摘要：珠江城烟草大厦是我国首先采用风力发电的第一座高度为309米的超高层建筑。故按建筑结构受风力荷载、震动厉害等复杂受力状况设计为现场吊装接头全部用螺栓连接。本文即介绍在构件加工制作时，通过提高每块板件，每个零件和小部件的精度，来确保每个构件的质量；把影响螺栓孔精度的各种因素的不利减少到最小。也即通过采用新技术，新工艺来达到高质量地按期完成任务。
1. 概述
      1.1  广州珠江城烟草大厦工程设计概况
      珠江城项目的设计独具匠心、个性鲜明，犹如饱满浑圆的水晶体，光滑通透，高贵典雅；建筑设计绿色环保，体现了技术先进性，形象标志性、环境协调性的统一，是建筑美学与结构力学的完美结合：塔楼线条灵动多变，利用穿插交叉的写意手法，彰显塔楼的时尚、现代、节能理念。
      作为珠三角顶尖的综合商务物业，珠江城的建设，标志着广州城市建设进入了一个崭新的阶段，对带动广州珠江新城区CBD商务圈的发展体现广州作为现代化国际大都市追求卓越的奋进精神起了关键的推进作用，同时，珠江城的节能环保理念不仅将提升珠江城区域乃至整个广州市的形象，且在超高层建筑史上也书写下了浓墨重彩的一部新篇章。见图1
 

广州珠江城烟草大厦效果图
 

1.2  工程概况：
      珠江新城工程项目位于广州中央商务区的核心区域--珠江新城内，由一栋标高为309m的主楼和标高为33.36m的裙楼组成。
      主楼地下5层，地上71层，标高为309m，由宽度为13.126m，长度为36m的矩形钢筋砼结构核心筒与长度为71.2m,两端宽度为26.25m中间宽度为30m正面为弧形的外框筒结构组成。见图2：广州珠江城建筑效果图。

