[分享]梅溪湖螺旋体三角箱型构件制作

梅溪湖城市岛项目位于长沙大河西先导区核心梅溪湖，见图1。城市岛上的标志性建筑物为双螺旋观景台，最高点约34 m，环道内边界直径最大约72 m，两条相互环绕螺旋上升的采用三角支撑架结构的环形通道，连接着一列密集的柱廊。相邻斜立柱之间通过钢棒连接以保证结构的整体稳定性。主要结构为: 人行天桥、箱型柱、螺旋体三角箱型构件，钢结构制作工程量约为5 800 t。

图1  梅溪湖城市岛

螺旋体坡道制作分段为332 段，面板宽度主要为7 000，6000，3500 mm 3 个尺寸，单个分段长约2 500 mm，板厚12 mm，其中最大分段尺寸为3 212 mm × 6 143 mm × 7 042 mm，质量约19 t。箱体内设600 ～ 1 000 mm 间距不等的12 mm 厚纵向加劲肋，单个分段内设两道横向加劲肋，与钢柱连接处设置60 mm 或90 mm 厚横隔板。

1) 本工程为室外景观型项目，结构直接裸露在外，结构线型需平顺优美，而坡道结构自身没有任何一个壁板或面板为平面。因此，结构整体线型和精度控制是本工程制作的重点和难点。

2) 每个坡道节段分为面板、下外板、侧外板、纵向加劲肋、横向加劲肋、横隔板等，三面壁板间，横隔板与壁板间均为全熔透焊缝连接，加劲肋与壁板间为双面角焊缝连接。焊缝密集，焊接工作量大，焊接变形和焊接收缩大，同时存在隐蔽焊缝焊接。

螺旋体坡道制作分段为332 段，以其中一段为例论述整体组装过程。节段整体组装示意见图2。

     a—胎架制作; b—组装下外板; c—组装侧外板;d—组装横隔板、横向加劲肋; e—组装纵向加劲板; f—组装面板。

图2  节段整体组装示意

根据构件的实体三维模型，利用AutoCAD 系统直角坐标系确定构件控制点，即在三角形箱体三边线形变化较大处标出三维坐标点( x，y，z) ，其中( x，y) 值用于水平平台地样线的划制，z 值为设立胎架的标高值，如图3 所示。

图3  三维坐标控制点

根据坐标控制点，在钢平台上划出三角形箱体外框地样线，并将各控制点的坐标值移植到钢平台上。沿地样线在控制点处竖立H 型钢支撑，根据地样控制点z 轴坐标确定H 型钢支撑的高度，并在H型钢支撑上用钢针划上检测点标记，使用全站仪进行复测，如图4 所示。在制作过程中，通过检测点来衡量构件的加工精度。

图4  胎架搭设

将加工成型并经检验合格的板单元吊上胎架。

单元件装配时，需随时观察构件与胎架检测点的重合度，当构件与检测点的偏差超过相关验收标准时，需即时进行矫正，从而将后续的焊接变形分散到各个板单元中。各节段对接端口200 mm 范围设置为后焊区，在预拼装工序精度调整到位后再进行焊接，从而防止现场对接端口错边。

螺旋体分段制作时采用4 个连续分段为一组、匹配总成装配工艺。4 个连续分段按照现场安装位置进行匹配地样划线、匹配胎架搭设、匹配总成装配，如图5所示。

图5  匹配制作

匹配总成之后，上一组最后一个分段再与下一组第一个分段工厂内进行预拼装检验，以保证所有分段加工精度符合相关规范要求，然后完成对接端口后焊区的焊接。

在焊接过程中，尽量采用热量分散、对称分布的方式施焊。三角箱体内侧加劲板遵循由中间向两边的顺序施焊。横向隔板与人孔加强圈、加劲肋焊接成隔板单元并经检验合格后再参与装配。主焊缝采用分段退焊法与多人对称焊接法同时运用的方式，焊接过程中严格控制焊接电流和焊脚尺寸，避免大电流施焊，热量过分集中从而引起过大的变形。

由于钢板经过扭曲加工，焊缝不是规则线形，焊接时应连续作业。焊接时尽量采用较小的热输入，采用多层多道焊，每道焊缝不得过宽。每层每道的焊缝接头应该相互错开，每层至少错开25 ～ 30 mm，以保证起弧点的缺陷不会集中在一起且能够被后续焊缝熔掉。每层焊缝焊接完成后，在清理焊渣及飞溅时，顺便对焊缝进行锤击处理，以消除部分焊接内应力。

三角箱体尖角区域空间狭小，横向加劲肋与面板之间角焊缝无法焊接，故采用面板开槽的方式从外部进行焊接，以保证结构的连接强度，如图6所示。

图6 尖角区域开槽焊接

针对梅溪湖城市岛大截面螺旋体三角箱体结构，制定了合理的装配、焊接、矫正工艺。利用三维坐标控制点控制单元件的装配精度; 采用匹配制作和循环预拼装保证结构整体线型。通过控制焊接顺序和焊接热输入减小焊接变形; 对箱体内部隐蔽焊缝采用面板开孔槽焊接，确保结构强度。该工程已顺利完成现场安装和验收，结构安全，线条优美，成型美观，从而证明了以上工艺的合理性，可为类似工程借鉴和参考。

参考文献