世博軸陽(yáng)光谷是由矩形截面桿件構(gòu)成的單層網(wǎng)架鋼結(jié)構(gòu)，此種結(jié)構(gòu)無(wú)論構(gòu)件的制作還是安裝難度都非常大因此在施工過(guò)程中應(yīng)用了多種特殊機(jī)械設(shè)備和施工技術(shù)。介紹了陽(yáng)光谷施工過(guò)程中應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)。
關(guān)鍵詞：網(wǎng)架；節(jié)點(diǎn)；彎扭；測(cè)量
1 工程概況
2010年上海世博會(huì)世博軸上錯(cuò)落有致地分布6個(gè)特征標(biāo)志性很強(qiáng)的陽(yáng)光谷，以滿足地下空間的自然采光，陽(yáng)光谷頂端與膜結(jié)構(gòu)頂蓬相連，是世博軸的標(biāo)志性建筑之一（圖1）。陽(yáng)光谷結(jié)構(gòu)體系均為三角形網(wǎng)格組成的單層網(wǎng)架鋼結(jié)構(gòu)，網(wǎng)架單元由節(jié)點(diǎn)和桿件組成，每個(gè)單元面層鋪設(shè)有三角形玻璃幕墻。
每個(gè)谷體型不一，其中4號(hào)谷為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱體，其余均為軸對(duì)稱體。每個(gè)陽(yáng)光谷高度均為41.5 m，谷
底部最大直徑約20 m，頂部最大直徑約90 m。6個(gè)谷總面積為31 500 m2，共有桿件30 738根、節(jié)點(diǎn)10 348個(gè)，桿件大多采用焊接箱型截面（部分為實(shí)心矩形截面），截面高度范圍為180～550 mm.寬度為60--120 mm，桿件長(zhǎng)度為1.0--3.5 m；節(jié)點(diǎn)大都為多牛腿焊接箱體（部分為多牛腿實(shí)心鑄鋼件），桿件和節(jié)點(diǎn)材質(zhì)力Q345-B。
2 工程特點(diǎn)和難點(diǎn)
2.1 制作特點(diǎn)和難點(diǎn)
節(jié)點(diǎn)采用彎扭牛腿型節(jié)點(diǎn)，也就是方管匯交的節(jié)點(diǎn)區(qū)由鋼板焊接而成，其中節(jié)點(diǎn)區(qū)的上翼緣板與下翼緣板采用整體下料，牛腿區(qū)段的上下翼緣板均為彎扭板件，從牛腿端口到節(jié)點(diǎn)核心區(qū)平滑過(guò)渡，腹板保持平面不彎扭。圖2為節(jié)點(diǎn)的牛腿編號(hào)示意。整個(gè)陽(yáng)光谷沒(méi)有一個(gè)節(jié)點(diǎn)的幾何參數(shù)是相同的，如何精確地制作出1萬(wàn)多個(gè)各不相同的節(jié)點(diǎn)是陽(yáng)光谷鋼結(jié)構(gòu)制造中最難的部分。
2.2 安裝特點(diǎn)和難點(diǎn)
陽(yáng)光谷為不規(guī)則的單層網(wǎng)架空間結(jié)構(gòu)，且上半部分為大懸挑結(jié)構(gòu)，平面外剛度相對(duì)較弱，同時(shí)桿件與節(jié)點(diǎn)的對(duì)接全部為全熔透一級(jí)焊縫，這對(duì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量定位、整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、現(xiàn)場(chǎng)焊接變形的控制要求很高；在焊接完成后如何從由支撐承載為主過(guò)渡到完全由自身結(jié)構(gòu)承載也是一大難點(diǎn)。
3 制作關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用
陽(yáng)光谷鋼結(jié)構(gòu)制作中各個(gè)節(jié)點(diǎn)是核心部件，工藝最為復(fù)雜，難度也最大。節(jié)點(diǎn)的整個(gè)加工工藝可大致分為28道工序（圖3），其中翼板數(shù)控彎扭成型回火去應(yīng)力處理、四維數(shù)控端銑、三維坐標(biāo)儀測(cè)量等4道工藝是常規(guī)鋼結(jié)構(gòu)加工行業(yè)內(nèi)很少應(yīng)用且科技含量非常高的技術(shù)工藝，這些工藝也是陽(yáng)光谷節(jié)點(diǎn)加工的關(guān)鍵技術(shù)。尤其是數(shù)控彎扭成型、四維數(shù)控
