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【摘要】箱形空间弯扭钢结构构件的轴线在两个主平面内弯曲，其横截面同时还发生扭转，此类构件的加工制作施工技术是建筑钢结构工程的一大难点。深圳当代艺术馆与城市规划展览馆钢结构工程，建筑造型复杂，构件大、板厚且空间弯扭，加工制作难度非常大。本文通过对该类构件的加工制作过程进行描述分析，主要从空间弯扭构件的形成原理与规律着手分析，通过对构件图纸进行详图深化、构件的胎架放样、搭设胎架、加工制作，以及后续的焊接成型等整个工序全过程所采用的方法进行了总结。为后续工程中类似空间弯扭构件的加工制作奠定良好的基础，通过快捷、高效、成熟的施工技术来提高整个建筑钢结构的加工制作效率。
【关键词】箱形空间弯扭钢构件；加工制作；组装；施工技术钢结构；弯扭构件；加工
1、工程概况
深圳当代艺术馆与城市规划展览馆项目简称“深圳两馆项目”，该项目位于深圳中心区中轴线，南临市民中心，北靠市少年宫，西临深圳书城，建成后的深圳两馆是深圳市新的标志性建筑之一。该工程用地面积29688 m2，建筑面积88185.38m2，地上5层，地下1层，局部2层，建筑高度约50m。由14000m2展示面积的当代艺术馆和11000平方米展示面积的城市规划展览馆合二为一成为推广新锐艺术并展示城市规划设计的大型公共文化建筑。
该工程主体钢结构部分总吨位重约19300吨，所用钢材为Q345B、Q390GJC和0420GJC。构件截面形式包含日字型、箱型、圆管、H型等形式。工程由这些截面形式的空间弯扭构件和非空间弯扭构件组合而成（两馆效果图、模型图见图1-a、1-b）。所使用的板厚度从6mm～60mm。
2、对该工程结构形式和构件形成原理的理解
深圳两馆项目外形奇特，极具艺术效果同时又很好的兼顾了展示功能。该项目主体结构廊阔了大悬挑桁架钢结构、空间异面弯曲钢结构和核心筒一框架结构体系于一体。主楼为复杂空间大跨结构，内部为6个型钢混凝土核心筒，作为悬挑桁架及复杂大跨空间结构的支点，提供必要的侧向刚度。入馆大堂上部采用空间异面钢结构，主要由箱型截面空间弯扭钢构件作为主要受力结构，传力于基础之上。弯扭构件弧度不一，与其它构件纵横交叉，非常复杂。面对如此复杂的工程，我公司全体人员在接到本工程的制作任务后，按照以往施工其它异型构件的经验，先将整体工程合理划分成若干个单元，然后再对逐个单元进行拆解成逐根散件。坚持化整为零，逐根突破的原则，严格控制单件制作质量，以此来保证整个工程的质量精度。
如下重点对本工程中难度最大的箱型空间弯扭构件的加工制作施工技术进行论述，以便于后续碰到类似工程构件时，能有一套成熟的制作工艺技术作为参考和借鉴。
经过对箱型空间弯扭钢构件的仔细斟酌、分析，我总结了如下几点我个人的理解。
2.1构件的主要特征
所有箱型构件的加劲板均为矩形和正方形，其位置垂直于该构件的轴心线。
2.2构件成型原理
（1）先将一矩形截面，其形心贯穿于设计给定的箱型构件的轴心线；
（2）然后按照如下规则移动截面：矩形外侧边各两点紧贴设计图所确定的建筑外形膜皮表面进行移动；移动过程中截面与箱型构件轴心线始终保持垂直。
通过以上分析及对本工程图纸中给出的轴心线坐标值的分析得出，深圳两馆弯扭构件，是一个有规律可循的弯扭构件，并非是不规则的任意弯扭构件。具体规律如下：弯扭构件中任意一个垂直于构件轴心线的截面均为矩形；矩形四个角点在空间移动的轨迹的连线即为该箱型构件的四角棱线；矩形四条边在空间移动所形成的弧面即为箱形弯扭构件的四个表面。
3、箱型空间弯扭构件的深化设计
本工程箱型空间弯扭构件實体模型的建立是该类高难度构件详图深化设计的关键，公司通过分析空间弯扭构件的几何构造特点.研究构件的三维造型方法.建立了对应的数字化计算机模型，编制了壁板展开放样的计算机算法。通过在AutoCAD平台上以Ob-jectARX和C++语言为工具自行开发的空间弯扭构件三维建模及壁板展开放样软件系统。该软件不但建模精度高，而且建模效率得以大大提高，同时可以自动导出带空间坐标数据的构件详图，进而可以直接完成弯扭板件的展开放样，同时可以通过弯扭构件的空间坐标数据转化出构件制作的胎架数据。
