世博轴阳光谷是由矩形截面杆件构成的单层网架钢结构，此种结构无论构件的制作还是安装难度都非常大因此在施工过程中应用了多种特殊机械设备和施工技术。介绍了阳光谷施工过程中应用的关键技术。

关键词：网架；节点；弯扭；测量

1  工程概况

    2010年上海世博会世博轴上错落有致地分布6个特征标志性很强的阳光谷，以满足地下空间的自然采光，阳光谷顶端与膜结构顶蓬相连，是世博轴的标志性建筑之一（图1）。阳光谷结构体系均为三角形网格组成的单层网架钢结构，网架单元由节点和杆件组成，每个单元面层铺设有三角形玻璃幕墙。

    每个谷体型不一，其中4号谷为旋转对称体，其余均为轴对称体。每个阳光谷高度均为41.5 m，谷

底部最大直径约20 m，顶部最大直径约90 m。6个谷总面积为31 500 m2，共有杆件30 738根、节点10 348个，杆件大多采用焊接箱型截面（部分为实心矩形截面），截面高度范围为180～550 mm.宽度为60--120 mm，杆件长度为1.0--3.5 m；节点大都为多牛腿焊接箱体（部分为多牛腿实心铸钢件），杆件和节点材质力Q345-B。

2  工程特点和难点

2.1  制作特点和难点

    节点采用弯扭牛腿型节点，也就是方管汇交的节点区由钢板焊接而成，其中节点区的上翼缘板与下翼缘板采用整体下料，牛腿区段的上下翼缘板均为弯扭板件，从牛腿端口到节点核心区平滑过渡，腹板保持平面不弯扭。图2为节点的牛腿编号示意。整个阳光谷没有一个节点的几何参数是相同的，如何精确地制作出1万多个各不相同的节点是阳光谷钢结构制造中最难的部分。

2.2  安装特点和难点

    阳光谷为不规则的单层网架空间结构，且上半部分为大悬挑结构，平面外刚度相对较弱，同时杆件与节点的对接全部为全熔透一级焊缝，这对现场测量定位、整体结构稳定、现场焊接变形的控制要求很高；在焊接完成后如何从由支撑承载为主过渡到完全由自身结构承载也是一大难点。

3  制作关键技术应用

    阳光谷钢结构制作中各个节点是核心部件，工艺最为复杂，难度也最大。节点的整个加工工艺可大致分为28道工序（图3），其中翼板数控弯扭成型回火去应力处理、四维数控端铣、三维坐标仪测量等4道工艺是常规钢结构加工行业内很少应用且科技含量非常高的技术工艺，这些工艺也是阳光谷节点加工的关键技术。尤其是数控弯扭成型、四维数控

端铣这两道工艺是专门针对本工程研制开发的，三维坐标仪测量在常规建筑钢结构行业内也鲜有应用。节点制作难点及针对的关键技术归纳如下：

    1)如何高效率实现节点牛腿上下翼板的精确弯扭——采用数控弯扭机加工关键技术；

    2)如何消除节点中大量焊缝产生的残余应力——采用回火炉消应力关键技术；

    3)如何保证牛腿的长度和端面的角度与设计要求相符——采用四维数控端面铣切关键技术；

    4)如何检测成品节点每个牛腿几何参数与设计要求相符——采用三维坐标仪测量关键技术。

3.1翼板数控弯扭机加工关键技术

    此道工艺是节点制造最富创新的技术之一，整套工艺和相关机械设备完全是根据阳光谷节点研制开发的，特别是其中的数控钢板弯扭机在国内属首创。下面详述其具体技术工艺。

3.1.1  弯扭前准备

    1)根据下料前数控切割机所标识的中心点及定位孔坐标，划钻定位孔。

    2)在翼缘板定位工作台上，以上、下翼缘板的定位孔（定位孔误差不大于0.5 mm）为基准，用U型对位装置，对牛腿上、下翼缘板进行定位，并组装中心加强板。翼板与隔板组焊后如图4所示。

    3)中心加强板与上、下翼缘板焊接固定后，要以上翼缘板的上平面为基准面测量各端面与上翼缘板的相关尺寸以及上、下翼缘板的等高度（等高度误差不大于0.5 mm）。

    4)尺寸控制要求：中心加强板与上、下翼缘板的

垂直误差不大于1。，中心定位孔误差不大于0.5 mm，等高度误差不大于0.5 mm。

3.1.2  弯扭工艺

    1)弯扭的核心设备为专门针对本工程研发的数控钢板弯扭机。

    2)调整数控扭弯机夹头的中心位置，井测量校正扭曲机横梁两侧与工作平面的零点位置，要求扭曲机横梁两侧实测误差不大于0. 05 mm。

    3)将上、下翼缘板对位工件与数控翼缘板扭曲夹持台夹紧，用直角尺调正U型工作台使上下翼缘板对位工件垂直，锁紧工件。

    4)移动工件夹具，使上翼缘板1号牛腿翼缘板插进弯扭夹头内10 mm。调整好左右夹持块以及上下夹持块，使其位于居中位置。控制翼缘板的扭曲横梁的垂直度，继而夹紧夹持头，数控将记录上下调整后的数据，以便计算机自动给予补偿。

