广州珠江工程建设监理有限公司 510095
摘要：随着建筑业的快速发展，钢结构在建筑市场占用的比例越来越大，建筑造型越来越新颖，结构随之越来越复杂，特别是大跨度空间弯扭结构，传统的钢筋混凝土结构是无法满足结构受力以及建筑造型的要求。相对于钢筋混凝土结构，钢结构具有自重轻、强度高、延展性好、施工周期短、抗震性能好、可工业化生产等特点，能够满足各种复杂建筑造型的要求。如何选择合适的工装和工艺，制备满足设计要求的合格的箱型弯扭构件成为工程成败的关键。
关键词：箱型 弯扭 钢结构 制作 管控
1工程概述
深圳国际会展中心总用地面积约148万平方米，其中，一期用地面积121万平方米，建筑面积为160万平方米，展厅面积为40万平方米，项目总投资256亿元。2016年9月28日，深圳国际会展中心正式开工建设，2019年9月28日，深圳国际会展中心（一期）工程正式落成，仅用了36个月边建成会展界的“巨无霸”，创造了会展中心建设的“深圳速度”，这其中钢结构的应用发挥了巨大的作用，充分利用了钢结构工厂化生产、现场机械化安装，施工工期短的优点。
本工程包含18个两万平展厅、1个五万平展厅、1个中廊、4个登录大厅，总用钢量约27万吨，是全球房屋建筑领域内钢结构用钢量最多的工程。其中，展厅钢屋盖采用大跨度、大管径倒三角立体管桁架，桁架最大长度为99m，最大高度为7m。桁架杆件、节点类型复杂多样且数量大，全部采用圆管相贯线焊接，圆管和方管相贯焊接，展厅屋盖外围圈梁造型复杂，设计采用了空间弯扭箱型构件。
2箱型弯扭构件制作工艺及方法
2.1原材料预处理
放样用 CAD 软件，通过控制三维坐标点，建立起三维空间模型，通过多义线命令，得扭构件本体零件的展开后尺寸。零件展开后均为等距离的折线段，需进行圆弧拟合合时必须减小拟合段的长度，增加拟合段次数，提高拟合精度，拟合完成后需要将图与原零件图进行重合对比，检验尺寸是否一样，将拟合后的尺寸精度控制在 1m一端为基准端加设焊接收缩余量。
2.2 下料过程
弯扭构件所有零件均采用数控下料；为控制变形，原则上尽量采用等离子数控切进行切割；下料前核对工艺文件、排版图与钢板规格型号等是否吻合；下料完成后需仔细校核零件尺寸，翼板宽度允许偏差±2.0mm，腹板宽度允许偏2.0mm，长度均按工艺文件执行。
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2.3胎架制作过程
胎架制作铺设钢板，作为弯扭构件制作平台，胎架平台需保证水平。根据深化图纸中下翼各关键控制点的坐标，确定基准点和×Y 坐标系，先在钢板平台上确定×Y 坐标系中点位置，做好样冲标记，在根据各点 Z 轴坐标确定胎架和牙板高度。胎架制作过程用全站仪进行辅助放样和检查复核，确保胎架各点坐标满足图纸要求。
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2.4 定位焊接
下翼板定位在胎架上组装箱体，首先进行下翼板定位，组装时注意翼板在胎架上的位置，用使板边在胎架下钢板的各外形点上，利用火工和千斤顶调整下翼板，使其完全贴合架横梁坐标点上，检查满足条件后，固定翼板，将其点焊于胎架上。
2.5组装
腹板定位装配两侧腹板，采用火工和千斤顶将两侧腹板与下翼板贴紧，利用全站仪检查腹曲度，满足条件后，在腹板和翼板之间加设支撑，在横杆上点焊三角板贴紧腹板，侧腹板、翼板进行点焊，确保 U 型组立尺寸。
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厚度较大的腹板需预先采取压弯处理，预先确定弯弧尺寸及弯弧位置，通过卷管采用快速进给法和多次进给法进行滚弯。卷板前，必须清除零件表面的氧化皮，对头需采取预压弯，保证平滑过渡。
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隔板定位及焊接根据隔板定位尺寸，在翼板上画出定位线，先装配节点内隔板，再装配工艺隔板证隔板与底板垂直度，检查无误后，将内隔板与下翼板、两侧腹板进行点焊固定板装焊时应采用退焊法，从中间向两侧依次退装，最大限度的减小由于装焊顺序不起的焊接变形。
