李天琦

[摘要] 新建雄安高鐵站房項目下部結構采用框架勁性結構體系，勁性結構鋼柱設計為十字型截面，柱腳設計為靴梁式預埋柱腳。鋼構件為Q345GJC材質，加工性能較差，且截面較大，靴梁式柱腳焊縫多、板材空間拼接多，加工難度較大。項目通過采用精細化的深化設計管理和現(xiàn)代化的工廠加工管理，通過準備、加工的全工序質量控制，實現(xiàn)了大型復雜鋼構件的加工質量控制。

[關鍵詞] 鋼結構;工廠化加工;深化設計

0引言

武漢高鐵站為我國復雜大跨鋼結構提供了豐富的設計和施工經(jīng)驗，同時隨著各類大跨場站的涌現(xiàn)，施工人員對施工技術和加工過程中體現(xiàn)出來的諸多技術問題和質量控制問題也越來越重視。鋼結構柱腳上連主體結構，下接下部基礎，是決定承載力的主要部位，使上部結構和下部主體有效的連接起來，他能有效固定上部主體的同時將柱子下端的軸力、彎矩和剪力傳遞給基礎，柱腳剛度直接關系到結構的穩(wěn)定性。同時柱腳上部為十字型鋼柱，下部是鋼筋混凝土基礎，兩者結構上存在不連續(xù)性。作為結構轉接和主要受力構件，如果柱腳及整根鋼柱處理不當、加工質量不可靠，將對整體結構造成嚴重不良影響。

鋼結構的加工制造隨著結構的發(fā)展，鋼結構的制造工業(yè)機械化水平也在不斷提高。從設計入手，結合制造工藝，促進產(chǎn)品的定型化、標準化、系列化，形成加工流水線，促進批量化生產(chǎn)，降低造價。我國鋼結構自19世紀開始發(fā)展，隨著工廠內加工工藝和管理模式的日漸成熟，新型智能化加工設備的推陳出新，復雜鋼結構節(jié)點的加工質量也到了進一步保障，加工效率大幅提高。

1靴梁式超大十字柱設計概況

雄安站房屋總建筑面積47.2萬平方米，站房面積約為13.8萬平米，站臺雨棚投影面積10.97萬平方米，站場總規(guī)模為11臺19線。工程建筑主體共5層，其中地上3層，地下2層，局部設夾層。雄安站堅持建設綠色、智能、精品客站的目標要求，必將成為中國鐵路客站創(chuàng)新發(fā)展的標志性工程。

工程承軌層以下設計為勁性框架式結構，勁性部分為靴梁式十字鋼柱。十字鋼柱截面尺寸為+2200×1400×45×80mm，材質Q345GJC，最大重量約45t。埋入式柱腳長4m，由1個十字型鋼柱（1*28.1t）和4個靴梁（4×3.88t）組成，每個靴梁上有6根2.3m長地腳錨栓和基礎混凝土連接，十字型鋼柱由2塊腹板和4塊翼緣板組成，腹板長2200mm，厚度為45mm，翼緣板長1400mm，厚度為80mm。

2工廠化加工管理

2.1工藝流程綜述

施工準備階段進行原材料的采購，進廠后進行檢驗，合格后再進行預處理，審閱施工圖后完成工藝準備、焊接工藝評定、制作工藝流程。材料進場后按照圖紙尺寸要求進行放樣，檢查套料的尺寸精度后再進行下料，切割、鉆孔、鋼材冷熱加工成形后再進行尺寸檢查，完成焊接、矯正后合攏組裝，再進行焊接、矯正，經(jīng)過初裝、中裝并逐級檢查矯正后，進行大合攏總拼裝。在車間完成構建的預拼裝，全部檢查合格后，對構建進行涂裝編號，最終驗收，合格后出廠。

靴梁式十字柱結構由1段十字型鋼柱及4個靴梁組成，十字型鋼柱加工步驟為：先加工出一個H型鋼柱，再將兩個T型鋼柱組裝在H型鋼柱上，再對端部銑平，驗收后分段完成十字柱加工;現(xiàn)場施工靴梁式十字柱節(jié)點分五次進行加工，即十字型鋼柱和4個靴梁分次加工，在現(xiàn)場進行靴梁和十字柱的焊接，完成靴梁式十字柱結構的制作。

2.2深化設計管理

基于BIM技術，應用Tekla軟件，通過對鋼結構施工圖紙節(jié)點的（建?！治觥纸狻摻?鋼構節(jié)點深化→焊縫深化→形成三維深化設計成果→導出深化設計圖紙→深化設計圖紙確認→出加工圖→加工）等管理流程，實現(xiàn)對鋼結構節(jié)點的深化設計，使圖紙信息由設計信息完成向加工、安裝信息的轉化。