1.3  工程特点分析
      珠江城采用框架核心筒结构体系，具有结构超高、形体新颖、结构复杂、技术先进等特点，这就给我们工程技术人员提出了严峻的挑战。
      1.3.1  结构超高
      珠江城结构高度达309.6m，在整个珠江地区乃至全国都处于超高层建筑的领先行列。
      1.3.2  形体新颖
      珠江城设计独具一格，造型线条圆滑流畅，透明的光滑建筑立面晶莹剔透，整个造型新颖独特，令人叹为观止。
      1.3.3  结构复杂
      主体结构为带端部支撑的框架核心筒体系，核心筒为钢筋混凝土剪力墙结构，内设劲性结构；外围柱通过设备层的外伸及带状桁架与核心筒相连。
      外部钢框架由型钢混凝土巨型角柱、组合型钢外围柱、端部斜支撑、钢边梁和楼层钢梁组成；为提高结构的侧向刚度，外围柱通过外伸桁架和带状桁架与核心筒和巨型角柱相连。
      1.3.4  技术先进
珠江城项目将风力发电和太阳能发电首次运用于超高层建筑，同时又把国际上成熟、先进的另外９项节能、环保技术，高度集成地运用在同一建筑中，开创了世界高层建筑发展的先河。
      1.4  本工程施工重点与难点分析
      本工程不是一般的超高层建筑，这是因为它将风力发电和太阳能发电等首次运用在超高层建筑上。因此，其建筑中国建筑金属结构信息网就必须按此引起的震动等特殊受力状况来进行设计，如果按一般的超高层建筑，要么现场安装时为全焊接结构，要么为栓焊混合结构。
      而珠江城项目则因考虑到应用风力发电等引起的建筑震动等因素而引起的复杂受力状况，故现场安装接头设计成了全部用高强度螺栓连接的全栓结构形式。
      这种超高层建筑的现场安装时采用全栓结构形式在我国超高层建筑史上还是第一次。鉴于珠江城工程项目的中国建筑金属结构信息网量大、工期短、大量采用强度等级高的厚板，且现场安装节点又均为高强度螺栓连接，故加工和安装的难度相当大，拟控制重点部位也相当多。
      1.4.1  施工重点、难点
      （1）  构件加工精度，特别是构件两端截面的加工精度；
      （2） 构件预拱值的确定及其对端部螺栓孔加工精度的影响；
      （3）  焊接应力与变形的控制；
      （4） 高强度螺栓孔群的加工精度（包括在主体结构中几何尺寸的控制精度）
      （5）  钢板平整度的矫正与厚度公差的控制。
      1.4.2  加工制作重点、难点分析
      本工程大量采用了高强螺栓连接节点，其螺栓孔加工量近90万只。由于螺栓孔数量巨大，尤其是节点部分，构造复杂而螺栓孔密集（最多处有676个螺栓孔），故钢板的平整度、制孔、装配、焊接等各个工序均对螺栓孔的精度有所影响，进而影响到穿孔率，因此如何保证本工程高强螺栓孔的穿孔率。是本工程的重点和难点。
      针对本工程的特殊结构，我公司生产技术人员通过攻关，在提高单件精度，确保整体精度的前提下，确定了“化整为零，精益求精”的指导思想：先将每个复杂节点分解为数个小零件及小合拢部件，然后对每个零部件在各自的下料、加工制作、拼装、焊前验收、焊接、焊后矫正验收，最后在精确制作的胎架上进行组装。由于严格控制了每一道工序，高起点、高标准地满足每一项精度要求，确保了每个构件出场时的质量，就保证了现场安装工作的顺利进行和质量要求，进而满足整体建筑的使用和外观要求。
      2.  厂内加工制作工艺说明
      2.1  放样下料要求
      2.1.1  当构件因材料规格限制需进行拼接时，宜先拼接、对接焊、检验、矫正合格后，再按零件尺寸整体划线、数控切割、小料加工等；并必须满足以下规定：
      （1） 所有杆件应尽可能按最大长度下料，同时注意材料的利用率。图上有注明断头时，按图施工;图上无注明断头时，断头必须避开构架或开孔边缘200mm以上,且拼接位置应留在内力较小处，即断头应避开构件长度L的中间L/3部分。
      （2） 拼接钢板长度最短不得小于2倍的板宽，且不得小于600mm；
      2.1.2 当不同厚度的钢板拼接时，当板厚相差超过4mm时应作刨斜处理，刨斜比例为不大于1:4;同时对于削斜开坡口后无过渡段的，需另行考虑，确保开设坡口后有过渡段。
      2.1.3  焊接H型柱/梁/支撑等如需进行对接时，其面、腹板的接头形式采用阶梯形对接接头形式；即其面、腹板接头不得在同一截面内，应互相错开200mm以上，同时要避开其上之加劲板安装位置线，避开距离不得小于150mm。
      2.1.4  孔机加工余量的加放：
      （1） 直径大于80mm的孔需镗孔，放样时按直径缩小8mm画线，由风割或钻孔而成；此8mm作为余量送去镗孔至图纸尺寸。（不包括灌浆孔、透气孔等精度要求较低的孔）；
      （2） 直径≤80mm的孔可采用直接钻孔的方法。——除精度要求较高，工艺注明需镗孔外；
      （3）  精度要求较低的孔，可直接切割而成；（如灌浆孔/透气孔等）
      （4） 设备孔开制说明：
      起拱钢梁上设备孔，由车间进行开制；
      非起拱钢梁上设备孔，由放样下料时直接开制；
      （5）  当材料需要代用时，应征得设计、工艺部门的同意方可代用;
      2.2  余量的加放
      2.2.1  总则
      （1） 每条对接缝加放2mm焊接收缩余量；
      （2）  构件中全熔透长度两端均各加长50mm; 
      2.2.2  所有钢柱，钢梁，支撑和牛腿，若由拼接的H钢，箱形钢等组成在其长度方向均应按要求加放焊接收缩余量。
      2.2.3  另外由于在钢柱、钢梁、支撑和牛腿处的加劲板，（连接板）；以及因有栓钉焊，也均要按一定要求加放焊接余量。
      2.2.4  若是由轧制H钢组成这些零部件，对加劲板（连接板）及在其上装焊牛腿等，也要按一定要求在长度方向加放焊接收缩余量。
      2.2.5  H型和箱型钢柱、钢梁，其长度方向的上下端均应各放8mm端铣余量。
      2.2.6  T型梁、支撑、牛腿
      说明：T200*400*13*21的T排零件，均采用轧制的H型钢切割而成，无需拼接成型；
      此规格的T型梁、支撑：下料时长度方向均加放30mm的火工矫正余量；
      此规格的T型牛腿：下料时长度方向均加放10mm的火工矫正余量；
      2.2.7  起拱钢梁
      （1） 钢梁的起拱均按照设计图所标注的起拱值进行起拱；
      （2）  余量的设置
      对于需起拱的拼接H型钢梁和轧制H型钢梁：
      放样下料时，在其钢梁两端各加放30mm余量.待火工起拱后，按照图纸要求划线钻孔；
      （3） 由火工加热起拱的钢梁可采用三折线法起拱，加热温度不超过700℃。
      （4）由放样草图直接做出的拱度应做成起拱大圆弧，不为折线状。
      （5） 特殊规格钢梁起拱要求
      由于材料规格采购的限制，图纸上要求起拱的构件，如规格为拼焊BH700*300*13*35时,按以下要求进行：
      1）此拼制的腹板放样、下料切割时按不起拱进行；
      2）车间制作时，采用火工起拱的形式；
      此H型钢拼制时具体的焊接顺序依照如下进行：

