重庆来福士广场项目总建筑面积为80多万m², 特邀国际知名建筑大师摩西·萨夫迪设计。采用8栋高层建筑形成一组强劲的风帆, 代表重庆千年积淀的城市精神, 寓意重庆“乘风破浪、扬帆起航” (见图1) 。该项目包括甲级写字楼、购物中心、高端住宅及五星级酒店和服务公寓。

本工程钢结构包括4栋超高层塔楼及裙楼, 其中塔楼T1和T2地下3层, 地上49层, 高约210m;T3N地下3层, 地上73层, 高约350m;T3S地下3层, 地上42层, 高约250m, 塔楼均为框架-核心筒结构形式;裙楼地下3层, 地上6层。其中标段1包含T3S, T3N 2个塔楼, 用钢量约为23 470t。标段2包含塔楼T1, T2及裙楼, 用钢量约为19 730t。本文仅介绍T3N塔楼巨型焊接型钢柱加工制作关键技术。

T3N塔楼地上73层, 结构高度约为350m, 立面呈弧形, 塔楼采用带加强层的钢筋混凝土核心筒+混凝土内置劲性钢柱框架混合结构体系, 楼盖采用钢筋桁架楼承板式楼板。钢筋混凝土核心筒与外部劲性混凝土框架之间通过伸臂桁架及楼层钢梁组合, 共同构成多道设防的结构体系, 主要钢结构构件类型为外框巨型焊接型钢柱、楼层钢梁、核心筒钢骨柱、伸臂桁架、腰桁架及对应区域的核心筒及墙内设置的型钢、连梁和埋件等, 总用钢量约为19 509t。

1) T3N塔楼组合巨型焊接型钢柱为外框结构角柱, 共4根, 分别布置在塔楼四角, 是主要竖向传力构件。构件特点:截面大、钢板厚, 最大截面尺寸为3 165mm×3 137mm×65mm×65mm;构件重, 单根构件最大质量达50t;并且因风帆造型, 型钢柱上下端口截面与中心线不垂直, 端口不规整;现场对接口多, 除上、下对接口外, 还有牛腿与钢梁对接、牛腿与斜撑对接、牛腿与桁架的对接。构件加工难度大, 精度不易控制。典型型钢柱剖面如图2所示。

2) 型钢柱截面大、钢板厚, 并且所有焊缝均为全熔透焊缝, 金属焊熔量大, 焊接收缩变形较难控制。易造成型钢柱的截面尺寸、外形尺寸发生较大偏差, 严重影响现场的安装质量, 给现场安装带来极不利的后果。为保证外框柱现场安装精度要求, 工厂制作时必须对型钢柱的装焊工艺进行改进:尽量采用小坡口减少焊熔量, 采用小合龙+中合龙来分散变形, 逐步控制。

3) 钢柱作为最主要的竖向承重构件, 是本工程中核心所在, 其加工制作质量的好坏直接关系到安装和整个项目的质量好坏, 因此如何采取措施保证外框型钢柱的整体精度是本工程的重点。本工程型钢柱节段数量多、上下端口不规整、现场对接口多等特点, 决定采用重型平台进行预拼装, 并加强整体测量工作。

1) 首先根据型钢柱的实际投影尺寸, 在地面上划出钢柱本体及其牛腿的中心线、外形轮廓线等。如图3a所示。

2) H型钢、T型钢等小合龙组装。将组拼主体H型钢、T型钢的零件就位, 定位前翼缘板上腹板的中心定位线必须预先划出。定位完成后进行组拼焊接。

3) 将检验合格的H型钢吊上中合龙胎架, 在其腹板上划出型钢的定位位置线, 作为安装检验的基准。并在地上划出钢柱的轮廓线、中心线以便于安装检验。如图3b所示。

4) T型钢中合龙。安装在预定位置, 定位时先从端部开始, 面板采用千斤顶顶紧到位。腹板由于操作空间较小, 不宜采用千斤顶进行操作, 因此采用定位卡马。定位时采用ф3.2, J507焊条进行, 定位点焊, 必须由持焊工合格证的工人施焊。对于板厚>36mm的要求预热, 预热温度为100~150℃。点焊高度不宜超过设计焊缝厚度的2/3, 点焊长度为50~60mm, 间距为300~400mm。如图3c所示。