端銑這兩道工藝是專門針對(duì)本工程研制開(kāi)發(fā)的，三維坐標(biāo)儀測(cè)量在常規(guī)建筑鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)內(nèi)也鮮有應(yīng)用。節(jié)點(diǎn)制作難點(diǎn)及針對(duì)的關(guān)鍵技術(shù)歸納如下：
1)如何高效率實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)牛腿上下翼板的精確彎扭——采用數(shù)控彎扭機(jī)加工關(guān)鍵技術(shù)；
2)如何消除節(jié)點(diǎn)中大量焊縫產(chǎn)生的殘余應(yīng)力——采用回火爐消應(yīng)力關(guān)鍵技術(shù)；
3)如何保證牛腿的長(zhǎng)度和端面的角度與設(shè)計(jì)要求相符——采用四維數(shù)控端面銑切關(guān)鍵技術(shù)；
4)如何檢測(cè)成品節(jié)點(diǎn)每個(gè)牛腿幾何參數(shù)與設(shè)計(jì)要求相符——采用三維坐標(biāo)儀測(cè)量關(guān)鍵技術(shù)。
3.1翼板數(shù)控彎扭機(jī)加工關(guān)鍵技術(shù)
此道工藝是節(jié)點(diǎn)制造最富創(chuàng)新的技術(shù)之一，整套工藝和相關(guān)機(jī)械設(shè)備完全是根據(jù)陽(yáng)光谷節(jié)點(diǎn)研制開(kāi)發(fā)的，特別是其中的數(shù)控鋼板彎扭機(jī)在國(guó)內(nèi)屬首創(chuàng)。下面詳述其具體技術(shù)工藝。
3.1.1 彎扭前準(zhǔn)備
1)根據(jù)下料前數(shù)控切割機(jī)所標(biāo)識(shí)的中心點(diǎn)及定位孔坐標(biāo)，劃鉆定位孔。
2)在翼緣板定位工作臺(tái)上，以上、下翼緣板的定位孔（定位孔誤差不大于0.5 mm）為基準(zhǔn)，用U型對(duì)位裝置，對(duì)牛腿上、下翼緣板進(jìn)行定位，并組裝中心加強(qiáng)板。翼板與隔板組焊后如圖4所示。
3)中心加強(qiáng)板與上、下翼緣板焊接固定后，要以上翼緣板的上平面為基準(zhǔn)面測(cè)量各端面與上翼緣板的相關(guān)尺寸以及上、下翼緣板的等高度（等高度誤差不大于0.5 mm）。
4)尺寸控制要求：中心加強(qiáng)板與上、下翼緣板的
垂直誤差不大于1。，中心定位孔誤差不大于0.5 mm，等高度誤差不大于0.5 mm。
3.1.2 彎扭工藝
1)彎扭的核心設(shè)備為專門針對(duì)本工程研發(fā)的數(shù)控鋼板彎扭機(jī)。
2)調(diào)整數(shù)控扭彎?rùn)C(jī)夾頭的中心位置，井測(cè)量校正扭曲機(jī)橫梁兩側(cè)與工作平面的零點(diǎn)位置，要求扭曲機(jī)橫梁兩側(cè)實(shí)測(cè)誤差不大于0. 05 mm。
3)將上、下翼緣板對(duì)位工件與數(shù)控翼緣板扭曲夾持臺(tái)夾緊，用直角尺調(diào)正U型工作臺(tái)使上下翼緣板對(duì)位工件垂直，鎖緊工件。
4)移動(dòng)工件夾具，使上翼緣板1號(hào)牛腿翼緣板插進(jìn)彎扭夾頭內(nèi)10 mm。調(diào)整好左右?jiàn)A持塊以及上下夾持塊，使其位于居中位置。控制翼緣板的扭曲橫梁的垂直度，繼而夾緊夾持頭，數(shù)控將記錄上下調(diào)整后的數(shù)據(jù)，以便計(jì)算機(jī)自動(dòng)給予補(bǔ)償。
5)點(diǎn)燃氧氣一乙炔烘槍，對(duì)需扭彎的牛腿在翼緣板根部上、下表面30～50 mm范圍進(jìn)行同步加熱，加熱溫度要控制在700～800℃，整個(gè)加熱區(qū)呈均勻的暗紅色時(shí)，方可啟動(dòng)數(shù)控扭曲機(jī)進(jìn)行扭曲加工，如圖5 圖7所示。
6)開(kāi)啟數(shù)控扭彎?rùn)C(jī)控制器，讓扭彎?rùn)C(jī)對(duì)1號(hào)牛腿翼緣板進(jìn)行自動(dòng)扭彎。扭曲成型2 min后方可松開(kāi)夾緊工具。
