的生产经验，对宝钢广东湛江钢铁基地项目2250mm热轧主体工程钢结构工程的格构柱进行开发，有助于我公司对格构式钢柱的高效制作积累经验，优化生产流程，进而提升在海南省钢结构领域中的优势，对于扩宽市场有着重要的的意义。

本工程的钢柱均为双肢格构式与实腹式结合的形式（如图1所示）。上柱为焊接H型实腹式，下柱为双肢格构式钢管混凝土柱，柱脚采用分离式柱脚，肩梁采用单腹壁肩梁。钢柱有以下特点：

1.重量大：平均重量达7.4吨，最重的达8.4吨；

2.体积大：拼装好后，柱子最高达23.5m，双肢柱中心距达2.5m；

3.肩梁处工艺装配比较复杂：很多零件穿插拼接后才施焊；

4.熔透焊缝多：肩梁处、柱顶钢梁连接板处所有接料焊缝均属一级焊缝要求，采用100%UT检查；

5.工期紧：整个项目2600t，计划45天完成全部发运，加工钢柱的时间配额短。

图1 格构柱三维图

3 研制过程

本项目以顾客的要求和產品的技术指标为研究设计依据。主要研究内容有：重型格构柱制作工艺设计，厂内加工难点优化，焊接变形控制技术等。

根据加工厂设备、场地等情况，决定将钢柱分两段制作，而加工工艺也有所改动（如图3所示）。由技术骨干人员负责相应工序的工艺方案制定和生产过程技术服务，通过控制过程质量来保障产品质量。

3.1工艺设计

本项目根据格构式钢柱结构，提出了两个方案：方案一采用常规的“切料——焊接——矫正——喷漆”工序，优点是符合工厂设备的流水线设计，制作会比较流畅，但由于除锈机器允许构件高度不大于2m，需要对机器改装调试，成本偏大；方案二即为上面提出的工艺流程，先将零件除锈、喷底、中漆后，再返回正常工序。虽然零件多一次周转，但是省去了改装设备的开销，可行性更强，最终定位最优方案。

3.2施工方案确定

肩梁与下肢柱在专用拼装胎上整体拼装焊接成柱头小组成，双肢之间的斜腹杆采用相贯线切割机下料确精度。因构件过高翻转困难，在确保焊接变形可控情况下，尽可能减少翻转次数，并实现各条熔透焊缝的平位清根焊接，减小焊接作业难度保证焊缝质量。

上肢柱为常规工型，可在工型拼装胎上拼装，在埋弧自动焊船形位置焊接4条主角焊缝以保证焊缝成型和质量。

3.3焊接工艺

定位焊焊缝所采用的焊接材料及焊接工艺要求与正式焊缝的要求相同；定位焊焊缝的焊接避免在焊缝的起始、结束和拐角处施焊，弧坑填满，严禁在焊区以外的母材上引弧和熄弧。定位焊的焊角尺寸不大于焊缝设计尺寸的2/3，且不得小于4mm；定位焊清除熔渣，检查定位焊焊缝有裂纹、气孔、夹渣等缺陷时，必须清除后重新焊接。

多层和多道焊时，在焊接过程中严格清除焊道或焊层间的焊渣、夹渣、氧化物等，可采用砂轮、凿子及钢丝刷等工具进行清理；从接头的两侧进行焊接完全焊透的对接焊缝时，在反面开始焊接之前，采用适当的方法 （如碳刨等）清理根部至正面完整焊缝金属为止，清理部分的深度不得大于该部分的宽度；每一焊道熔敷金属的深度或熔敷的最大宽度不超过焊道表面的宽度；同一焊缝连续施焊，一次完成；不能一次完成的焊缝注意焊后的缓冷和重新焊接前的预热。

4 技术创新点

经过共享钢构质检部和顾客的联合检验和评定，通过本项目研发而制作的产品符合顾客技术标准、规范要求，主要技术指标尺寸、焊脚高度、焊缝质量、探伤合格率等均以达到客户的要求，得到客户的充分认可，到目前已按照约定的工期全部发货。

本项目的技术创新性与先进性主要体现在以下几方面：

4.1技术方面

掌握了超重双肢格构柱的制作方法。超重双肢格构柱是我司投产以来第一次接触此类产品。从详图深化、工人识图、技术难点上积累了宝贵的经验；

4.2工艺路线方面

制定了符合我公司的超大体积构件的工艺制作路线；合理对超大构件进行分段，节约了机器的改造成本；保证了加工进度；

4.3焊接方面

施焊时合理的安排焊接顺序，根据可以减少焊接变形，使施工难度大的多条熔透焊缝实现平位焊接，保证工程质量；该项目所有主材拼接焊缝的外观检查和无损检验要求符合一级焊缝质量标准，为今后类似的施工达到探伤标准提供了参考依据。

5 结论

本文结合工程实例，通过应用Tekla Structures、PIPE2002、CAD软件对超重格构式钢柱制作产品的优化设计、虚拟制造安装的研究分析，总结出一套复杂异型空间管桁架设计、制作及安装工艺技术，此工艺操作简便，构件曲面成型效果好，制作整体尺寸精度高，焊接质量好，实施性强，使工程能够顺利完成安装，满足标准规范要求。

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