北京保利国际广场项目钢结构工程深化设计与制作技术

摘要：钢结构深化设计是工厂加工制作和现场安装的依据，其对整体钢结构工程的质量以及进度起着至关重要的作用。本文从分析工程特点入手详细介绍了北京保利国际广场项目钢结构工程关键节点的深化设计、关键构件的加工制作方法及加工质量的控制手段，有效地保证了本工程施工质量和施工进度。

关键词：深化设计；制作技术

中图分类号：S611文献标识码： A

1 工程概况

保利国际广场项目，位于北京市朝阳区望京新办公区，北侧为规划中大望京五号路，南侧为大望京六号路，西侧为规划中大望京二号路，东侧为望京环路。这一区块是望京最后一块待开发的用地，建成后望京将成为继CBD核心区外，北京东部又一个办公聚集区，项目距首都机场20公里，东、西紧靠机场高速和京承高速，地理位置优越，交通便利，可吸引大型跨国企业进驻。该项目由三栋办公塔楼T1、T2、T3

组成。其中T1地上31层，地下三层，建筑高度160m，结构系统采用外筒交叉网格-内筒核心筒体系，外筒为斜柱构成的交叉网格结构+楼层钢梁，内筒为钢筋混凝土剪力墙核心筒。T2地上16层，建筑高度80m；T3地上12层，建筑高度66m。地下三层。总建筑面积167974㎡，地上建筑面积115977㎡；地下建筑面积51996㎡。总用钢量约为1.2万吨。北京保利国际广场项目建筑效果图如图1所示。

图1 北京保利国际广场项目建筑效果图

北京保利国际广场项目钢结构（见图2）主要由外框、楼层梁、核心筒、电梯井以及旋转楼梯组成。外框包括柱脚节点、-0.15m标高处四叉节点、标准层四叉节点、斜柱以及环梁；楼层梁包括径向主梁、次梁以及吊柱；核心筒包括劲性钢柱、钢梁。

图2 北京保利国际广场项目整体轴测图

2深化设计

本工程深化设计以国家相关规范、规程及标准图集为依据，根据设计院提供的设计图纸建立1:1的整体轴网模型。然后沿轴线生成整体结构的实体模型，再结合施工图对每个节点（包括节点板、连接板等）建立1:1的实体模型，之后便可结合施工方案、运输条件及工厂加工工艺等因素对构件进行合理分段和编号，对每个节点进行分析，确定合理的拼装顺序和焊缝形式等，为工厂加工制作和现场安装提供详细的图纸和说明，保证各个环节的精度。在工程实施的全过程中，即深化设计、节点设计、加工详图、构件制作、现场拼装、吊装定位等全过程均按同一三维实体模型；确保各个阶段精度达到设计要求。

由于本工程具有结构形式新颖、节点形式复杂、焊接量大、要求精度高、焊接残余应力集中等特点，给加工制作及安装带来了很大的难度。因此，在深化设计中，充分结合工厂制作条件、运输条件、现场安装条件和现场安装方案等，采用既经济，又合理、科学的生产加工工艺和选择合理、科学的拼装顺序、连接部位的焊缝形式等就显得尤为重要。

2.1标准层四叉节点深化设计

本工程造型复杂，构件数量多达万件；有十字型钢柱、箱型钢柱、双向扭曲钢构件等；节点众多且复杂多样。本工程外框节点分为43种类型共210个（见图3），节点板最大板厚达150mm，节点材质为Q345B、Q420GJ两种。图4为本工程部分典型节点图。

