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摘要 在当前国际钢结构行业中，众多设计者不仅借助钢结构的功能性作用，还更多地依托三维建模深化设计软件的强大功能，使钢结构造型更加美观、多样化、突出。构件往往具有多角度、扭曲、异形等特点，不同程度上给制作、加工带来了一些困难，很多异形构件无法从典型的二维图纸中进行分析、组装，需要借助更高技术的软件或设备进行点与点的空间测量，保证控制点精度，实现施工现场的顺利安装。本文以复杂变径圆管柱为例，介绍了其制作工艺、难点、对策，以及现场安装的正确步骤。 关键词： 复杂变径圆管柱；制作工艺；三维深化设计 1 复杂变径圆管柱研究背景介绍 在建筑业日新月异发展的现代，人们对建筑的要求也日趋多样化，建筑师的设计理念和思路也在建筑钢结构中得到了淋漓尽致的体现。异形钢结构的不断涌现，给三维深化设计、制作加工、现场施工提出了更高的要求。特别是对一些多牛腿、多角度的复杂圆管柱构件，在建模设计、详图质量、牛腿定位等重点过程中要深入剖析、合理转化，充分做好加工前的技术准备工作。 复杂变径圆管柱指由两节或两节以上圆管及变径管顺向焊接而成、圆管外侧连接了多个牛腿且牛腿与圆管成不同角度连接的形式构件。以复杂变径圆管柱设计为例，因其单节多层，深化后的构件详图仅靠常规的二维视图或剖面图无法清晰地反映零部件的基本性质，并且图纸标注过多，传统出图思路无法满足构件中零件的定位要求，容易造成零件定位不准确、施工现场安装困难，甚至无法安装等后果。针对此类问题，分析复杂变径圆管柱制作的关键要点，即圆管柱相对于水平面的倾斜角度、连接水平梁牛腿的精度等，由于圆管柱环向牛腿数量较多，对深化设计详图提出了更高的要求，在保证工艺定位要求的前提下，需对复杂节点处牛腿进行三维尺寸标注，便于制作过程中典型控制点的精度保障，由此克服二维图纸中标注多、标准乱、无法测量的困难。 2 典型复杂变径圆管柱项目实例分析 2.1 某市金融商务中心钢结构项目大直径多角度复杂变径圆管柱制作研究 项目整体结构形式为框架核心筒混合结构，由钢管混凝土外框柱、钢筋混凝土核心筒和钢框架梁组成，圆管柱的截面形式有以下几种：圆管PD1,800×32、锥形管1,800×(32~1,700)、圆管PD1,700×32；柱梁连接采用牛腿栓焊且所有变径墙角柱、墙面柱均呈多角度布置（圆管柱概貌及布置见图1、图2），钢框梁水平布置。因此，圆管柱与钢框梁连接牛腿的定位需一一进行空间放样和方向核定，单个圆管构件看似外形简洁，但牛腿定位基准点却不易掌握。  图1 圆管柱概貌 图1中构件W5GKZ-9即该案例高层项目5节变径非同心圆管柱构件，圆管柱整体向内侧倾斜，圆柱体内部焊接圆环内隔板，外部牛腿成“米”字形上下两层布置，且上层牛腿位于椎管处。  图2 圆管柱布置 2.2 施工难点 √PD1,800×32圆管与锥形管中心轴一致，但锥形管与PD1,700×32圆管中心轴相对于水平布置基准轴线存在双角度，其相对位置至关重要，决定了与钢梁连接牛腿的位置及是否能与上柱顺利连接。 √所有变径圆管柱施工详图深化均以平面布置轴线A-C、B-D为基准进行投影，由于φ1,700筒节存在摆头状态，因此确定A-C、B-D轴线至关重要，否则容易导致零部件环向定位错误。 √内环板厚度均为60mm，重量较大，布置方向与圆管中心轴线不垂直，且带有纵向隔板，组装精度高，施工难度大。 √牛腿数量较多，多角度，体量及焊接量较大，其定位精度、端口尺寸及变形控制成为制作时的控制重点。 2.3 对策 √针对此变径管的复杂结构，对深化图纸进行二次深化，形成变径管制作工艺图，对大直径变径管进行100%检验，保证合格部件的流转。 √通过分析、计算和放样，只有确定了变径管最短边或最长边才能准确定位4条轴线，通过计算和工艺图绘制，折算相应弧长以确定零部件定位基准线。 √考虑母材损耗，内环板采用1/4切割，拼接合格后，采用型钢推进法进行组装，以利于施焊，内环板的定位则采用四点法，以下管端为基准，在A/B/C/D轴线的径向尺寸定位环板。 √牛腿组装原则：零件–部件–构件，牛腿采用四点法进行空间定位，以保证牛腿在圆管环向及径向的空间尺寸。 2.4 测量定位加工顺序（以图3构件为例）  图3 圆管柱 第一步：圆管平放在平整牢靠的胎架上，使用施工线坠选择圆管上平面两端平分点，然后线坠下垂选取下平面两端平分点（即四点平分点），特别注意选取点基准要与图纸标注斜度相匹配，见图4。  图4 圆管柱四等分 第二步：内隔板组装，保证内隔板组装后与牛腿翼缘板对齐，内环板定位以下管端为基准，预留端铣余量3mm~5mm，分别测量出内隔板在圆管四条径向线长度，进行准确定位，见图5。  图5 内环板定位焊接 第三步：圆管四点选取后依据图纸标注斜度方向定顶板、内隔板尺寸，同样注意圆管斜度方向，圆管柱顶板、内隔板焊接完毕后组织端铣，见图6。  图6 圆管柱端铣 第四步：牛腿定位依据加工前选取的柱下端四点平分点，利用Tekla软件在模型里面增加板条辅助牛腿定位标注，因为圆管柱变径位置双向倾斜，上下端圆管四点平分点不在同一水平线上，特别注意辅助板条基准全部以柱下端吊耳为准，见图7。  图7 牛腿空间辅助板条 第五步：牛腿定位标注先以辅助板条为基准做辅助线，方便模型选取测量点，牛腿空间定位尺寸见图8。  图8 牛腿空间定位尺寸 第六步：钢柱牛腿定位完毕后要核对定位的准确性，上下层牛腿全部都要核对，见图9。  图9 牛腿空间尺寸核对 3 结 语 异形构件，特别是巨型圆管柱变径非同心构件及其特殊节点，其零部件的关系非常复杂，仅仅根据图纸内容无法充分表达构件的所有信息，给加工工人的识图容易造成困难，此时利用Tekla单体构件的三维演示，能将构件信息很直观地反映给相关人员，这样既避免了上述问题的出现，又对工种的交接起到了事半功倍的效果。特别是在高效率的当今钢构行业，加工制作速度在一定程度上体现了一个公司的实力。相比利用投影技术制作胎具定位加工异形构件，空间定位这一方法在复杂变截面圆管柱的制作工艺方面优势显著，满足了车间的加工速度，也保证了现场的安装进度，为项目的整体进展提供了有力保障，对其他异形构件的制作工艺也有一定的借鉴意义。 |
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