    5)点燃氧气一乙炔烘枪，对需扭弯的牛腿在翼缘板根部上、下表面30～50 mm范围进行同步加热，加热温度要控制在700～800℃，整个加热区呈均匀的暗红色时，方可启动数控扭曲机进行扭曲加工，如图5  图7所示。

    6)开启数控扭弯机控制器，让扭弯机对1号牛腿翼缘板进行自动扭弯。扭曲成型2 min后方可松开夹紧工具。

    7)扭曲后的尺寸控制要求：翼缘板分度角为±0.5。、俯仰角为±1.5。、扭转角为±1.5。、高度为±1 mm、宽度为±l mm。

3.2节点回火炉消应力关键技术

    由于节点内外焊缝较多，且比较集中，焊后残余应力的消除也将作为一个关键工序。采用回火来消除焊后残余应力，回火采用加热炉形式。

    回火I艺：500℃为4h，保温th；650℃为3h，保温1.5 h;700 0C为2h，保温15 h，再炉冷。温度控制曲线如图8所示。

3.3四维数控端面铣切关键技术

    此道工艺是节点制作最为精密的一道_[序，端面精加工的精度直接关系到节点牛腿端面的角度参数和牛腿的长度，整套工艺和相关机械设备也完全是根据阳光谷节点研制开发的，如图9所示。

    具体技术工艺如下：

    1)对已焊接好的节点进行检测，检测时将节点放置于工作平台上的测量夹具上，用千斤顶调整好上翼缘的基准，分别对各个牛腿的控制点进行检测。

    2)将测量结果与图纸提供的牛腿铣削前的坐标值进行比较，以判定该节点是否合格。并用划针划出控制点的加工线。、

    3)在检测合格后．上四轴数控端面铣床进行铣削加工，如图10所示。

    4)铣削后的质量控制要求：分度角为±0.5。，俯仰角为±0.5。，长度为±0.5 mm。

3.4  三维坐标仪测量

    采用了三维坐标测量仪，对节点做最后的精确测量，以确定弯扭后上下翼板的几何参数、端铣前后节点几何参数、精度是否符合设计要求，如图11、图12所示。仪器测量精度为E一(1.5～2.8)+3.0L／1 000，L单位为mm，E单位为“m。

    具体测量步骤如下：

    1)三维坐标测量仪对节点精确测量必须在洁净无尘的室肉进行，测量室室温在(20±2)℃。

    2)清洁节点表面和三维坐标测量仪工作台表面，安装夹具，检查三维坐标测量仪的工作电压及气压状态是否正常。

    3)将被测量节点的定位孔对准安装夹具定位销轴，安装至夹具上，下方用3个支撑千斤顶支撑。

    4)按测量要求对各牛腿的控制点一一测量，最后用专用软件来处理数据，以确定被测量节点的几何精度。

4  安装关键技术应用

    阳光谷安装工艺主要简分为9道工序（如图l3所示），其中脚手架支撑系统、节点坐标测量控制、焊接变形控制、支撑系统卸载等4道工序是阳光谷安装的关键技术。

4.1  支撑系统关键技术

    支撑系统的合理牢固与否直接关系到整个结构的稳定和精确度，因此采用安全可靠的满堂脚手架支撑作为主体支撑系统，结合矩形钢管截面设计和

制作了专用的支撑夹具（图14、图15），用以固定钢结构和脚手架之间的连接。特制支撑夹具与脚手架通过脚手架标准扣件连接，夹具杆件和阳光谷之间可自由转动。每个阳光谷共用了800余套支撑夹具，由于构造简单、使用灵活，给钢结构的安装同定带来了较大便利。

4.2  小单元吊装关键技术

    阳光谷结构由三角形网格单元组成，节点和杆件的比例为1：3，为了保证安装精度和提高工作效率，采用“个字形”小单元吊装，即1个节点接3根杆件的方法（图16、图17）。采用这种方法吊装的优点有：小单元重量较小，对吊装机械设备的起重能力要求小，便于操作人员灵活安装；测量和调整安装单元时可以对每个节点进行控制，保证将每个节点安装的实际坐标与设计坐标误差降到最低限度。

4.3  节点坐标测量控制关键技术

    阳光谷钢结构呈空间不规则变化，杆件错综复杂，节点定位难度大，结构为闭合体系，相对精度要求高。节点坐标测量工作主要有节点安装定位测量、安装矫正测量、焊接变形监测、卸载挠度监测、安装完毕验收测量等。

    为了避免放样误差的积累，在安装时必须对每个节点进行测量控制，在每圈结构合龙后再对每个节点进行复核矫正测量。施工测量遵循“由整体到局部，先控制后细部”酌原则。

    为了保证测量的精度，全部测量采用高精度全站仪（精度1mm+l×10-12 m）。吊装调整小单元时采用原厂小反光棱镜（顶部可采用原厂大反光棱镜），其余节点测量工作采用优质反光贴片做为目标测量坐标工具，如图18 -图21所示。

    当构件吊装时主要测量的坐标参数为节点顶部端面中点坐标，但是当上部构件安装后，下部节点的端面已被覆盖，因此可在节点的翼板中心附近粘贴反光片，确定节点位置精确定位后就可读取反光片位置的坐标值。此反光片也可作为后续焊接变形监测、卸载坐标监测的目标点。

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