大跨度建筑鋼結構制造關鍵技術

某大樓建筑整體約1.95萬t鋼結構，整棟建筑分為地下2層和地上14層，主要材料以軋制型材為主，軋制型材約占70?%，鋼板厚度最大196?mm。原材料檢驗規(guī)范為ASTMA6，設計執(zhí)行規(guī)范為AISC360鋼結構建筑設計規(guī)范、AISC341鋼結構建筑抗震規(guī)定。1?Tekla軟件深化設計和BIM技術的運用該建筑綜合性較強，結構復雜，周期短，鋼結構深化設計涉及建筑、裝飾、外墻、消防、暖通和電氣等多個專業(yè)，且地下兩層構件與混凝土作業(yè)面有大量聯系，包括栓釘、接駁器、預埋件等均與鋼結構制作存在交叉界面。構件有1.4萬根，鋼板厚度多達80種，型材種類多達300多種，節(jié)點設計圖紙多達50多頁，節(jié)點種類繁多，形式復雜，平面布置上梁頂標高錯層較多，非標節(jié)點多，雖然很多節(jié)點無法通過軟件自帶節(jié)點完成建模，但可通過編制參數化外掛插件或人工手動完成。為避免后續(xù)現場吊裝問題，前期在深化設計過程中需要熟悉了解節(jié)點要求、結合施工經驗在深化設計過程中預先考慮現場安裝需要注意到的問題。此建筑項目中構件開孔多，特別是桁架桿系連接處存在大面積孔群構造，對開孔尺寸精度要求高，增加了對模型精度控制的要求以及要求圖紙英制表達，下發(fā)到車間的圖紙要求公制表達，必須依托Tekla軟件完成公英制精度控制。圖1為TeklaBIM模型。圖1?TeklaBIM模型2?關鍵制造工藝技術研究前期策劃越全面對項目越有利，而工藝也是其中的關鍵。工藝技術先行，充分考慮工藝流程優(yōu)化、車間布局、設備策劃、圖紙審核、物資材料到貨和移庫、風險識別等方面，并貫穿項目始終，為生產、物資、質量提供一切有利的信息。（1）優(yōu)化工藝流程、引進先進的制造設備。類似結構傳統(tǒng)制造方法需要近14道工序，工序間需要多次吊裝轉運，設備人工成本高、效率低，根據建筑鋼結構制作特點，細分制作流程，并對流程進行優(yōu)化，通過引入運用型鋼生產線設備，流程優(yōu)化改進后省去多余工序（圖2）。圖2?工藝流程（2）H型鋼智能生產線，劃線、鉆孔、下料一站式作業(yè)。建筑鋼結構的構件以熱軋H型鋼為主，在裝焊前必須完成材料排版、切割下料、劃線、鉆孔等工序。裝配前須在型鋼表面劃線，傳統(tǒng)的人工作業(yè)生產效率低、劃線精度低、出錯概率高。本項目型鋼智能生產線一站式工作流程，可實現自動上料、自動進給、自動劃線、自動鉆孔、自動切割、自動輸送等作業(yè)。采用KASRY套料編程系統(tǒng)作為主要的編程工具，以Tekla、AutoCAD為基本的編程平臺，技術人員通過Tekla三維模型編輯生成劃線、鉆孔、切割3個工作站的工作程序CNC代碼，通過網絡傳輸到3個工作站的控制柜，向工作站的進給機械員和工作機械員發(fā)出指令完成工作程序，操作簡單，功能豐富，數控代碼一鍵生成，完美地解決了構件從設計到CNC的無縫銜接（圖3）。圖3?H型鋼智能生產線（3）等離子切割腰型孔。傳統(tǒng)的腰型孔采用銑削加工或鉆孔后切割打磨完成，前種方式效率低成本高，后種方式制孔精度、外觀差，二次作業(yè)成本高。本項目引進精細等離子切割機，配備優(yōu)質電源，進行腰型孔切割。通過多次工藝試驗，改進熄弧點位置及切割路徑，適當打磨即可滿足美國標準的要求。（a）

（b）圖4?等離子腰型孔切割機（a）腰型孔切割路徑優(yōu)化；（b）成型效果（4）異形鎖口制造工藝。針對鎖口樣式的多樣化特點，通過大量試驗，在便攜式數控切割機上安裝定制專用加長細割鋸，不僅解決了異形鎖口制備問題，而且大幅降低了碳刨打磨工作量。

（a）

（b）圖5?異形鎖口加工（a）鎖口仿形切割；（b）鎖口機加工（5）采用機械起拱方式解決了重型H型鋼起拱問題。建筑鋼結構的鋼梁、桁架類構件大部分有起拱要求，傳統(tǒng)熱矯起拱方案局限性大。本項目多為重型H型鋼，板厚達80?mm，采用起拱機作業(yè)的方式起拱，根據圖紙要求調整起拱值，適當設置回彈量。3?焊接規(guī)范研究本項目除了適用AWSD1.1D的基礎上，還需滿足AWSD1.8/D1.8M《鋼結構焊接規(guī)范–