全栓中国建筑金属结构信息网超高层建筑起拱下平面

3）余量的设置：面腹板两端均加放30mm余量；
      2.3  焊缝坡口说明
      2.3.1  全栓接中国建筑金属结构信息网对焊接的要求
      由于本工程在现场的对接安装为全螺栓连接，这就对构件的加工制作提出了特别高的要求。而在加工制作时各种因素都对螺栓连接处的尺寸精度有很大的影响。如果不加以重视，则很可能造成现场吊装时不能满足100%的通孔要求。
      在这些因素中，焊接的影响尤为重要。在确保焊接质量的问题中，首先就要处理好焊接坡口问题。
      由于本工程项目中的各种结构形式非常复杂——节点处三维方向均有用螺栓连接的构件，（其中包括大量采用牛腿与相应构件对接的形式），因此其受力就尤其复杂。
这些构件包括：
      （1）钢柱及其牛腿；
      （2）水平支撑及钢梁及其牛腿；
      （3）垂直支撑及其牛腿；
      （4）带状桁架和外伸桁架及其牛腿。
      为此，就要严格按各种相应的规范，规程和标准进行设计计算，故进行深化设计时，就根据其结构形式和受力状况来确定该构件的各组成部分：板，零件和小部件的全熔透或部分熔透焊的焊接要求和焊缝坡口形式，才能在整个焊接过程中确保焊接质量。
      2.3.2  特殊焊缝参改原则说明
      （1） 当面板厚度小于腹板厚度的H型牛腿自身角接焊缝
当为全熔透时，此种状况的焊接变形量较大，因此将此类牛腿自身拼接要求改为等强焊缝要求（且取得原设计的同意；下同）等强焊缝坡口形式，如下图3所示：
 

全栓中国建筑金属结构信息网超高层建筑等强焊接坡口

（2） H型本体上与桁架连接的牛腿对应处劲板与本体面、腹板之间的角接焊缝当为全熔透时，此焊接变形量较大，因此将此类角接焊接要求改为等强焊缝要求；等强焊缝坡口形式，如下图4所示：
 

2.3.3  特殊焊缝处构造示例：
      2.3.1  特殊H型牛腿焊缝要求（指与钢梁连接的H型牛腿）
      （1）牛腿翼缘板、腹板均为螺栓连接的H型牛腿，其翼缘板、腹板与本体之间的角接焊缝要求，如下图5所示：