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上翼缘定位及焊接内隔板焊缝检测合格后，进行上翼板定位焊接，采用火工加千斤顶使翼板完全贴侧腹板及内隔板，利用全站仪检测上翼板扭曲度，满足条件后将上翼板与两侧腹板固定，翻身焊接主焊缝。构件制作时，采用输出线能量小的二氧化碳气体保护焊进接；采用多层多道焊，控制每层的填充厚度，以减小焊接变形。
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牛腿组立及焊接构件主焊缝和精度检测合格后，装配牛腿，牛腿先进行小组焊，根据地样和坐标牛腿，采用线锤检测牛腿端部坐标，检查无误后，将牛腿端部点焊在胎架横梁固定用 CO2 气保焊进行焊接，注意先装焊直牛腿，再装焊两侧斜牛腿，两侧斜牛腿对称保证牛腿与本体的夹角精度及端头坐标。
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构件尺寸校核构件焊接完成，待焊缝完全冷却检测合格及相关控制点数据复测无误后，方可卸助固定措施，以减小应力释放过程中产生的焊接变形，并对构件的整体精度进行测验，保证制作质量。
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三维扫描校核构件制作完成后，可利用三维扫描仪进行校核。扫描仪镜头横向与纵向旋转过程过发出与接收激光束，并记录每道激光束所获取点的数据，形成点云模型，进而形维数字模型。利用三维激光扫描仪获取弯扭构件的数字模型，结合设计模型，通lone、qualify、cad 等软件协作，最终在计算机中验证构件的尺寸偏差是否符合对存在偏差的部位进行矫正，控制构件尺寸精度。
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3 钢结构制作监造流程
钢结构厂内监造是确保现场能否顺利施工的关键，监理项目部根据工程实际进展与厂内制作实际准备情况先后派专业工程师进厂驻厂监理，履行监理职责和义务，具体厂内监造内容如下：
监造驻场流程：（1）原材见证取样、（2）构件制作报验、（3）车间例会交流、（4）文档资料归档。
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3.1材料进场主要检查
（1）是否是拟定品牌库的材料；（2）检查材料的材质报告、质量合格单、送货单（数量、品种、规格）等核对；（3）表面质量及尺寸和外形检验等；
3.2见证取样送检
3.3下料切割
等离子可以切割碳钢板、不锈钢板、铝板、铜板等；火焰切割更适合切割碳钢板；大批量切割的话等离子的经济实用性要远高于火焰切割，但是等离子切割 切割面会有斜度。火焰切割切割面垂直度好，切割厚度大，但是不能切割6mm以下的铁板，切割薄板会存在热变形的现象。通常情况下20个毫米以下的板材建议用等离子切割，20以上的用火焰切割。
3.4组装组焊
焊接通常都伴随着一定程度的变形，H型钢可以采用矫正机校正，箱型柱等利用内部隔板以及临时支撑，配合合理的焊接顺序进行变形控制。对于焊后产生的变形采用火焰矫正方式处理，火焰矫正是采用火焰对钢材的变形部位进行局部加热，使其在较高温度下发生塑性变形，冷却后收缩而变短，这样使构件变形得到矫正。火焰矫正时需控制加热温度，不宜过高等。
3.5焊缝隐蔽验收
隐蔽验收注意事项：①检查构件焊缝及外观质量；②检查构件尺寸精度；③构件的探伤情况；④做好隐蔽验收记录及验收过程图片留底。
3.6半成品构件验收
半成品验收注意事项：①检查构件焊缝及外观质量；②检查构件尺寸精度；③了解构件的探伤情况；④做好验收记录及验收过程图片。
3.7抛丸喷砂检查
验收注意事项：①检查构件死角，发现不符要求的必须进行返工处理；②利用粗糙度测量仪检查构件表面粗糙度对否符合要求；③做好验收记录及验收过程图片。
3.8油漆厚度检查
