超高层钢管柱加工技术研究

邓厚雄， 唐 健， 许祖锋， 刘云辉

(中国五冶集团钢结构工程分公司, 四川成都 610000 )

超高层钢管柱加工技术研究

邓厚雄， 唐 健， 许祖锋， 刘云辉

(中国五冶集团钢结构工程分公司, 四川成都 610000 )

文章从工程实例的钢板下料、卷管、接管、牛腿加工、牛腿总拼几道工序阐述了超高层建筑中管式钢柱的加工技术以及关键质量控制。以此提高了管式钢柱的加工质量，保证了工地安装质量和安装效率，为类似钢构件的加工提供参考。

管式钢柱; 加工技术; 质量控制

1 工程概况

中海城南1号B地块D座办公楼地下3层，地上38层。38层之上设置有屋顶层、设备层和设备层屋面，地下-3F、-2F为地下停车库，-1F为设备用房，1F～3F为商业楼，4F为架空层，5F～14F、16F～26F、28F～38F为办公楼，15F、27F为设备管道层及避难空间。

结构形式为钢管混凝土框架+混凝土核心筒结构组成。钢结构主要分为圆管柱、箱型钢柱、H型柱、H型钢梁等构件，钢管从φ1200×22～φ800×12之间不同规格，钢结构总重约5 441 t。钢管柱厂内分段制造，每段钢柱包含三层牛腿，牛腿端部断面如图1所示为H型形式，典型牛腿设计尺寸如图2所示。

图1 中海城南超高层管柱实体

图2 管柱典型牛腿尺寸

2 关键质量控制点

(1)牛腿异形盖板的切割尺寸控制；

(2)卷管的圆度及接管的直线度控制；

(3)牛腿多层盖板的同心度控制；

(4)牛腿腹板孔中心距管柱中心线尺寸控制；

(5)焊接收缩变形的控制。

3 管柱加工及质量控制

3.1 工序流程

为严格控制工序流程和工序质量，针对本工程管式钢柱的加工特制定工序流程，流程如图3所示。

图3 管式钢柱加工工序流程

3.2 钢板下料

3.2.1 异形零件下料

对牛腿盖板(环板)这样的异形零件，采取数控切割方式进行，以利于切割尺寸质量符合要求。技术人员编程时，要将切割余量事先进行预留，确保切割后几何尺寸符合设计要求。

3.2.2 高强螺栓孔钻制

腹板高强螺栓孔的钻制，一定要选择与钢梁工地连接的边作为基准边，把下料尺寸误差及钻孔误差留设在可修正的焊接边处(图4)。

图4 腹板钻孔基准边示意

3.3 卷管

本工程钢管由钢板卷制而成。每节卷管纵向对接焊缝为2/3不等边X型坡口，坡口尺寸内大外小。纵向焊缝为先焊管内，管外清根，最后埋弧焊盖面；卷管两端环向焊缝坡口为20°单边坡口，不留钝边。卷管坡口尺寸见图5所示。

单节卷管尺寸允许偏差如表1所示。

卷管纵缝焊接完成后，应按照Ⅰ级焊缝要求进行无损检测合格，并将焊缝余高打磨至与母材平齐。

3.4 接管

钢管接长对接环缝采取内加钢衬垫的V型坡口焊缝焊接，坡口角度为40°～50°，留设5～8 mm对接间隙(图6)。

图5 卷管坡口尺寸

序号检查项目尺寸允许偏差/mm1直径d±d/500,且不大于5.02长度L±3.03管口不圆度±d/500,且不大于5.04管口对接错边t/10,且不大于3.0(t为板厚)5管端不平度偏差±2.06管节直线度2.07弯曲矢高fL/1500,且不大于3.08管面对管中线的垂直度d/500,且不大于3.0

图6 钢管接长环缝坡口尺寸

钢管接长必须在专用平台上进行，平台及工装面必须平整。接管时，必须严格控制接管的直线度和同心度：在接管的两端横断面上3个成90°方向位置绷线，通过测量控制每节卷管外皮距绷线间距尺寸一致来保证接管的直线度和同心度(图7)。

图7 钢管接长实物

接管环缝焊接完成后，应按照Ⅰ级焊缝要求进行无损检测合格，并将焊缝余高打磨至与母材平齐。接管尺寸允许偏差见表2。

表2 接管尺寸允许偏差

3.5 牛腿加工

管柱牛腿加工最关键的控制点就是单个牛腿的精确定位及相互间位置(角度)的正确，尤其是采用高强螺栓连接的腹板与腹板之间的角度关系。

3.5.1 牛腿盖板加工

本工程单节管柱单层牛腿从3个到6个不等，根据牛腿数量对其盖板划分成相应份数，然后组拼成型。牛腿盖板(环板)采取数控精切成型。

由于卷管圆度存在尺寸偏差，为保证牛腿盖板能顺利套进卷管，考虑焊接收缩影响，牛腿盖板在组拼时，将其内圆直径加大8 mm。盖板组拼前必须在稳固平整的工装面上按1∶1绘制各牛腿定位中心线，然后在依大样图进行盖板组拼(图8、图9)。

图8 牛腿盖板中心线定位地胎

图9 牛腿盖板组拼

盖板组拼对接焊缝为Ⅰ级全熔透焊缝，经焊缝无损检测合格后，必须对其平面度进行矫正合格才能进行牛腿组装。

3.5.2 牛腿加工

根据工程特点，单层牛腿由2～3个盖板(环板)及腹板组成，牛腿组装和焊接分别见图10、图11。牛腿组拼主要控制项点及尺寸允许偏差见表3。

图10 牛腿组拼

图11 牛腿焊接

3.6 管柱总拼加工

由于卷管存在圆度偏差，厂内总拼管柱牛腿时，不允许以腹板孔中心与管外皮间距尺寸作为牛腿定位尺寸(图12、图13)，必须以牛腿腹板孔中心到管中心尺寸L2作为定位尺寸。要求在管柱两端分别用角钢设置十字架，在十字架上定出管中心点A，严格以管中心点A为基准点向外量取尺寸。为了控制好尺寸L2，在两端的角钢十字架设测线，通过控制牛腿孔与测线间距尺寸L1相等(L2=L-L1)来控制牛腿孔到管中心距离L2相等。通过该测线，同时可以检查牛腿定位偏差尺寸大小。

表3 牛腿组装尺寸允许偏差

图12 牛腿组装定位控制检测

图13 管柱总拼定位控制

管柱牛腿主要控制项点及尺寸允许偏差如表4所示。

4 结束语

在中海城南超高层建筑管式钢柱制作过程中，通过采用文章所述的工序流程、下料方法、螺栓孔钻制、卷管工艺、牛腿组装方法以及牛腿总装控制方式，经专业自检及第三方检

表4 管柱牛腿尺寸允许偏差

查，管柱几何尺寸及螺栓孔定位的控制质量符合要求。

[1] GB 50205-2001 钢结构工程施工质量验收规范[S].

[2] GB 50755-2012 钢结构工程施工规范[S].

邓厚雄(1983～)，男，工程师，国家注册二级建造师。

TU758.16

B

[定稿日期]2015-07-09