广州珠江城烟草大厦牛腿与本体间的焊缝

（2）牛腿翼缘板三面均需与本体焊接的H型牛腿，此类H型牛腿的自身组合焊缝、及翼缘板、腹板与主体之间的角接焊缝要求，如下图6所示：

广州珠江城烟草大厦连接焊缝

3）钢柱上特殊节点处焊缝要求
      1）构件号为*TZ1～*TZ4钢柱上节点处劲板及牛腿的焊缝要求，如下图7所示：

2）钢柱上X型节点焊缝要求，如下图8所示：

2.4  反变形的设置
      2.4.1  H钢柱反变形的设置：
      （1）  考虑因构件过短，矫正机无法矫正，故当构件长度不大于2米时，均需压制反变形；
      （2） 在无法矫正或面板板厚不大于2倍腹板板厚情况之外,均需压制反变形。
      （3） 压制反变形的具体角度需根据不同焊接要求及不同厚度而定;
      如 1）、BH1000*1000*50*50：自身拼接均为全熔透时，压制反变形179度;
      2）、BH1600*1600*50*80：自身拼接既有全熔透，又有局部熔透时，压制反变形179.5度;
      3）、BH350*350*25*25：自身拼接既有全熔透，又有局部熔透时，压制反变形178.5度;
      4）、BH600*950*60*80/BH600*900*60*80/BH600*900*60*60（组合钢柱）：
      以上型材当自身拼接既有全熔透，又有局部熔透时，压制反变形179.5度；
      2.4.2  H钢梁、支撑、牛腿反变形的设置：
      （1）  当构件长度不大于2米时，均需压制反变形； 
      （2） 在无法矫正或面板板厚不大于2倍腹板板厚情况之外,均需压制反变形,
      （3）  压制反变形的具体角度需根据不同焊接要求及不同厚度而定;
      1）、自身拼接均为全熔透时:
      当腹板厚度t小于50mm时，面板厚度t大于50mm时，不压制反变形；
      当腹板、面板厚度t大于等于50mm时，压制179.5度反变形;
      当腹板、面板厚度35小于t小于50mm时，压制179度反变形;
      2）、自身拼接均为全局部熔透或双面角焊缝时:
      当腹板大于面板厚度的情况下,需压制179.5度反变形;但当面/腹板厚度大于等于60mm时,均无需压制反变形;
      当腹板小于面板厚度的情况下,且腹板厚度t小于35mm、面板厚度t大于35mm时，不压制反变形;
      当腹板小于面板厚度的情况下,且腹板厚度t大于35mm、面板厚度t大于35mm时，压制179.5反变形;
      2.5 典型构件的装焊工艺示例
      2.5.1  构件的各组成部分：板、零件及小部件的放样下料、切割、加工（包括压反变形），以及小合拢装焊校正、起拱、钻孔等。每道工序均在施工过程中认真执行工艺纪律，并在经三检（自检、互检和专检）之后，方可进入下道工序。
      2.5.2  构件的工艺流程
      （1）地面定位基准线的画线¬；
      （2）专用组装胎架的制作；
      （3）钢柱下翼缘的定位；
      （4）钢柱腹板安装位置线的画线；
      （5）钢柱中腹板的定位；
      （6）钢柱上翼缘的定位；
      （7）组装焊接；
      （8）钢柱侧腹板的定位；
      （9）组装焊接；
      （10）柱本体上零部件安装位置线的画线；
      （11）钢柱上各加劲板、隔板的安装并焊接；
      （12）钢柱下端的小零件的安装焊接（已预先进行好小合拢，并钻孔）；
      （13）钢柱各水平牛腿及上侧面直牛腿、斜牛腿的安装；
      （14）翻身定位并安装钢柱下侧面直牛腿、斜牛腿；
      （15）牛腿上加劲板、隅撑连接板安装位置线的划线；
      （16）牛腿上加劲板、隅撑连接板的安装；
      （17）自检、互检、提交专职检查员验收合格后整体焊接；
      （18）钢柱重新定位、校正以及耳板安装位置线的画线；
      （19）耳板的安装及焊接；
      （20）自检、互检合格后，提交专职检查员及驻厂监理进行完整性验收；
      2.5.3  典型构件的装焊细则示例：
      ①以构件18TZ8钢柱为例说明：见图11
      （1）以Y型钢柱18TZ8型为例说明见图11
      1）由于上、下翼缘板中间有一部分零件必须采用退装焊法，否则就会造成有的零件板无法装焊。
      2）另外一定要按预订的程序进行装配焊接，以尽量减少焊接应力和变形。
      3）所有组成构件的板，零件，小部件在组装构件前均需按要求进行检验，合格后方可参与构件组装,图9。