验收注意事项：①构件完成抛丸喷砂结束后4小时内进场底漆，防止时间过长产生浮锈；②利用干漆膜测厚仪检查构件油漆厚度否符合设计要求；③进行油漆厚度检查的同时，对构件表面再一次彻底检查，因为有些缺陷在油漆后才能发现等；④做好验收记录及验收过程图片。
3.9构件打包发运
注意事项：①构件吊装注意成品保护；②对于构件吊装油漆面破损，要求专业人员进行修补；③做好发运构件型号汇成清单留底。
4 原材料进场管控
4.1品种、规格、性能等的质量控制
4.1.1进入钢结构各分项工程实施现场的主要材料、另部件、成品件、标准件等产品（钢材、铸钢件、焊接材料、连接用紧固标准件、防腐防火涂料、稀释剂和固化剂、防火密封材料、橡胶垫等）的品种、规格、性能等均应符合设计要求和现行国家产品标准。并应有产品质量合格证明文件和检验报告。
4.1.2对下列产品应进行抽样复验 （1）进口钢材 （2）混批钢材 （3）板厚≥40mm，且设计有Z向性能要求的厚板 （4）建筑等级一级的大跨度结构主要受力构件的钢材 （5）设计有复验要求的钢材 （6）对质量有疑义的钢材 （7）对重要钢结构工程采用的焊接材料 （8）防火涂料应经过具有资质的检测机构检测
4.2规格尺寸偏差和外观质量控制
4.2.1钢材 （1）钢板的厚度、型钢的规格尺寸的偏差应符合国家产品标准的要求；（2）钢材的外观质量应符合有关标准的规定，锈蚀、麻点、划痕等深度不应超过厚度允许负偏差的1/2，锈蚀等级应在GB8923规定的C级及C级以上，端边（断面）处不应有分层、夹渣。
4.2.2焊接材料 （1）焊钉及焊接瓷环的规格、尺寸及偏差应符合GB10433中的规定；（2）焊条外观不应有药皮脱落、焊芯生锈等缺陷，焊剂不应受潮。
4.2.3焊接球 （1）焊接球直径、圆度、壁厚减薄量等尺寸偏差应符合验收规范的规定；（2）焊接球的表面应无明显波纹及局部凹凸不平不大于1.5mm。
4.2.4螺栓球 （1）螺栓球螺纹尺寸应符合现行国家标准GB196中粗螺纹的规定，公差符合GB197中6H级精度的规定；（2）螺栓球直径、圆度、相邻两螺栓孔中心线夹角等尺寸偏差应符合验收规范的规定；（3）螺栓球不得有过烧、裂纹及褶皱。
4.2.5封板、锥头和套筒外观不得有裂纹、过烧及氧化皮
4.2.6金属压型板的规格尺寸偏差、表面质量、涂层质量应符合设计要求和验收规范的规定。
4.2.7防腐、防火涂料的型号、名称、颜色及有效期应与质量证明文件相符，开启后，不应有结皮、结块、凝胶等现象。
4.2.8连接用紧固标准件 ，高强度螺栓连接副，应按包装箱配套供货，箱上标号批号、数量及生产日期。螺栓、螺母、垫圈外观表面应涂油保护，不应出现生锈和沾染脏物，螺纹不应损坏。
4.3 其他特殊要求质量控制
4.3.1焊接球焊缝应进行无损检验，质量符合设计要求，当设计无要求时，应符合验收规范规定的二级标准；
4.3.2高强度大六角头螺栓连接副和扭剪型高强度螺栓连接副应分别随带有扭矩系数和紧固轴力（予拉力）的检验报告，其结果符合验收规范附录B的规定；
4.3.3对建筑结构安全等级一级，跨度40m及以上的螺栓球节点钢网架结构，其连接高强度螺栓应进行表面硬度试验，对8.8级的高强度螺栓其硬度为HRC21～29，对10.9级高强度螺栓其硬度应为HRC32～36，且不得有裂纹或损伤。
4.4 质量验收
按验收规范要求和实际进场情况划分检验批； 按验收规范GB50205-2001规定的检验批合格标准进行验收，主控项目必须符合验收规范的合格标准，一般项目其检验结果，应有80%及以上的检验点（值）符合验收规范合格标准的要求。且最大值不应超过允许偏差的1.2 倍。质量检查记录、质量证明文件等资料应完整。
5弯扭构件加工过程管控
5.1下料制作要求：
5.1.1弯扭零件需根据设计图纸展开，长度方向末端需加设50mm余量进行下料，其余零件（含直扭的主体）按净尺寸进行下料；
5.1.2所有零件均须数控排版，提供数控切割程序；
5.1.3牛腿等小件零件过焊孔（R=35/40mm）均在零件下料时同时完成，不允许后续手工切割；
