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。原材料檢驗規(guī)范為ASTMA6，設(shè)計執(zhí)行規(guī)范為AISC360鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計規(guī)范、AISC341鋼結(jié)構(gòu)建筑抗震規(guī)定。1?Tekla軟件深化設(shè)計和BIM技術(shù)的運用該建筑綜合性較強，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，周期短，鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)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(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)點設(shè)計圖紙多達(dá)50多頁，節(jié)點種類繁多，形式復(fù)雜，平面布置上梁頂標(biāo)高錯層較多，非標(biāo)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(shù)化外掛插件或人工手動完成。為避免后續(xù)現(xiàn)場吊裝問題，前期在深化設(shè)計過程中需要熟悉了解節(jié)點要求、結(jié)合施工經(jīng)驗在深化設(shè)計過程中預(yù)先考慮現(xiàn)場安裝需要注意到的問題。此建筑項目中構(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(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項目越有利，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、風(fēng)險識別等方面，并貫穿項目始終，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、引進先進的制造設(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，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，細(xì)分制作流程，并對流程進行優(yōu)化，通過引入運用型鋼生產(chǎn)線設(shè)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(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、出錯概率高。本項目型鋼智能生產(chǎn)線一站式工作流程，可實現(xiàn)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(shù)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(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)?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(shù)控代碼一鍵生成，完美地解決了構(gòu)件從設(shè)計到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。本項目引進精細(xì)等離子切割機，配備優(yōu)質(zhì)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(dāng)打磨即可滿足美國標(biāo)準(zhǔn)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(shù)控切割機上安裝定制專用加長細(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(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。本項目多為重型H型鋼，板厚達(dá)80?mm，采用起拱機作業(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–