 （2）装焊细则：
      1）地面定位基准线的画线

2）、专用组装胎架的制作

3）、按照“2.6.2构件的工艺流程”中的3）～19）进行逐步画线、吊装和焊接各零部件（下底板、中腹板，中腹板，外腹板，上面板）以及各板件（连接板，加劲板等）和相关已合拢的各种牛腿（包括孔已钻孔）注意在吊装定位时，要对准该零部件在该构件的位置线、角度及螺栓孔与相关部件的位置精度。并在焊接时注意焊接程序，以尽量减少其对构件整体的应力应变，从而确保螺栓孔的精度。另外为避免在上、下面板和中、外腹板之间的加强板连接板装好后无法焊接，采取逐步退装法：即装好一块，焊接一块，并检查合格一块；再装、焊、检下一块，直至完成。
      4）、画好钢柱上隅撑连接板及耳板安装位置线；然后进行安装焊接如下图12。

5）完整性验收如图13

2.5.4  公差要求：
      （1）、钢柱高度：±1mm
      （2）、钢柱宽度：±2mm
      （3）、腹板中心偏移：±1mm
      （4）、翼缘板垂直度：±2mm
      （5）、柱身弯曲矢高：L/1000mm，且不大于10mm
      （6）、柱身扭曲：H/250，且不大于5mm
      （7）、腹板局部平面度：2mm
      （8）、牛腿最外侧螺栓孔至柱中心线的距离：±1mm
      （9）、牛腿端部到柱中心的距离：±2mm
      （10）、牛腿上平面相互之间的开档尺寸：±2mm
      （11）、牛腿的翘曲或扭曲：2mm
      （12）、柱底最外侧螺栓孔至柱顶的距离：±1mm

3.  关于桁架构件的预拼装说明
      3.1  预拼装的目的
      由于本工程的带状桁架和引伸桁架结构非常复杂，如图14所示，其安装精度要求非常高，故本公司对已加工好的构件进行一次预拼装，以检测加工制作的精度，是否能保证现场拼装及现场全栓结构的安装质量达到规范、设计要求；亦即能否满足现场一次拼装和吊装成功率，故在厂内进行桁架的预拼装是非常必要的。

3.2  桁架构件预拼装方法
      由于桁架构件较大，整个外框水平投影尺寸则更大，是无法进行整体分段预组装的。故根据工厂的拼装平台以及拼装的目的，将构件分为若干个分区来进行拼装，以检验构件加工的制作精度。
      3.2.1  桁架宽度方向(水平方向)的预拼装方法
      构件在宽度方向上的预拼装采用分段预拼的方法进行，现取其中两个分区进行说明，如下图15所示：

3.2.2  桁架高度方向的预拼装方法
外框构件在高度方向上的预拼均采用两节柱子为一个拼装单元进行拼装，下图为23F~27F层高度方向单个预拼单元示意图16：

3.2.3  外框构件的预拼装细则工艺(以轴线T2-T4间的分区为例)
      （1） 拼装胎架面的确定：
      为方便预拼装，一般采用卧拼的方法进行.即将其中同一楼层面的节点的中心置于水平，同时保证钢梁的面板垂直于大地，以利控制拼装的精度及质量。
      （2）  地面基准线的画线
      根据工艺所提供的预拼装线型图在平台上进行定位基准线的画设，即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方向的中心线及外形线等，同时画出胎架模板设置的位置线，画线后如下图17所示：

（3）预拼装胎架的设置要求
      1）、由于预拼装胎架是保证构件预拼装精度的首要条件，因此预拼装胎架必须有一定的承载力，并且必须保证胎架设置的正确性。
      2）、本工程构件外形尺寸较大，且重量较重，故预拼装胎架必须在重型平台上进行预拼，以防止胎架发生沉降变形。
      3）、 根据平台上的胎架定位线进行胎架竖撑及斜撑的设置，使胎架自身有足够的刚度。
      4）、胎架竖撑设置后进行胎架模板的安装，胎架高度必须严格控制，胎架高度按结构模型中的尺寸进行相应转化，胎架标高定位采用全站仪进行精确定位，确保胎架的标高误差不大于0.5mm，注意在露天作业环境下，为避免日照变化引起的温差影响，此项工作应在凌晨或温度相对稳定的情况下实施。
      5）、胎架模板的设置，必须保证节点和外筒柱的定位方便，且要安全可靠，因此，需设置专用定位模板，如下图示，胎架模板须采用数控切割，以保证胎架的组装定位精度。胎架模板示意图见图18。

