海花岛1号岛C区国际会议中心建筑群包括大会堂C-H1、国际宴会厅C-H2、商务会议厅C-H3/H5/H6/H8/H9、国际圆桌会议厅C-H4、剧场会议厅C-H7等, 总建筑面积26 295m², 其建筑主体均为球形, 外围均由“牡丹花”造型的装饰性钢结构花瓣包围。C-H1花瓣由内瓣、中瓣、外瓣、悬挑复瓣、入口门拱等结构组成, 圆钢管直径最大1 400mm, 最大壁厚80mm, 最小弯曲半径4.5m, 其建筑外形如绽放的牡丹花, 如图1所示。

海花岛1号岛C区国际会议中心C-H1大量采用弯扭钢管异形构件, 其结构难点及特点主要有以下几个方面。

1) 最大直径为1 400mm, 最大壁厚达80mm, 此类钢管市场上无法直接采购, 必须采用钢管进行卷制或压制加工而成, 然后切割成小节段零件, 钢管的直径、椭圆度等精度控制是加工难点。

2) 因零件的加工曲率半径大小不一, 且有的半径很小 (4.5m) , 钢管的弯曲加工精度是加工难点。

3) 钢管弯制后, 需要切出不规则的贯口, 而钢管弯制后无法采用机械自动切割, 其切割精度以及贯口的特征点位置的准确度是加工难点。

为了解决海花岛1号岛C区国际会议中心C-H1结构加工制作难题, 尤其是解决不规则贯口的弯扭钢管制造难题, 项目前期通过一系列的工艺试验研究, 研发了一套较好的制造技术, 其总体处理思路如下: (1) 深化设计技术阶段, 将直径1 400mm花瓣主龙骨杆件拟合成单一弧形的小杆件, 且将不规则贯口段拟合成直段, 作为加工制造的基础单元。 (2) 排版放样阶段, 将项目相同的杆件 (花瓣具有对称性, 存在弯弧半径R相同的杆件) 进行合并, 使加工制造的杆件长度尽量控制在7~12m范围内。若相同半径杆件合并长度达不到7m, 可以并入半径接近的杆件。另外, 贯口直段杆件必须和其相邻的弯曲杆件合并在同一根圆管中。 (3) 采用全自动数控火焰切割机, 不规则贯口线采用间断切割的形式, 并标注对口标识。 (4) 采用钢管压制 (或≥50mm采用卷制) 成型的方式, 加工成直径1 400mm的圆管, 且要求所有加工的钢管直径精度控制在0~2mm范围内, 即管周长精度控制在6mm范围内。 (5) 中频弯管成型, 将杆件加工成单一弧形的小杆件。 (6) 采用胎架线形控制法和贯口特征点位控制法, 进行弯扭杆件的拼接成型。

在不规则贯口的弯扭钢管制造中, 零件成型是较为重要的一步, 即采用全自动数控火焰切割机将圆钢管展开的不规则贯口线间断切出, 这样既有利于保证弯管过程中相贯线精度, 且有利于贯口端椭圆度的校正。

零件成型工艺中有几点需要重点控制: (1) 采用压管工艺制管时, 按照排版标识对口端, 以便压管完成后进行正确对口; (2) 按照排版标识压板时的正、反面, 确保制管后贯口的正确性; (3) 在切割贯口线时需要切割出钢管弯制时内弯点的小豁口, 以保证弯管后贯口位置的准确性; (4) 确保压制成管后直径 (周长) 的误差精度。

按照排版标注的方向采用压管 (卷管) 工艺进行制管, 板厚<50mm的钢板采用压管工艺加工, 而板厚≥50mm的钢板采用卷管工艺加工。板厚≥50mm钢板卷管时, 需要在钢管周长方向放置400mm余量作为厚板的预压量, 以保证钢管圆度。

