多角度折弯型圆管柱制作技术

张迪 卢小军 程道昱 魏廷猛

中建钢构有限公司北方大区天津制作厂 天津 300000

1 工程概况

1.1 总体概况

丽泽SOHO总承包工程坐落于北京市丰台区丽泽金融商务区E04地块，地下4层，地上45层，建筑高度199.99m，主要由外框斜圆管钢柱、外框H型钢梁、核心筒钢骨柱与钢骨梁、加强层桁架、钢连桥、采光顶钢桁架及屋顶直升机平台等组成。如效果图所示。

1.2 外框圆管钢柱概况

外框钢结构分布于塔楼B2-F46层，外框钢柱均为斜圆管型柱，最大截面φ1219×24mm，每层钢柱约36根，材质为Q345C，由两个反对称流线型塔楼分两侧如DNA双螺旋结构盘旋而上，并在之间用三道跨度为9m-38m弧形钢连桥连接，共同形成“筒体-单侧弧形框架的两个单塔与椭圆形腰桁架”的结构体系。外框圆管柱结构复杂，折弯角度多样，给制作提出了更高的要求和难度。

2 难点分析及制作工艺

本工程外框圆管柱大部分为斜圆管钢柱，存在多处折弯，并且折弯角度并未在同一平面，保证圆管柱焊接成型后的对接精度和牛腿定位是重点和难点。本文以典型的三处折弯多角度圆管柱为例，采用分段下料分段对接方法介绍其制作工艺和优化措施。

2.1 制作工艺

（1）下料。①利用Tekla及CAD建立圆管柱分段实体模型。②利用AutoPOLforWindows软件对分段实体进行1：1展开。③使用数控火焰切割机进行下料，预设焊接收缩量和加工余量。④坡口采用半自动切割机进行切割，焊接前需将坡口面打磨干净，露出金属光泽。圆管卷制。钢板卷制前采用卷板机进行两侧预压，范围为300mm，压痕不大于0.5mm。筒体采用渐进式卷制成型，保证板边对接错边小于等于2mm，端头长度错边小于等于2mm。

（2）纵缝焊接。筒体卷制经质量检测合格后，采用U型坡口不清根工艺焊接纵缝；先焊筒体内侧，再焊接筒体外侧；纵缝焊接完成经UT探伤合格后用卷板机进行回圆，椭圆度允许偏差±3mm，严格控制单节圆管精度。

（3）分段对接及装焊隔板。

①首先以分段1和分段2圆管中心线为参考面进行拼接。制作胎架时必须在地面划出圆管中心线及圆管定位企口线等，检验合格后方可使用。从柱顶向下逐段装配，纵缝拼接位置要错开200mm以上，环缝焊接要求同纵缝一致，先焊接管体内侧焊缝，再焊接外侧焊缝。

②以两两同一平面为基准对接形式，首先划出柱顶端铣余量线，在圆管内侧上弹出四分母线（0°、90°、180°、270°），划出内隔板及封头板装配线，内隔板由内到外采用衬垫焊退装法。柱顶隔板装焊完成后进行柱顶端铣，端铣量为2-4mm。根据剖视图准确定位柱顶连接耳板，偏差不大于2.0mm。

③依次类推，分别进行剩余分段装配。以第二段和第三段圆管中心线所在平面为参考面进行拼装，通过旋转角度和弧长确定第二、三分段的定位基准线，确定对接口的最高点和最低点，固定焊接，如图所示。以相同的方法拼接最后第三、四段圆管。

（4）装配牛腿及幕墙支座。以第一段和第二段为例，介绍牛腿及幕墙支座的装配工艺。装配前确保零部件外形尺寸及坡口切割质量合格，牛腿及幕墙支座安装必须保证上环板标高和腹板垂直度。

以柱顶为基准，具体拼装顺序如下：①参照第一、二段基准线，在主体上划出牛腿及幕墙支座安装定位线；②拼装上下环板，即牛腿的上下翼缘，预留2-3mm焊接余量，确保上环板标高准确；③安装中间腹板，焊接完成后验证整体组装定位尺寸；④安装中环板及其余零部件，幕墙支座单独焊接后整体安装到圆管柱，检验整体组装定位尺寸，验收合格后，将焊渣、飞溅等缺陷去除干净。按照此方法将剩余分段牛腿依次安装完成。

（5）整体检测。为保证现场安装精度，严格控制吊耳和连接耳板的组装定位尺寸误差；焊缝外观质量标准及尺寸允许偏差应符合质量验收规范的要求，不得有裂纹、气孔、未焊满、咬边等焊接缺陷。

（6）涂装运输。将焊接成型检验合格的构件进行喷砂除锈处理并根据设计要求喷涂防腐油漆，为了方便现场安装，在规定位置打样冲眼和构件标识。

2.2 制作重难点及工艺优化

（1）多角度扭转折弯是制作的难点，本文通过运用TEKLA软件生成三维线模及圆管中心线，导入AutoCAD生成三维实体模型，采用分段制作两两整合形式，结合SEC剖切命令切出多个参考基准面，通过测量的偏移角度和弧长进行扭转拼接，制作工艺时保证纵缝错开焊接，加设适当余量和焊接收缩量，焊接完成后进行矫正会圆，确保整体尺寸长度。

（2）牛腿安装及上下吊耳耳板的定位是控制制作精度的主要重点。利用三维实体对牛腿上下翼缘及环板进行剖切，测量出偏移基准线的角度和弧长，在已制作完成的圆管柱上做出参考线，预留适当收缩余量，保证牛腿标高和腹板的垂直度[1]。

（3）深化设计根据构件运输及现场吊装情况进行合理分段分节；对圆管柱节点进行优化，在保证结构受力允许及外观构造完整的前提下，避免牛腿与折弯点冲突和焊缝重叠。

3 结语

丽泽SOHO外框斜圆管柱结构复杂并呈现非同平面多角度折弯，本文通过结合多个处理软件优化制作工艺，采用圆管分段下料焊接，两两拼接整合的方式，经过实践证明，斜圆管柱焊接成型后的对接精度和牛腿定位都收到了很好的效果，对同样类似结构的斜圆管柱制作提供了很好的参考价值。