 6）、胎架设置后，必须进行自检自查，然后提交专职质检员进行验收，合格方可使用，设置后的拼装胎架如图19所示：

（4） 外框柱节点的定位
      1）、定位前必须根据工艺要求在节点的柱端部分画出拼装定位中心线。
      2）、 然后将第一个Y形节点吊上胎架，根据地面外形线以及定位中心线进行定位，即把Y形节点端口的拼装定位中心线分别对齐地面中心线，同时将各端口分别对齐地面基准线，再检测各控制点的水平标高是否符合要求，如有误差进行调整，直至满足拼装要求，在定位过程中配以全站仪进行精确定位，定位后与胎架搭焊牢固，并将其端口用槽钢支撑牢靠如图20所示：

3）、分别依次进行其它柱节点的定位，其要求及方法与上相同，定位过程如图21所示：

4）、然后将外框柱节点间的连接板分别用销轴或螺栓进行固定（销轴或螺栓的直径比螺栓孔小1mm以内），如图22所示

（5） 与外框柱相连的水平梁及斜撑的定位
      在柱节点定位后，逐步吊装与外框柱相连的水平梁及斜撑的定位，水平梁及斜撑定位时要小心轻放，不得与柱节点产生撞击，以防移动节点，定位时将其中心线对齐地面中心线，在保证中心线后查看端部与节点间的连接，即焊缝间隙，板边差，连接板对接接口等，对超差要进行修整，以符合安装要求，与外框柱相连的水平梁及斜撑定位后如下图23所示：

3.2.4  检查、测量验收和标记
      外框构件定位结束后，通过精确调整进行自检自查，然后组织相关人员进行整体检查、测量和验收，对于关键部位的测量，如坡口间隙、板边差、构件开档尺寸、斜撑与柱及梁的角度、整体线型等必须填写预拼装记录；预拼装检查验收后，进行构件间的对号入座标记，钢梁在两端标明各自对应的轴线号，明确现场安装方向，同时在现场连接处打上对合标记线，作为现场安装的依据。
      3.2.5  公差要求见表1

4.结语
      珠江城烟草大厦工程与一般的超高层建筑（高度为309米）的不同之处在于：它将风力发电首次运用在超高层建筑上。风能发电是珠江城节能的一大亮点，由于珠江城建筑朝向南偏东13度，可充分利用广州市的东南风资源，为此在大楼的中部和上部设备层设置高性能的风涡轮发电机四台，开创了在超高层建筑上运用风力发电的先河。因此，其中国建筑金属结构信息网就必须按因迎面受风而引起建筑的震动等特殊受力状况来进行设计。为减少现场安装工作量大接头设计成全部用高强螺栓连接，这种在高309米的超高层建筑的现场安装时采用全栓联接形式，在我国超高层建筑史上是第一次！
      要确保现场全栓结构安装时100%的通孔率，就必须在加工制作和预拼装时，对构造极其复杂且螺栓孔非常密集的中国建筑金属结构信息网件的精度有严格的要求和确保措施。
为此，我们沪宁通过技术攻关，确定“化整为零，精益求精”的指导思想，只有提高单件精度，才能确保整体的质量：对每个组成钢构件的板件，小零件，小部件的下料，加工制作，拼装，焊接矫正等各道工序都严格把关；不验收合格绝不流入下道工序的质量过程控制。
这种严谨的工作作风，精益求精的工作态度，对科技创新的执着追求，才能使工程的质量得到充分的保证。
      作者简介：高继领（1972-）江苏沪宁钢机股份有限公司副总经理，高级工程师，
      联系地址：江苏省宜兴市张渚镇百家村214231