太原南站变截面交叉五箱型钢柱的制作技术

【摘要】太原南站设计主旨为“唐风晋韵”，为体现“唐风”的建筑骨感美，站房钢柱设计为变截面交叉五箱型。变截面交叉五箱型钢柱的制作在国内属于首创的钢结构制作技术。本文详细叙述了五箱柱箱体组装工装、组装顺序，焊接顺序，焊接质量和焊接变形控制等制作要点。该技术高效、合理，保证了变截面交叉五箱型钢柱的制作质量，为同类或相似类型钢构件的制作提供了和一定的参考。

【关键词】制作变截面交叉五箱组装

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：

1. 工程概况

太原南站设计主旨为“唐风晋韵”，屋盖结构造型体现了唐朝之风，外墙装饰蕴含着晋韵之美，充分体现了太原作为一个历史文化名城的独特气质，成为佐证太原历史神韵与现代气息完美结合的标志性建筑。

太原南站钢结构屋盖根据建筑造型为48个放射伞状结构单元组成三个独立的屋盖。其中A、B轴线间为结构A区，包含两排伞单元结构，C至G轴线间为结构B区，共5排伞单元结构，H轴线为结构C区，包含1排伞单元结构。A、C区屋盖最高点标高为30.80m，B区屋盖最高点标高为35.80m，站房屋盖总投影面积约88000㎡。

太原南站效果图

太原南站支撑整个钢屋盖钢柱由48根五箱型梅花柱组成，钢柱由两个矩形箱体交叉构成一个五个箱体的组合体钢柱，组成五箱体的钢柱自底部的1500*700*30逐步变为2800*700*30。

花柱标准段三维示意图

花柱标准段断面图

2．变截面交叉五箱型钢柱的制作要解决的重点难点问题

本工程钢柱使用的交叉五箱型变截面钢柱，在国内尚属于前沿的钢结构技术，且为适应太原南站站房“唐风晋韵”的建筑风格，钢柱由交叉箱体组合而成，并且截面不断变大。变截面交叉五箱型钢柱的制作主要需解决组装时箱体交叉的角度精确度，组装箱体焊接的变形控制；钢柱吊装翻身、钢柱焊接质量控制等技术性难题。

3．变截面交叉五箱型钢柱的制作的关键技术

变截面交叉五箱型钢柱制作，在国内属于首创的钢结构制作技术，尤其是箱体组装顺序的选定，焊接顺序的选定，组装工装和吊车吊装时翻身的方式等须得到各方认可后方能施工，因此，需要解决许多技术研究课题。

3.1 胎架的组装

胎架设置前，先根据预拼装单元的实际投影尺寸，在平台上划出节点和杆件在平台上投影的X、Y方向的中心线，然后设置胎架，确保胎架的标高误差不大于0.5mm。胎架模板的设置，必须保证定位方便，且要安全可靠。在地面上划出组装构件的外部轮廓投影线及中心线。

胎架的组装

3.2底板的组装

将底板吊上胎架。根据地面投影线与胎架进行固定。

对底板构件安装位置两侧进行打磨，并在底板上划出各构件的安装线。

底板组装

3.3 中间腹板的组装

将中间腹板吊上胎架。根据底板上投影线位置与底板进行固定。腹板与底板之间存在一定的角度，安装时需注意，安装后用角度样板进行检查。

中间腹板的组装

3.4 中间隔板的组装

将中间隔板吊上胎架。根据地面投影线与胎架进行固定，吊于腹板与中间隔板之间存在一定的角度，安装时需注意，安装后用样板检查。检查合格后进行腹板的焊接，焊接探伤检查，合格后待用。

中间隔板的组装

3.5 中间隔板的组装

将中间隔板吊上胎架。根据地面投影线与胎架进行固定，吊于腹板与中间隔板之间存在一定的角度，安装时需注意，安装后用样板检查。

中间隔板的组装

3.6 中间腹板的组装

将中间隔板吊上胎架。根据地面投影线与胎架进行固定，吊于腹板与中间隔板之间存在一定的角度，安装时需注意，安装后用角度样板检查。

中间腹板的组装

3.7 顶板的组装

将顶板吊上胎架。根据地面投影线与胎架进行固定，吊于腹板与中间隔板之间存在一定的角度，安装时需注意，安装后用角度样板进行检查。

顶板的组装

3.8 花柱另一侧零件的组装

将花柱翻身，采用同样的方法进行另一侧零件的组装。

最后箱体的组装

3.9 焊接、检验

当钢柱组装完成后交专职检验员检查合格进行焊接。焊后采用全站仪对钢柱进行变形偏差的检查验收。

制作精度检测

4.制作质量控制

4.1箱体组装质量的控制

交叉箱体的腹板与底板成一定的角度，组装时用斜撑控制腹板的角度，组装完后用角度样板对组装成的角度进行检查，如发现角度偏差，采用调节斜撑的方式调节腹板的角度，从而达到控制交叉箱体角度的目的。

斜撑控制腹板组对角度示意图一

斜撑控制腹板组对角度示意图二

4.2箱体焊接的质量控制

采用合适的焊接坡口，减少焊接填充量；不得强行装配，避免产生初始装配应力；采用合理的焊接顺序，如对称焊、分段焊；先焊收缩量大的接头，后焊收缩量小的接头，应在尽可能小的拘束下焊接；预先合理设置收缩余量；同一构件两端不得同时焊接；保证预热，对层间温度进行有效控制，降低焊接接头的拘束度，以减少焊接热影响区范围，可降低焊接接头的焊接残余应力；采取高效的CO2焊接方法，可减少焊接道数，降低焊接变形和残余应力；通过有效的工艺和焊接控制，防止或降低焊接接头的返修，也可避免焊接接头应力增加；采取焊后缓冷，使接头在冷却时能有足够的塑性和宽度方向均匀消除焊接收缩，降低残余应力峰值和平均值，达到降低焊接残余应力目的。

4.3箱体变形的质量控制

箱体焊接时采用斜撑等刚性连接控制板件因焊接应力而产生的形变，对已经产生的变形采用机械矫正或火工矫正。五箱柱焊接完成后采用全站仪进行结构尺寸的验收，如发现局部存在偏差，再进行火焰矫正。

现场刚性连接控制示意图

5．变截面交叉五箱钢柱制作技术的应用性与前瞻性

变截面交叉五箱钢柱制作技术可广泛应用于复杂构造的钢结构构件制作，有效控制构件在制作时的应力变形、制作精度，能减少构件制作时的工序，节省制作时间，在其他工程的同类型钢构件制作中有着广泛的应用前景。

6．结语

通过一系列的考察、设计、试验、论证、方案讨论、技术分析及施工实践，成功的完成了本工程站房变截面交叉五箱钢柱的制作，既保证了工程质量，又满足了工期要求，取得了良好的成效。