图3外框筒节点简化图

（a） 标准层四叉节点（b） 柱脚节点（c） 梁梁连接节点一

（d） -0.15m标高处四叉节点（e） 核心筒柱与梁连接节点 （f）梁梁连接节点二

图4 工程部分典型节点

标准层四叉节点在所有外框节点中为数量最多，最具有代表性的节点（见图4），所以仅以标准层四叉节点为例阐述外框节点的深化设计方法。

节点示意图见图5、图6所示，深化设计要求如下：

a.绘制节点详图及拼装定位图，并要求在加工和拼装过程中，严格按照详图尺寸控制。

b.单个节点重量应满足现场的起吊要求，且节点的牛腿长度取值受到限制。

c.在节点相应位置开灌浆孔与透气孔。

d.节点长宽高应满足运输要求。

e.节点各构件的拼装顺序（节点焊接遵循平面上由中间向四周方向施焊，立面上由下向上施焊的原则进行，焊接时尽量以中和轴为对称施焊）及焊缝形式与焊缝等级的合理确定。

f.通过节点有限元分析，得到节点强度符合设计要求，且具有一定的安全储备。

图5标准层四叉节点详图

图61-1剖面图

3制作技术

3.1 锥形钢管成型控制重难点分析及解决措施

本工程外框钢柱连接节点为四叉节点，节点数量达200个；节点与柱连接采用斜牛腿，每个节点均带四支斜牛腿，斜牛腿总数量达800节，其中直管牛腿276支，锥管牛腿524支。如何保证牛腿锥形管的成型质量为本工程的一个重点。

解决措施

我司对于本工程锥形管的加工采用先切割后卷制的工艺，即钢板下料切割时根据锥形管展开软件先切割好相贯口，然后采用三辊卷板机卷制。1）利用钣金展开软件将锥形管平面展开； 2）下料放样采用电脑1:1精确放样；3）压制后用样板检验；4）轧制过程中通过进料方向位置进行调节钢板进料方向及速度，从而达到加工成型的要求。

锥管平面展开图 三辊卷板机斜牛腿锥管示意图

3.2 外框筒四叉节点组焊重难点分析及解决措施

本工程外框钢柱连接节点为四叉节点，节点数量达200个，节点板最厚达150mm，节点内加劲板数量较多。该内焊缝主要采用一级全熔透焊缝和二级全熔透焊缝，部分节点板采用部分熔透焊缝，单个节点最大焊缝累计长度约98000mm左右，耗用焊材约630kg。如何保节点的焊接质量是本工程的一个重点。

解决措施

根据节点形式制定合理的节点拼装与焊接顺序。节点焊接遵循平面上由中间向四周方向施焊，立面上由下向上施焊的原则进行。焊接时尽量以中和轴为对称施焊。若焊缝位于中和轴同一侧，在保证焊接质量的前提下，优化坡口或减小焊接热输入等工艺措施。

3.3 厚板焊接残余应力消减重难点分析及解决措施

四叉节点、环梁处钢板材质为Q420GJC，构件结构复杂，大量T、K接头导致焊缝应力集中，焊缝拘束度大，易出现层状撕裂；节点处厚板全熔透焊接、焊缝密集。因此焊接残余应力消减也是本工程的一个重点。

解决措施

首先保证钢材和焊材质量的过关，从源头做起；设计之初，就对焊接接头进行优化，采取窄间隙小坡口焊接技术； CO2气体保护焊施焊时有效控制焊前温度、层间温度和后热温度，保证焊缝质量；通过拼装反变形、设置临时刚性支撑、火工矫正等措施保证节点的制作精度，减少焊接变形；另外，对构件的振动时效（VSR）以及冲砂等工艺对构件进行残余应力的消减。

4结束语

整个工程的深化设计在完善原设计图内容及细部节点构造的同时，对关键节点进行了有限元分析和节点试验，实践证明是完全正确、合理的，完全满足了建筑及结构的设计意图，为工程的顺利实施提供了充分的保证。

参考文献

［1］周观根，徐健，刘贵旺.陕西法门寺合十舍利塔楼钢结构工程深化设计与制作技术[J].施工技术增刊，2008,5.

［2］中华人民共和国建设部.JGJ81-2002建筑钢结构焊接技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2002.

［3］中华人民共和国建设部.GB50017-2003钢结构设计规范[S].北京：中国计划出版社，2003.

［4］赵熙元、柴昶、武人岱等.建筑钢结构设计手册[M].北京：冶金工业出版社,1995.

［5］中国钢结构协会.建筑钢结构施工手册[M].北京：中国计划出版社，2002.