武汉绿地中心主塔楼环带桁架制造工艺

刘曙 杨高阳叶晓东 张明 陈苍 刘欢

(中建钢构武汉有限公司，湖北武汉430000)

1 工程概况

1.1 结构概况

华中第一高楼武汉绿地中心建筑高度636 m，为“钢骨巨型柱框架+型钢混凝土核心+伸臂桁架”结构体系，该体系由内置异形型钢混凝土巨柱、内置型钢或钢板(钢骨柱)的钢筋混凝土核心筒、连接核心筒与外框的伸臂桁架、约束结构变形的环带桁架以及对应楼层结构钢梁、组合楼板组成。

1.2 环带桁架概况

武汉绿地环带桁架工10道，总重9 442 t，为焊接H型钢。伸臂桁架结构由上弦杆、X形腹杆及下弦杆组成，最大截面尺寸为H1 000×600×80×80 mm，钢材材质为Q345GJC,Q390GJC,Q420GJC。环带桁架层示意图如图1所示。

2 环带桁架制作分析

1)环带桁架为空间折面结构，蝶形连接节点(如图2所示)的角度直接影响现场连接的精度，因此蝶形节点板的装焊精度是本桁架制作的重难点之一。

2)环带桁架现场连接形式为栓接连接，单个连接端口螺栓数量较多，达108个，同时连接板加腹板总厚度达260 mm；螺栓孔群的制作精度是本结构的加工难点之一。

针对环带桁架结构特性，制定合理的装配和焊接工艺，以控制桁架制作质量。装配工艺思路:上下弦杆及X型腹杆分别组装、焊接、矫正后整体预拼装，装配工艺充分考虑蝶形节点角度，筋板高强螺栓孔群在下料时加工，端头高强螺栓孔群在预拼装后进行加工。焊接工艺充分考虑焊接截面收缩、焊接变形、焊接质量控制，严格执行焊接工艺规程，以使桁架整体焊缝成形良好，焊接变形控制得当。

3 环带桁架制造关键技术

3.1 弦杆蝶形节点制作技术

1)下料工艺要求。

各零件下料时不加放余量，左右两侧的牛腿翼腹板高强螺栓孔暂不加工，插板上的安装螺栓孔在下料阶段加工。

2)组焊工艺要求。

首先，在操作平台上划出地样线，地样允许偏差不超过1 mm；然后，在钢骨柱上划出蝶形板定位线，安装蝶形板，并复核各空间尺寸。焊接矫正合格后根据图纸尺寸安装加劲板等其他附属零件；最后，根据地样线定位BH牛腿，如图3所示，并根据定位尺寸进行焊接。半成品验收尺寸允许偏差不超过±2 mm，检验合格后根据生产部的预拼装安排吊至指定场地进行预拼装。产品连接板和工装连接板采用数控钻床进行加工，孔径允许偏差+1.0 mm。

3.2 桁架预拼装技术

桁架采用分单元连续循环匹配的预拼装方法进行预拼。

1)拼装基准面的确定：采用卧拼法进行预拼，根据每榀桁架的特点选择基准面，以利于控制拼装精度和质量。

2)地面基准线的划线：胎架设置时考虑现场焊接收缩，上、下弦之间适当加放收缩余量间隙，进行拼装划线。

根据预拼桁架的实际水平投影尺寸，在平台上划出楼层顶板水平标高线、钢柱中心线、节点和杆件在平台上投影的X,Y方向的中心线及外形线等。将巨柱或巨柱牛腿吊上胎架，进行定位固定，定位时以胎架上的投影线为基准进行检查，必须对准楼层基准线、竖向中心线。巨柱牛腿定位后，依次将桁架下弦、桁架上弦、腹杆吊上胎架，进行定位固定，如图4所示。

3.3 高强螺栓孔群制作进度控制技术

对本桁架结构的蝶形节点，采取先装配焊接，整体矫正并预拼装合格后，在预拼装环节进行定位划线，然后构件返回车间进行制孔。

桁架预拼装完成后，进行各项检测，合格后在构件现场接头位置进行对合线标记，以方便现场安装。所有接口对合线示意如图5所示。

使用数控钻床加工一批12 mm～16 mm厚的工装连接板，精度和质量要求同节点连接板，工装连接板和节点连接板叠合在一起采用龙门钻进行制孔，从而确保工装连接板和节点连接板加工精度相同。工装连接板按照图纸尺寸在预拼装平台上与构件点焊固定后，采用半自动火焰切割分离各预拼装构件，如图6所示，各构件返回车间采用摇臂钻配钻(工装连接板)制孔。制孔完成后，采用气刨拆除工装连接板，对构件表面进行打磨。

该技术可以有效保证构件螺栓孔精度与产品连接板一致，进而提高高强螺栓的穿孔率，减少返工。

3.4 厚板机器人焊接技术

采用Mini型焊接机器人对桁架节点焊缝进行焊接，该机器人即可通过焊丝接触传感进行自动检测并获得工件的板厚、坡口角度、根部间隙、焊缝长度、位置偏移量等焊缝信息，并自动演算出最适合的电流电压、焊接速度、焊接时间、摆幅、层数等焊接参数，最终实现多层多道焊接，焊接过程如图7，图8所示。

4 结语

1)根据武汉绿地空间折线形栓接环带桁架的结构特点，制定了蝶形节点制造工艺及桁架分单元连续循环匹配的预拼装工艺；

2)环带桁架钢结构制造的重点部位为节点端头高强螺栓孔群制作进度的控制，通过采用预制工装连接板及后孔法，确保高强螺栓孔群精度满足设计要求，减少现场扩孔；

3)针对本项目高材质、超厚板的大量应用给焊接作业带来很大的挑战，引入机器人自动焊接技术，采用Mini型机器人进行节点板焊接，焊缝成型和焊接质量满足规范要求。