【行业知识】沙特麦加高铁站房钢结构加工技术

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沙特麦加高铁站房为麦加-麦地那高铁沿线最大车站，钢结构由大厅钢屋盖、站台钢屋盖及附属结构组成，本文介绍了该项目钢结构加工的关键技术。

项目概况

1.1 屋盖钢结构组成

沙特麦加高铁站房为麦加-麦地那高铁沿线最大车站，钢结构由大厅钢屋盖、站台钢屋盖及附属结构组成。其中屋盖结构由伞状单元沿纵横向排列组合而成，造型融入了伊斯兰的拱门元素，总面积约为10.94万㎡。钢结构总用量约1.7万t，执行BS/EN标准。

候车大厅钢屋盖平面尺寸为216m×216m，由柱、柱头、主梁、次梁、边梁和拉杆等组成，包含60个27m长、27m宽、24.7m高的大伞，大伞柱网呈方形布置，柱中心距为27m×27m，柱顶形成45°方向的拱结构布置，主梁拱跨度约38.2m，拱顶最大标高为24.7m；站台钢屋盖平面尺寸为486m×135m，由360个13.5m长、13.5m宽、9m高的小伞组成。大厅及站台钢屋盖均采用树状柱结构形式，如图1~5所示。现场连接均采用高精度尺寸控制的高强螺栓端板连接。

大厅钢结构的伸缩缝位置，基本单元之间的边梁端部设置了速度阻尼器(LUD，见图6)，将边梁端部连接起来。承受突发负荷（如地震，风）时LUD成为一个刚性连接装置，与结构一起受力；而在温度引起的缓慢膨胀和收缩时，LUD允许构件之间有相对移动。LUD既保证了结构的受力，又释放了温度影响。

1.2 空心异形截面形式

空心异形截面形式和尺寸如图7~15所示。

钢结构加工

2.1 钢结构构件加工特点

2.1.1 构件加工围绕外观AESS-4（AESS的含义是建筑外露钢结构）规定展开，焊缝及表面修补痕迹不可见。这个要求对加工全过程（下料切割、组立、焊接、包装等）提出了更高的质量控制与工艺标准。

（1）钢材不允许存在钢厂轧制商标，钢印号或凸起标示；

（2）禁止用咬印式起吊钢材和构件；

（3）拼装过程中禁止在构件外露表面焊接临时支撑，严禁锤击；

（4）最少的焊缝外露；

（5）对接焊缝宽窄一致，笔直，且打磨至与母材平齐，焊缝余高为零；

（6）打磨沿焊缝长度方向，垂直方向打磨易低于母材表面；

（7）在抛丸或喷砂后，对可见缺陷采用焊接填充或打磨去除缺陷。

2.1.2 构件之间采用内嵌端板螺栓连接，连接面贴合度需达到75%以上，长度角度的精度控制是关键。

2.1.3 构件截面组焊缝多，除柱身外，其余构件腹板为弯扭件。

2.1.4 构件内部与MEP专业穿插作业。

该项目构件加工是集焊接、精度与美观的三统一，三者相互影响，加工难度极高。

2.2 阴角缝与阳角焊加工细节

以柱和柱头构件为例，截面细部如图16所示，对于细部1和 2的加工分段和焊接部位的确定，均有两种方案：

方案一：阴角焊缝（细节1）要求成直线，且表面平整度暴露在光线下检验，打磨难度异常大；方案二：在小伞结构后期加工中采用，避免了阴角焊缝打磨，外观更加美观，生产工效大幅提高。两种方案效果比较如表1所示。

表1 细部1、细部2的方案一和方案二效果比较

2.3 柱头加工过程

柱头采用分段流水+胎膜法进行加工。柱头分段为中心箱体部件和柱头牛腿分别流水加工。中心牛腿与内部管道进行装焊，牛腿单独组焊，提高了生产效率，降低了焊接变形和焊接内应力的积累。整体拼装时采用胎膜法，确保每一个柱头的牛腿端板尺寸和方向一致，保证了柱头的精度，如图17~20所示。

2.4 弧线瓦片的加工

瓦片外贴于柱、梁空心截面，参与结构承载。柱上瓦片为直线型，柱头和梁上瓦片为弧线型。直线瓦片加工采用上下凹凸模具将钢板压制成型，如图21和图22所示，上下凹凸模具直径=圆管内径-2mm，脱模后半圆瓦片回弹须满足要求。

弧线瓦片加工是在直线瓦片加工的基础上进行的。弯弧过程需避免开口张开和瓦片折皱，并计算管壁变薄的影响。结合设计中截面构造，先将直张瓦片与内加劲板进行全熔透焊接（见图23），焊接24小时100%UT探伤后，通过液压千斤顶顶压冷弯工艺进行弯圆（见图24），靠模弧度同样需要加放2mm余量用于抵销弯弧构件的回弹。大伞柱内MEP管道安装与测试如图25所示，图26所示为大伞柱身和柱头贴合组立。

AESS的实现

该项目按最高外观标准AESS-4执行。除了加工过程中的工艺措施和质量控制，针对项目特点，精工国际研发了一整套焊缝表面磨平工具，使表面质量不完全取决于工人操作的熟练程度，而是可依靠工具控制（见图27、图28）。除锈和油漆后效果分别见图29和30。

加工完成的AESS构件，成品保护至关重要，包装须满足陆运至国内码头-装船-海运-卸货-运至现场堆场-安装等过程的多次吊装和倒运要求，若在此期间产生磕碰等损害构件表面的情况，修补将产生大量费用和工时。本项目构件采用珍珠棉全覆盖包装保护，并设计了用于运输的柱头专用托盘。

预拼装

实物预拼装是螺栓连接精度检测与精度保障主要方法之一，对端板螺栓连接结构尤其重要，项目中同时采用了3D扫描电脑预拼装技术。预拼装不只是检测长度、也同时检测旋转角与扭转角的匹配。图31是三个大伞一起预拼装的实景，长81m、宽27m。图32是两个小伞一起预拼装的实景，长13.5m、宽27m。预拼装后，再进行除锈、油漆、包装等工序。