單層大跨度網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)空心六棱柱節(jié)點制作技術(shù)

單層大跨度網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)空心六棱柱節(jié)點制作技術(shù)摘要：在大跨度網(wǎng)殼鋼結(jié)構(gòu)中常出現(xiàn)空間多面體節(jié)點,其中空心六棱柱節(jié)點較一般多面體節(jié)點更為復(fù)雜,制作難度也偏大。提出在結(jié)構(gòu)設(shè)計階段和深化設(shè)計階段即進行節(jié)點的全面優(yōu)化,在工廠加工階段對制作工藝進行優(yōu)化,采用數(shù)控下料、坐標(biāo)控制組拼的制作工藝,并創(chuàng)新輔助工裝措施,制作全工序采用表格化程序監(jiān)控,有助于實現(xiàn)復(fù)雜節(jié)點的批量化加工制作。在提高工作效率的同時,保證了項目制作質(zhì)量達(dá)標(biāo)。近幾年來鋼結(jié)構(gòu)制作技術(shù)不斷成熟,各種形式的鋼結(jié)構(gòu)在建筑領(lǐng)域中應(yīng)用越來越廣泛。隨著國內(nèi)空港車站、體育場館、文化設(shè)施等大跨度空間結(jié)構(gòu)建筑的大量建設(shè),出現(xiàn)了很多復(fù)雜的結(jié)構(gòu)節(jié)點形式,而在這些節(jié)點的制作過程中,裝配及焊接精度要求高、焊接難度大,耗費工時巨大,有待從制作技術(shù)上尋求突破與創(chuàng)新[1-4]。某項目總建筑面積為44.63萬m2,地處澳門,執(zhí)行英標(biāo)規(guī)范。建成后將成為澳門最具特色的標(biāo)志性高檔酒店建筑群。其中天幕鋼結(jié)構(gòu)形式為單層網(wǎng)殼連拱大跨度結(jié)構(gòu)體系。屋蓋南北長約135.8m,南側(cè)寬約45m,北側(cè)寬約74m。幾何形態(tài)呈3個波峰結(jié)構(gòu)部分形式見圖1。天幕單層網(wǎng)殼鋼結(jié)構(gòu)是由1430個節(jié)點和4360根變截面鋼梁組成,其中1330個節(jié)點為空心六棱柱結(jié)構(gòu),占所有節(jié)點的93%。由于空間結(jié)構(gòu)特殊性,每個棱柱節(jié)點外型雖然遵循了空心六棱柱的一致性特征,但其尺寸大小、內(nèi)部定位及整個節(jié)點空間定位均不相同。鋼梁節(jié)點主要連接形式見圖2。圖2六棱柱節(jié)點示意由于每個節(jié)點的各異性,本項目設(shè)計階段考慮將空心六棱柱節(jié)點的形式定為板拼式焊接節(jié)點,單個節(jié)點由外環(huán)、內(nèi)核、上下蓋板和加勁肋4個部分組成,每個節(jié)點含42個零件板,組拼焊縫共計48道。由于每個節(jié)點的設(shè)計板厚差異明顯。單個節(jié)點質(zhì)量最小的僅67kg(對應(yīng)直徑410mm),最大的則達(dá)到3240kg(對應(yīng)直徑1400mm),見圖3。圖3六棱柱節(jié)點零件示意2制作難點分析六棱柱結(jié)構(gòu)形式見圖4。圖4六棱柱結(jié)構(gòu)形式根據(jù)六棱柱節(jié)點的結(jié)構(gòu)形式,其加工制作難點如下。1)單個節(jié)點制作難度大,主要表現(xiàn)為：a.單個節(jié)點零件多,且節(jié)點內(nèi)部空間小(節(jié)點高度300～800mm,節(jié)點直徑410～1100mm),有限的空間內(nèi)容納了大量零件板。b.焊縫重疊多,焊接應(yīng)力大、焊接變形難于控制且焊縫質(zhì)量要求高。對焊接程序的控制帶來很大的挑戰(zhàn)。c.外觀處理難度大,截面及夾角小,噴砂、油漆需要細(xì)致的控制。d.加工精度要求高。每個節(jié)點在六個面上均需要與鋼梁進行連接,其中工廠完成主方向2根鋼梁的連接,另外4根在現(xiàn)場完成。六棱柱節(jié)點的制作需要保證相當(dāng)高的定位精度,才能同時保證其在6個方向上與鋼梁的2)由于1330個節(jié)點在外形尺寸、內(nèi)部定位及節(jié)點重量上各不相同,對傳統(tǒng)的流水線加工制作有很大的挑戰(zhàn)[5]。3制作技術(shù)要點3.1制作優(yōu)化3.1.1設(shè)計優(yōu)化在設(shè)計階段即考慮對加工制作進行合理的優(yōu)化,統(tǒng)計每一個六棱柱節(jié)點的高度、半徑信息,在深化設(shè)計階段優(yōu)化內(nèi)核空間定位。確保內(nèi)核在滿足設(shè)計要求的前提下有足夠的組拼、焊接空間[6]。3.1.2工藝優(yōu)化通過焊接工藝優(yōu)化,將外環(huán)工字板由兩道焊縫組拼完成優(yōu)化為一道焊縫,且焊接位置由端部移至中部。使每個節(jié)點優(yōu)化減少6道制作焊縫的同時,避開了焊縫重疊區(qū),減少了焊接熱變形的影響[7]。工藝優(yōu)化示意見圖5。圖5設(shè)計工藝優(yōu)化示意圖6坐標(biāo)控制法示意為實現(xiàn)六棱柱節(jié)點的批量化流水加工,引