5.1.4所有坡口开设类型根据工艺文件执；
5.1.5主体零件板对接需分别检验参与对接零件的对角线尺寸及对接后的整体零件对角线尺寸，并控制对接后整体对角线尺寸误差在10mm内。
5.2 焊缝要求
5.2.1弯扭箱型梁主体翼腹板组合焊缝在节点区域（外侧有牛腿或者同一区域由两块相邻的内隔板）及其左右各600mm范围内为全熔透一级焊缝；在非节点区域为部分熔透，熔深不小于2t/3；
5.2.2内部内隔板与箱型梁本体焊接焊缝要求当t≥20mm时为全熔透二级，；当t＜20mm时为双面角焊缝，焊脚高度不小于0.7t，t为加劲板厚度。其中当内隔板与梁端距离≤400mm时，内隔板需四面焊接；当内隔板与梁端距离＞400mm时，内隔板板为三面焊接，内隔板与箱型梁下翼板处不焊接，磨平顶紧即可；
5.2.3箱型梁端部封板与箱型本体焊接焊缝要求为单面角焊缝，焊脚高度不小于0.7t，t为加劲板厚度。
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5.3 制作要求：装配控制要点，由于弯扭构件焊接完成后焊缝的拘束力较大，极易产生焊接变形；且此类构件焊接变形后很难矫正，制作精度控制难度较大，因此在制作过程中，必须采取有效措施减小由于各种因素产生的焊接变形，以保证构件的质量。
5.3.1牛腿翼板与腹板之间的装配间隙除工艺文件特殊要求外，一般角焊缝的装配间隙△≤0.75mm，其余焊缝装配间隙△≤1.5mm；
5.3.2定位焊焊缝长度30~60mm，焊缝厚度最小3mm，最大不超过设计焊缝厚度的2/3，间距300~600mm，主焊缝两端50mm范围内不得定位焊，定位焊咬边允许≤1mm，定位焊不得有电弧擦伤、裂纹、气孔、夹渣，否则必须清除后重新焊接，较短构件定位焊不少于2处；
5.3.3在构件定位装配阶段，对置于胎架上的构件两侧加设工装辅助固定措施，防止构件制作过程中产生弯扭变形；
5.3.4采用输出线能量较小的二氧化碳气体保护焊进行打底填充焊接；采用多层多道焊，控制每层的填充厚度，以减小焊接变形；
5.3.5构件箱体内部节点隔板及工艺隔板，装焊时应采用退焊法，从中间向两侧依次退装，最大限度的减小由于装焊顺序不当引起的焊接变形；
5.3.6弯扭箱型构件主体焊缝的焊接填充顺序如下：
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5.3.7焊接过程中严格按照弯扭构件焊接专项方案施焊。焊材选用、焊接电流及电压、焊接速度等符合焊接作业指导书要求。焊接过程中，注意将层间温度控制在250℃以下，采用多层多道焊，严禁采用大电流电压施焊，避免由于较大的热输入导致散热不均引起的焊接变形；（8）构件焊接完成，待焊缝完全冷却后，方可卸载辅助固定措施，以减小应力释放过程中产生的焊接变形，并对构件的整体精度进行测量校验。
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弯扭构件加工过程实景
6 油漆喷涂及发运
装根据工艺文件要求进行抛丸（喷砂）除锈，检验合格后进行油漆涂装作业，并严照涂装作业指导书执行。构件制作完成后，进行成品检验，检验合格方可包装发运
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6.1抛丸喷砂检查
6.1.1验收注意事项：（1）检查构件死角，发现不符要求的必须进行返工处理；（2）利用粗糙度测量仪检查构件表面粗糙度对否符合要求；（3）做好验收记录及验收过程图片。
6.2油漆厚度检查
6.2.1验收注意事项：（1）构件完成抛丸喷砂结束后4小时内进场底漆，防止时间过长产生浮锈；（2）利用干漆膜测厚仪检查构件油漆厚度否符合设计要求；（3）进行油漆厚度检查的同时，对构件表面再一次彻底检查，因为有些缺陷在油漆后才能发现等；（4）做好验收记录及验收过程图片。
6.3构件打包发运
6.3.1注意事项：（1）构件吊装注意成品保护；（2）对于构件吊装油漆面破损，要求专业人员进行修补；（3）做好发运构件型号汇成清单留底。