7)扭曲后的尺寸控制要求：翼緣板分度角為±0.5。、俯仰角為±1.5。、扭轉(zhuǎn)角為±1.5。、高度為±1 mm、寬度為±l mm。
3.2節(jié)點(diǎn)回火爐消應(yīng)力關(guān)鍵技術(shù)
由于節(jié)點(diǎn)內(nèi)外焊縫較多，且比較集中，焊后殘余應(yīng)力的消除也將作為一個(gè)關(guān)鍵工序。采用回火來(lái)消除焊后殘余應(yīng)力，回火采用加熱爐形式。
回火I藝：500℃為4h，保溫th；650℃為3h，保溫1.5 h;700 0C為2h，保溫15 h，再爐冷。溫度控制曲線如圖8所示。
3.3四維數(shù)控端面銑切關(guān)鍵技術(shù)
此道工藝是節(jié)點(diǎn)制作最為精密的一道_[序，端面精加工的精度直接關(guān)系到節(jié)點(diǎn)牛腿端面的角度參數(shù)和牛腿的長(zhǎng)度，整套工藝和相關(guān)機(jī)械設(shè)備也完全是根據(jù)陽(yáng)光谷節(jié)點(diǎn)研制開(kāi)發(fā)的，如圖9所示。
具體技術(shù)工藝如下：
1)對(duì)已焊接好的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)時(shí)將節(jié)點(diǎn)放置于工作平臺(tái)上的測(cè)量夾具上，用千斤頂調(diào)整好上翼緣的基準(zhǔn)，分別對(duì)各個(gè)牛腿的控制點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)。
2)將測(cè)量結(jié)果與圖紙?zhí)峁┑呐Ｍ茹娤髑暗淖鴺?biāo)值進(jìn)行比較，以判定該節(jié)點(diǎn)是否合格。并用劃針劃出控制點(diǎn)的加工線。、
3)在檢測(cè)合格后．上四軸數(shù)控端面銑床進(jìn)行銑削加工，如圖10所示。
4)銑削后的質(zhì)量控制要求：分度角為±0.5。，俯仰角為±0.5。，長(zhǎng)度為±0.5 mm。
3.4 三維坐標(biāo)儀測(cè)量
采用了三維坐標(biāo)測(cè)量?jī)x，對(duì)節(jié)點(diǎn)做最后的精確測(cè)量，以確定彎扭后上下翼板的幾何參數(shù)、端銑前后節(jié)點(diǎn)幾何參數(shù)、精度是否符合設(shè)計(jì)要求，如圖11、圖12所示。儀器測(cè)量精度為E一(1.5～2.8)+3.0L／1 000，L單位為mm，E單位為“m。
具體測(cè)量步驟如下：
1)三維坐標(biāo)測(cè)量?jī)x對(duì)節(jié)點(diǎn)精確測(cè)量必須在潔凈無(wú)塵的室肉進(jìn)行，測(cè)量室室溫在(20±2)℃。
2)清潔節(jié)點(diǎn)表面和三維坐標(biāo)測(cè)量?jī)x工作臺(tái)表面，安裝夾具，檢查三維坐標(biāo)測(cè)量?jī)x的工作電壓及氣壓狀態(tài)是否正常。
3)將被測(cè)量節(jié)點(diǎn)的定位孔對(duì)準(zhǔn)安裝夾具定位銷軸，安裝至夾具上，下方用3個(gè)支撐千斤頂支撐。
4)按測(cè)量要求對(duì)各牛腿的控制點(diǎn)一一測(cè)量，最后用專用軟件來(lái)處理數(shù)據(jù)，以確定被測(cè)量節(jié)點(diǎn)的幾何精度。
4 安裝關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用
陽(yáng)光谷安裝工藝主要簡(jiǎn)分為9道工序（如圖l3所示），其中腳手架支撐系統(tǒng)、節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)測(cè)量控制、焊接變形控制、支撐系統(tǒng)卸載等4道工序是陽(yáng)光谷安裝的關(guān)鍵技術(shù)。
4.1 支撐系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)
支撐系統(tǒng)的合理牢固與否直接關(guān)系到整個(gè)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和精確度，因此采用安全可靠的滿堂腳手架支撐作為主體支撐系統(tǒng)，結(jié)合矩形鋼管截面設(shè)計(jì)和
