大跨度建筑钢结构制造关键技术

某大楼建筑整体约1.95万t钢结构，整栋建筑分为地下2层和地上14层，主要材料以轧制型材为主，轧制型材约占70 %，钢板厚度最大196 mm。原材料检验规范为ASTMA6，设计执行规范为AISC360钢结构建筑设计规范、AISC341钢结构建筑抗震规定。1 Tekla软件深化设计和BIM技术的运用该建筑综合性较强，结构复杂，周期短，钢结构深化设计涉及建筑、装饰、外墙、消防、暖通和电气等多个专业，且地下两层构件与混凝土作业面有大量联系，包括栓钉、接驳器、预埋件等均与钢结构制作存在交叉界面。构件有1.4万根，钢板厚度多达80种，型材种类多达300多种，节点设计图纸多达50多页，节点种类繁多，形式复杂，平面布置上梁顶标高错层较多，非标节点多，虽然很多节点无法通过软件自带节点完成建模，但可通过编制参数化外挂插件或人工手动完成。为避免后续现场吊装问题，前期在深化设计过程中需要熟悉了解节点要求、结合施工经验在深化设计过程中预先考虑现场安装需要注意到的问题。此建筑项目中构件开孔多，特别是桁架杆系连接处存在大面积孔群构造，对开孔尺寸精度要求高，增加了对模型精度控制的要求以及要求图纸英制表达，下发到车间的图纸要求公制表达，必须依托Tekla软件完成公英制精度控制。图1为TeklaBIM模型。图1 TeklaBIM模型2 关键制造工艺技术研究前期策划越全面对项目越有利，而工艺也是其中的关键。工艺技术先行，充分考虑工艺流程优化、车间布局、设备策划、图纸审核、物资材料到货和移库、风险识别等方面，并贯穿项目始终，为生产、物资、质量提供一切有利的信息。（1）优化工艺流程、引进先进的制造设备。类似结构传统制造方法需要近14道工序，工序间需要多次吊装转运，设备人工成本高、效率低，根据建筑钢结构制作特点，细分制作流程，并对流程进行优化，通过引入运用型钢生产线设备，流程优化改进后省去多余工序（图2）。图2 工艺流程（2）H型钢智能生产线，划线、钻孔、下料一站式作业。建筑钢结构的构件以热轧H型钢为主，在装焊前必须完成材料排版、切割下料、划线、钻孔等工序。装配前须在型钢表面划线，传统的人工作业生产效率低、划线精度低、出错概率高。本项目型钢智能生产线一站式工作流程，可实现自动上料、自动进给、自动划线、自动钻孔、自动切割、自动输送等作业。采用KASRY套料编程系统作为主要的编程工具，以Tekla、AutoCAD为基本的编程平台，技术人员通过Tekla三维模型编辑生成划线、钻孔、切割3个工作站的工作程序CNC代码，通过网络传输到3个工作站的控制柜，向工作站的进给机械员和工作机械员发出指令完成工作程序，操作简单，功能丰富，数控代码一键生成，完美地解决了构件从设计到CNC的无缝衔接（图3）。图3 H型钢智能生产线（3）等离子切割腰型孔。传统的腰型孔采用铣削加工或钻孔后切割打磨完成，前种方式效率低成本高，后种方式制孔精度、外观差，二次作业成本高。本项目引进精细等离子切割机，配备优质电源，进行腰型孔切割。通过多次工艺试验，改进熄弧点位置及切割路径，适当打磨即可满足美国标准的要求。（a）

（b）图4 等离子腰型孔切割机（a）腰型孔切割路径优化；（b）成型效果（4）异形锁口制造工艺。针对锁口样式的多样化特点，通过大量试验，在便携式数控切割机上安装定制专用加长细割锯，不仅解决了异形锁口制备问题，而且大幅降低了碳刨打磨工作量。

（a）

（b）图5 异形锁口加工（a）锁口仿形切割；（b）锁口机加工（5）采用机械起拱方式解决了重型H型钢起拱问题。建筑钢结构的钢梁、桁架类构件大部分有起拱要求，传统热矫起拱方案局限性大。本项目多为重型H型钢，板厚达80 mm，采用起拱机作业的方式起拱，根据图纸要求调整起拱值，适当设置回弹量。3 焊接规范研究本项目除了适用AWSD1.1D的基础上，还需满足AWSD1.8/D1.8M《钢结构焊接规范–