5) 肋板安装定位。如图3d所示。

6) 腹板及H型钢的中合龙安装定位。如图3e所示。

7) 安装时必须保证构件的垂直度及直线度。

1) 预拼装目的工厂预拼装目的在于检验构件工厂加工能否保证现场安装的质量要求, 确保现场下道工序的正常运转和安装质量达到规范、设计要求, 能否满足现场一次吊装成功率, 减少现场安装误差。本工程核心筒内劲性钢柱、外框巨型焊接型钢柱、钢梁、塔楼伸臂桁架等数量较多、结构复杂, 外形尺寸较大, 对安装要求质量较高。为控制构件由于工厂制作误差、工艺检验数据等误差, 保证构件的安装精度, 减小现场安装产生的累积误差, 故部分构件需进行必要的预拼装。

2) 预拼装内容巨型焊接型钢柱与塔楼伸臂桁架部位预拼装, 如图4所示。

3) 预拼装车间及场地准备要求工厂预拼装场地选用1跨32m×207m车间, 配2台100t桥式行车。由于主体结构质量大, 平台必须采用重型平台, 平台上设置有预埋件, 其承载力需≥500k N/m²。预拼装胎架材料要求采用数控切割, 胎架必须具有足够的刚度。

T3N塔楼巨型焊接型钢柱与塔楼伸臂桁架部位预拼装工艺流程及技术措施如下。

1) 预拼装平台划线 桁架拼装在施工平台上划出型钢柱的中心线和型钢柱牛腿的平面投影, 划出桁架上、下弦杆和腹杆的中心线和牛腿的平面投影。划出型钢柱与弦杆、型钢柱与腹杆的接口线。如图5a所示。

2) 预拼装胎架搭设 在预拼装平台上设置拼装胎架, 胎架要求有足够的强度和刚度, 胎架上设立模板, 胎架模板上口水平度应严格控制, 胎架使用前应提交验收合格方可使用。如图5b所示。

3) 型钢柱定位 先定位巨型焊接型钢柱。定位时对齐中心线, 测量型钢柱间的接口与错边, 复核型钢柱上牛腿的中心线和标高位置, 符合要求后与胎架固定。如图5c所示。

4) 竖向杆件定位 型钢柱定位后, 定位伸臂桁架的竖向杆件。定位时对齐中心线。测量竖向杆件间的牛腿接口与错边, 复核杆件牛腿的中心线和标高位置, 符合要求后与胎架固定。如图5d所示。

5) 节点构件定位 竖向杆件定位后, 依次吊装伸臂桁架中的节点构件。定位时对齐接口中心线, 测量与型钢柱间的接口与错边, 复核节点构件的中心线和标高位置, 符合要求后与胎架固定。如图5e所示。

6) 斜腹杆定位 吊装定位斜腹杆。定位时对齐中心线, 测量杆件间的接口与错边, 复核弦杆上牛腿的中心线和标高位置, 对明显超差现象, 应进行修正, 符合要求后与胎架固定。如图5f所示。

各构件预拼装矫正全部完毕后, 需对每件构件进行最终检测, 测量构件外接口尺寸和标高, 测量各牛腿标高和眼孔尺寸, 符合钢结构工程施工验收规范、测量规范后, 报监理验收, 并记录验收数据。

超大巨型焊接型钢柱与塔楼伸臂桁架预拼装检测难度大。本工程超大巨型焊接型钢柱截面大, 构件重, 对接口多且不规整;伸臂桁架节点、杆件等构造复杂, 角度难以控制。由于构件形式特殊, 并且大型构件的测量结果易发生较大误差和累积误差, 这些误差对现场安装而言是致命的, 将会引起现场安装超差、错位严重、标高不对、甚至安装不上的局面。其影响程度非常大, 因此为有效地对复杂部位的构件及复杂节点的外形轮廓尺寸进行检测, 确保现场主体构件与各节点的安装精度, 工厂测量时必须引起高度重视。

通过对T3N塔楼巨型焊接型钢柱结构进行分析研究后将其拆分为若干单元, “由繁变简”使其变为由若干简单部件合成的组合体, 通过小合龙、中合龙等工艺流程组合成型。采取小坡口焊接技术, 极大减少厚板焊接金属的填充量, 有效减小焊接收缩、残余应力和残余变形;并通过小合龙来分散控制各部件单体的精度并充分释放残余应力;通过中合龙控制提高单根构件的精度;通过预拼装来控制构件整体精度, 保证了巨型焊接型钢柱整体安装精度。