制作了專用的支撐夾具（圖14、圖15），用以固定鋼結(jié)構(gòu)和腳手架之間的連接。特制支撐夾具與腳手架通過(guò)腳手架標(biāo)準(zhǔn)扣件連接，夾具桿件和陽(yáng)光谷之間可自由轉(zhuǎn)動(dòng)。每個(gè)陽(yáng)光谷共用了800余套支撐夾具，由于構(gòu)造簡(jiǎn)單、使用靈活，給鋼結(jié)構(gòu)的安裝同定帶來(lái)了較大便利。
4.2 小單元吊裝關(guān)鍵技術(shù)
陽(yáng)光谷結(jié)構(gòu)由三角形網(wǎng)格單元組成，節(jié)點(diǎn)和桿件的比例為1：3，為了保證安裝精度和提高工作效率，采用“個(gè)字形”小單元吊裝，即1個(gè)節(jié)點(diǎn)接3根桿件的方法（圖16、圖17）。采用這種方法吊裝的優(yōu)點(diǎn)有：小單元重量較小，對(duì)吊裝機(jī)械設(shè)備的起重能力要求小，便于操作人員靈活安裝；測(cè)量和調(diào)整安裝單元時(shí)可以對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制，保證將每個(gè)節(jié)點(diǎn)安裝的實(shí)際坐標(biāo)與設(shè)計(jì)坐標(biāo)誤差降到最低限度。
4.3 節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)測(cè)量控制關(guān)鍵技術(shù)
陽(yáng)光谷鋼結(jié)構(gòu)呈空間不規(guī)則變化，桿件錯(cuò)綜復(fù)雜，節(jié)點(diǎn)定位難度大，結(jié)構(gòu)為閉合體系，相對(duì)精度要求高。節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)測(cè)量工作主要有節(jié)點(diǎn)安裝定位測(cè)量、安裝矯正測(cè)量、焊接變形監(jiān)測(cè)、卸載撓度監(jiān)測(cè)、安裝完畢驗(yàn)收測(cè)量等。
為了避免放樣誤差的積累，在安裝時(shí)必須對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量控制，在每圈結(jié)構(gòu)合龍后再對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行復(fù)核矯正測(cè)量。施工測(cè)量遵循“由整體到局部，先控制后細(xì)部”酌原則。
為了保證測(cè)量的精度，全部測(cè)量采用高精度全站儀（精度1mm+l×10-12 m）。吊裝調(diào)整小單元時(shí)采用原廠小反光棱鏡（頂部可采用原廠大反光棱鏡），其余節(jié)點(diǎn)測(cè)量工作采用優(yōu)質(zhì)反光貼片做為目標(biāo)測(cè)量坐標(biāo)工具，如圖18 -圖21所示。
當(dāng)構(gòu)件吊裝時(shí)主要測(cè)量的坐標(biāo)參數(shù)為節(jié)點(diǎn)頂部端面中點(diǎn)坐標(biāo)，但是當(dāng)上部構(gòu)件安裝后，下部節(jié)點(diǎn)的端面已被覆蓋，因此可在節(jié)點(diǎn)的翼板中心附近粘貼反光片，確定節(jié)點(diǎn)位置精確定位后就可讀取反光片位置的坐標(biāo)值。此反光片也可作為后續(xù)焊接變形監(jiān)測(cè)、卸載坐標(biāo)監(jiān)測(cè)的目標(biāo)點(diǎn)。
長(zhǎng)沙天鴻鋼結(jié)構(gòu)各種鋼結(jié)構(gòu)工程制作、加工及安裝·輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房,鋼結(jié)構(gòu)房屋,鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)設(shè)計(jì)安裝；·活動(dòng)房,彩鋼房.彩鋼板組合房屋,凈化車間,輕鋼彩鋼房,移動(dòng)活動(dòng)房；·鋼結(jié)構(gòu)材料制造加工；原材料生產(chǎn)加工；·銷售：彩鋼瓦、紅泥浪板瓦、夾芯瓦、HCZ型鋼、金屬材料、化工原料批發(fā)零售；
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