工程靴梁式十字柱結構，其靴梁柱腳是深化設計的重點。通過對節(jié)點的三維模型搭建，優(yōu)化鋼構-鋼筋穿插，確定連接板、預埋螺栓、鉚釘?shù)燃毑繕嫾ㄎ?，并輸出可用于指導工廠化加工的鋼結構加工圖。

2.3工廠內工藝管理

（1）下料

鋼柱主體按無余量加工形式下料，減少二次切割;構件長4.1m，考慮上端端銑3～4mm以及整體焊接收縮量，翼板下料長度為4105mm，允許偏差±1mm;全熔透區(qū)域腹板下料寬度加設2mm焊接收縮余量。

45mm腹板在下料后應先完成制孔，再進行坡口開設;注意坡口正、反向的區(qū)別，嚴格按照工藝文件要求控制坡口角度及鈍邊尺寸，坡口角度偏差0～﹢5°，鈍邊尺寸偏差0～-2mm，并處理好半熔透和全熔透焊接坡口的過渡。

（2）制孔

45mm厚腹板Φ22穿筋孔采用高速龍門鉆、三維鉆（寬≤1220mm）制孔，80mm厚靴梁翼板Φ22穿筋孔亦可采用平面鉆制孔。

（3）組立

腹板與翼板焊接連接區(qū)域應將鐵銹、污垢等清除干凈。十字柱中H型及雙T型（將兩T型腹板位置點焊組成H型）宜采用人工臥式組立，在平整胎架上進行，保證截面尺寸。

引熄弧板材質、厚度、坡口尺寸選用與腹板相同的，保證焊縫端部質量。為減少構件翻身及焊接變形，組立時腹板焊接坡口深坡口應同側，同時進行深坡口側的打底焊、填充焊等，翻身后完成淺坡口側的清根、打底焊、填充焊等。4.1m長首節(jié)柱H型重約10t，單個T型重約5t，組立時應加設安全支撐板防傾斜，并對構件噸位及件號進行標識。

（4）焊接

十字柱焊接前預熱至80℃;焊接時應注意翻身，減少焊接變形。H型及雙T型焊縫應采用埋弧焊蓋面，十字焊縫位置空間尺寸約為1m*1m，可采用小車埋弧焊。45mm厚腹板與翼板焊接后，焊縫焊腳高度10mm，允許偏差0～+2mm，不允許加大焊腳高度。

（5）端銑及栓釘焊

采用大型端銑機（4.5米*6米）進行十字柱頂部端銑。

（6）翻身倒運

在翼板對應位置加設翻身吊耳，在翼板外側加設弧形卡板工裝。使用50t桁車主鉤、副鉤完成構件翻身。

（7）涂裝運輸

表面處理：

承軌層以下構件均為勁性構件，無需拋丸除銹，但應去除飛濺、油污等雜質，保證構件外觀質量。

構件標識：

1）按《工廠構件標識-通用工藝》執(zhí)行，并貼二維碼掃描圖片（即BIM條碼）。

2）總裝車間應在鋼柱柱頂往下500mm位置的圖紙▲側，打“△”型的樣沖眼標識。油漆車間用白色油漆明顯。

2.4廠內加工要求

工廠內加工的基本要求如下：

（1）焊縫要求

1）焊縫要求參照焊縫通圖。

2）柱的翼緣板拼接縫和腹板拼接縫的間距不應小于200mm，拼接長度不小于600mm;所有拼接縫都必須避開節(jié)點區(qū)域、加勁板200mm以上。

3）對接焊縫質量等級均為一級。

（2）材料要求

1）焊材，焊劑在使用前應在350℃烘焙2h。

2）栓釘，受潮的栓釘瓷環(huán)使用前應在120℃～150℃范圍內烘焙1h～2h。栓釘選用ML15型。

（3）預熱要求

板厚≥40mm時，焊縫坡口兩側100mm范圍內，焊前應預熱到80℃;層間溫度控制在80～250℃;焊后用保溫棉覆蓋緩冷至常溫。為避免延遲裂紋產(chǎn)生，構件發(fā)貨前應再次檢查構件焊縫。