钢管压管 (卷管) 时, 必须保证压头和钢板外侧边线平行, 尤其是带有不规则贯口线的钢板, 这样才能保证贯口和钢管位置的准确性。压制完成后对合, 并检查贯口切割线是否重合。检查无误后, 即可进行钢管直缝焊接, 由于花瓣外观的需要, 应严格控制直缝的焊接余高 (2mm以内) , 然后采用打磨方式将焊缝打磨平整。钢管焊接完成以后, 需对圆钢管进行圆度精校, 将直径误差严格控制在0~2mm范围内, 如图2所示。

按照钢管规格选择对应规格的中频热弯成型设备, 弯管前焊接热弯抓持直段, 并按照弯曲半径焊接牵引杆。中频热弯启动前, 需要重点检查以下内容: (1) 牵引杆长度, 即弯曲半径是否符合图纸尺寸的要求; (2) 存在贯口的钢管, 需要检查内弯点是否在牵引杆的中心位置上, 确保贯口位置的准确性; (3) 存在贯口的钢管, 需要检查热感应线圈是否在直线段和弯弧段的交界线上。上述检查内容核实正确后, 即可以进行钢管的热弯成型工艺 (见图3) 。

按照三点控制一个平面的原理, 将每根单曲平面弧杆用3个胎架支撑的形式控制其线形, 并且结合每根杆件端口特征点控制进行连接端口的定位。拼装图中, 将多曲弧杆按标高最低的姿态拍平, 然后给出支撑接触点的控制坐标、支撑内侧管皮最外侧的控制坐标, 以及端口特征点位的控制坐标, 如图4所示。

煨弯完成后, 按照排版的分切点位进行划线 (每段杆件长度方向预留50mm余量) , 采用手工切割的方式进行粗切。钢管煨弯后, 截面会发生一定程度变形, 故必须对粗切割的杆件进行校圆处理, 以保证对口拼接的质量。

钢管精切是钢管异形结构加工质量的一道重要工序, 只有零件切割准确, 拼接质量才能保证。为了保证项目切割的准确性, 所有零件采取一端开设坡口、另一端不开坡口的形式, 并在现场对接口位置, 不开坡口一侧加设封头板, 所有钢管的切割均以不开坡口侧为基准, 切割前需要进行划线, 并复核准确无误后, 再严格按照切割线进行切割。

按照拼装图纸的控制点, 采用全站仪放设地样控制点, 并按照控制点搭设支撑胎架, 胎架支撑板的标高同下口点控制标高, 支撑板方向与下口点和内侧点的连线重合, 为了防止构件调整过程中对支撑胎架产生扰动, 每个支撑胎架必须拉设斜撑进行固定。

将每段单曲杆件按照拼装姿态放到胎架上, 并且控制胎架支撑点位和连接端特征点位, 将杆件完整地放设到支撑胎架上。考虑花瓣结构的复杂性, 所有结构从头至尾采用“接龙”的形式拼装一次, 以确保现场拼装的准确性, 如图5所示。

拼装完成后, 需要全面复核控制点的点位是否满足拼装图纸的要求, 检查无误后, 先用卡码对连接端口进行加固处理, 加固后再用对称焊接的形式, 依次焊接加工段对口, 这样就完成了不规则贯口弯扭圆钢管构件的制造。

国际会议中心大会堂C-H1花瓣分内、中、外3层, 钢结构落脚点平面最大投影直径82m, 花瓣最高43m, 最大宽度112m, 含1个主入口拱、2个贵宾次入口拱及4个二级次入口拱。花瓣密肋间距约2.0m, 其中外瓣密肋间距1.6m, 中瓣2.0m, 内瓣1.9m。C-H1花瓣门拱主管规格为1 400×80, 1 400×50, 门拱次杆件规格800×40, 800×30, 花瓣边框规格1 400×25, 1 400×30, 密肋规格500×16, 500×20, 如图6所示。

海花岛国际会议中心C-H1花瓣钢结构是圆钢管异形结构中最为复杂的建筑单体, 施工技术难度大, 尤其是弯扭钢管的加工难度很大, 针对该工程的复杂造型, 组织技术人员进行了一系列的制造技术研究, 形成了完整的弯扭异形结构的制造技术, 不仅能加快工程进度, 而且经济和社会效益显著。