大跨度建筑鋼結(jié)構(gòu)制造關(guān)鍵技術(shù)

某大樓建筑整體約1.95萬t鋼結(jié)構(gòu)，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(yàn)規(guī)范為ASTMA6，設(shè)計(jì)執(zhí)行規(guī)范為AISC360鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)規(guī)范、AISC341鋼結(jié)構(gòu)建筑抗震規(guī)定。1?Tekla軟件深化設(shè)計(jì)和BIM技術(shù)的運(yùn)用該建筑綜合性較強(qiáng)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，周期短，鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)涉及建筑、裝飾、外墻、消防、暖通和電氣等多個(gè)專業(yè)，且地下兩層構(gòu)件與混凝土作業(yè)面有大量聯(lián)系，包括栓釘、接駁器、預(yù)埋件等均與鋼結(jié)構(gòu)制作存在交叉界面。構(gòu)件有1.4萬根，鋼板厚度多達(dá)80種，型材種類多達(dá)300多種，節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)圖紙多達(dá)50多頁(yè)，節(jié)點(diǎn)種類繁多，形式復(fù)雜，平面布置上梁頂標(biāo)高錯(cuò)層較多，非標(biāo)節(jié)點(diǎn)多，雖然很多節(jié)點(diǎn)無法通過軟件自帶節(jié)點(diǎn)完成建模，但可通過編制參數(shù)化外掛插件或人工手動(dòng)完成。為避免后續(xù)現(xiàn)場(chǎng)吊裝問題，前期在深化設(shè)計(jì)過程中需要熟悉了解節(jié)點(diǎn)要求、結(jié)合施工經(jīng)驗(yàn)在深化設(shè)計(jì)過程中預(yù)先考慮現(xiàn)場(chǎng)安裝需要注意到的問題。此建筑項(xiàng)目中構(gòu)件開孔多，特別是桁架桿系連接處存在大面積孔群構(gòu)造，對(duì)開孔尺寸精度要求高，增加了對(duì)模型精度控制的要求以及要求圖紙英制表達(dá)，下發(fā)到車間的圖紙要求公制表達(dá)，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(guān)鍵制造工藝技術(shù)研究前期策劃越全面對(duì)項(xiàng)目越有利，而工藝也是其中的關(guān)鍵。工藝技術(shù)先行，充分考慮工藝流程優(yōu)化、車間布局、設(shè)備策劃、圖紙審核、物資材料到貨和移庫(kù)、風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別等方面，并貫穿項(xiàng)目始終，為生產(chǎn)、物資、質(zhì)量提供一切有利的信息。（1）優(yōu)化工藝流程、引進(jìn)先進(jìn)的制造設(shè)備。類似結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)制造方法需要近14道工序，工序間需要多次吊裝轉(zhuǎn)運(yùn)，設(shè)備人工成本高、效率低，根據(jù)建筑鋼結(jié)構(gòu)制作特點(diǎn)，細(xì)分制作流程，并對(duì)流程進(jìn)行優(yōu)化，通過引入運(yùn)用型鋼生產(chǎn)線設(shè)備，流程優(yōu)化改進(jìn)后省去多余工序（圖2）。圖2?工藝流程（2）H型鋼智能生產(chǎn)線，劃線、鉆孔、下料一站式作業(yè)。建筑鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)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(chǎn)效率低、劃線精度低、出錯(cuò)概率高。本項(xiàng)目型鋼智能生產(chǎn)線一站式工作流程，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上料、自動(dòng)進(jìn)給、自動(dòng)劃線、自動(dòng)鉆孔、自動(dòng)切割、自動(dòng)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(tái)，技術(shù)人員通過Tekla三維模型編輯生成劃線、鉆孔、切割3個(gè)工作站的工作程序CNC代碼，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)?個(gè)工作站的控制柜，向工作站的進(jìn)給機(jī)械員和工作機(jī)械員發(fā)出指令完成工作程序，操作簡(jiǎn)單，功能豐富，數(shù)控代碼一鍵生成，完美地解決了構(gòu)件從設(shè)計(jì)到CNC的無縫銜接（圖3）。圖3?H型鋼智能生產(chǎn)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(xiàng)目引進(jìn)精細(xì)等離子切割機(jī)，配備優(yōu)質(zhì)電源，進(jìn)行腰型孔切割。通過多次工藝試驗(yàn)，改進(jìn)熄弧點(diǎn)位置及切割路徑，適當(dāng)打磨即可滿足美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的要求。（a）

（b）圖4?等離子腰型孔切割機(jī)（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(duì)鎖口樣式的多樣化特點(diǎn)，通過大量試驗(yàn)，在便攜式數(shù)控切割機(jī)上安裝定制專用加長(zhǎng)細(xì)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(jī)加工（5）采用機(jī)械起拱方式解決了重型H型鋼起拱問題。建筑鋼結(jié)構(gòu)的鋼梁、桁架類構(gòu)件大部分有起拱要求，傳統(tǒng)熱矯起拱方案局限性大。本項(xiàng)目多為重型H型鋼，板厚達(dá)80?mm，采用起拱機(jī)作業(yè)的方式起拱，根據(jù)圖紙要求調(diào)整起拱值，適當(dāng)設(shè)置回彈量。3?焊接規(guī)范研究本項(xiàng)目除了適用AWSD1.1D的基礎(chǔ)上，還需滿足AWSD1.8/D1.8M《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范–