（4）其他要求

1）采用火焰校正構件變形，加熱校正一般溫度為700～800℃，不得超過900℃。

2）過焊孔按照圖紙及《天津廠過焊孔-通用工藝》執(zhí)行;定位焊按照廠通用工藝執(zhí)行。

3工廠加工質量控制要點

3.1 原材料質量管理

1）物資主管部門在進行工程所需的各種材料的采購前，應審查生產(chǎn)廠家是否滿足業(yè)主及工程所需材料要求，并要求提供相關證明。必要時應進行材料產(chǎn)地或生產(chǎn)廠家的質量調查，確保工程材料的質量保證。

2）材料進場后，質量主管部門與物資主管部門負責按照材料質量標準進行外觀質量和幾何尺寸的檢驗，并做好相關記錄。

3）質量主管部門在外觀質量檢查合格的原材料、半成品中按照業(yè)主、監(jiān)理及國家標準的規(guī)定進行取樣，抽取的樣品由質量主管部門材料檢驗員負責送檢，檢測單位應具有規(guī)定的資質并在當?shù)亟ㄔO行政主管部門備案認可。

4）只有經(jīng)過驗收、檢驗被確認為合格的原材料、半成品、零部件才能被允許使用。

5）經(jīng)檢驗不合格的材料應進行明顯的標識，并及時與供應商聯(lián)系按照合同協(xié)商解決。嚴禁在工程上使用不合格材料。

6）材料進場驗收后，均應做好標識，并按要求進行保管。

3.2 制作過程的質量控制

1）工程質量檢驗工作必須嚴格按照國家和地方政府的法律、法規(guī)、規(guī)范及規(guī)程標準執(zhí)行。

2）工程開工前，相關部門應對車間及作業(yè)班組進行技術、制作工藝和檢驗計劃交底。

3）作業(yè)班組應嚴格按照設計圖紙和技術交底、制作工藝以及質量驗收規(guī)范的要求進行，專職質量檢驗員應按照檢驗批的劃分隨時檢查制作質量，發(fā)現(xiàn)有不符合驗收標準要求的及時進行整改。

4）作業(yè)班組在工程生產(chǎn)過程中嚴格進行“三檢制”。上道工序經(jīng)檢驗合格后才能進入下道工序的生產(chǎn)。

5）專職質量檢驗員及車間應認真做好生產(chǎn)記錄，以保持加工質量的可追溯性。

3.3 成品保護管理

1）質量主管部門負責監(jiān)督、檢查車間對構件、物資的標識和可追溯性的管理工作。

2）物資主管部門以及車間負責對原、輔材料及生產(chǎn)過程中所有零部件、構件進行標識，并有可追溯性。

3）庫內存放物資，物資主管部門宜采用懸掛卡片的方法標識名稱、規(guī)格、材質、數(shù)量、產(chǎn)地等。

4）下料班組在零部件下料完成后，進入下道工序前用油漆標明零件號、材質等信息。

5）每道焊接作業(yè)完成后，焊接班組應在焊縫附近標記焊工鋼印號。

6）總裝班組應在構件組裝完成后，用鋼印標記出構件編號。

7）成品堆場構件的堆放、發(fā)運的質量管理。

8）鋼構件制作完畢后應加以臨時圍護隔離，防止踏踩。

9）構件需要運輸時，應注意防止磕碰，防止在地面拖拉。

4結語

1）通過對大型靴梁式十字柱的工廠化加工管理，包括深化設計、節(jié)點優(yōu)化、加工工藝控制、數(shù)控加工設備、質量控制等分項管理手段，成功保證了雄安新建高鐵站房大型勁性鋼結構的加工質量。

2）Tekla三維建模及深化在鋼結構工程施工領域的應用成熟度較高，相對于傳統(tǒng)的二維翻圖，三維深化的精度更高、深化更為全面、錯誤率更低、操作也更為便捷高效。成熟的BIM技術應用也具有深化成本低、返工率低、材料浪費較少、適用性和可推廣性強等特點。

3）雄安站房大型鋼構件的工廠化加工精細管理和質量控制，保證了鋼構件的質量和加工效率，進而促進了現(xiàn)場履約，提升了企業(yè)的社會信譽度，具有良好的社會效益。同時工廠化加工采用流水化生產(chǎn)線，既優(yōu)化配料，又減少人工成本，具有顯著的經(jīng)濟效益。工廠化加工的優(yōu)化配料和采用高精度數(shù)控加工設備，大大減少了廢料產(chǎn)生，環(huán)境效益同樣明顯。

4）綜上所述，靴梁式十字柱工廠化加工技術，在解決現(xiàn)場實際問題，滿足施工質量精度和供貨效率需求的同時，具有良好的社會、經(jīng)濟、環(huán)境效益，具有廣泛的推廣性，為同類大型復雜節(jié)點鋼結構的加工提供了很好的可鑒經(jīng)驗。

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