4、弯扭板件的加工与检验
4.1弯扭箱型构件板件的展开下料
通过自行开发的软件系统，利用箱型弯扭构件的空间坐标，定出箱型弯扭构件的四条棱线，再输入箱体壁厚，就可自动生成扭曲箱体的实体模型，从而可以得到壁板上的任意空间坐标，让程序自动对壁板进行展开，同时生成箱体内部加劲肋的安装位置线，这样就可以根据展开的线型数据，将壁板切割数据输入数控切割机进行壁板的下料切割。
4.2弯扭箱型构件板件的加工成型
弯扭板件的加工成型方案常见的有三种，即：压模压制成型，油压机压制成型，三辊卷板机卷制成型。其各种加工成型方法的加工质量和加工效率均有不同，各有优缺点，特别是在加工过程中为了避免板材点状受力造成对母材的损伤，同时综合考虑加工成本和加工工期等几方面因素，最终确定以“三辊卷板机卷制成型为主，需要时配以油压机局部整形”的板件加工成型方案。
4.3弯扭板件加工成型后的质量检查
弯扭板件加工成型质量的好坏，会直接影响到弯扭构件的板材装配是否能够顺利进行，而装配质量是否能够满足要求，也直接影响到焊接的质量。这些影响因素将直接影响到弯扭构件的整体质量。为此，必须对加工成型后的弯扭板件进行严格质量检查。质量检查商去通常有全站仪检验、数控扫描仪检验以及传统的样箱检验等方法。在综合考麒检验精度、工作效率、能否全程跟踪检验及操作可行性等方面的特点后，最终决定采用传统的样箱检验法对弯扭构件的加工质量进行俭验。 5、箱形空间弯扭构件的组装工艺
本工程箱形空间弯扭构件的组装在弯扭构件专用的定制胎架上进行。组装前先对胎架进行制作，然后再按照箱型弯扭构件各板件的组装顺序依次组装，组装过程中使用定位板、限位板、加强板、斜撑等作为辅助受力板件配合开展工作。具体如下：
5.1胎架制作
（1）基面划线。制作胎架时，事先选好一块平整的具有足够拼装空间的地面作为基准面，或者搭设一个施工平台作为基准面，在基准面上划出构件的基准面投影线、端面轮廓投影线、4条棱线投影线、胎架位置线，然后在胎架位置线上树立角钢胎架立柱，在角钢胎架立柱上标出相应点位的定位标高线。当使用地面作为基准面时，若地面内无预埋铁件，需先打膨胀螺栓固定铁件，方便角钢胎架的固定和后期辅助支撑的固定。
（2）制作胎架。根据深化图纸结合转化出的胎架数据制作胎架，胎架模板的设置必须保证模板上口线与构件表面的外形一致，并且要确保具有足够的临时刚度以抵抗构件焊接过程中的焊接变形。整个胎架的设置和制作既要考虑便于拼装，也要考虑便于在制作过程中对构件变形及质量精度的监控和测量。在胎架搭设结束后，对胎架进行测量、检查验收，确认胎架无误并具有足够刚度后，进行后续空间弯扭构件的组装。
5.2空间弯扭构件的组装和焊接
构件组装前，先找齐已经下料完成、开坡口完成并编号齐全的弯扭板件。组装时，先在胎架上组装定位下面板，点焊在胎架上（见图1-c）。再安装箱体内部的加劲板和辅助加强板，采用点焊或间断焊的方式（见图1-d）。然后安装两侧的侧板，采用点辉进行装配固定（见图1-e）。装配固定好后进行装配精度的测量，确认偏差在规范允许范围内后，进行内部加劲板与下面板、内部加劲板与两侧板、内部加强板与侧面板的焊缝焊接，焊接完成后进行必要的焊缝外观检验和探伤检验，检验合格后安装上部面板（见图1-f），安装完上部面板后再进行一次装配精度检查，检查合格后進行上部面板与侧板的焊接工作，焊接完成再次进行焊缝外观检查和探伤检验，检查和检验合格后再次对构件的尺寸、空间弯扭数据进行测量，对构件的外观进行检查，确认符合图纸和技术规范要求，方可认为空间弯扭构件组装焊接完成。
结语：
深圳当代艺术馆与城市规划展览馆项目既是展示文化艺术和展示深圳城市规划发展的一个综合性场馆，同时其场馆本身也体现了建筑钢结构的艺术性，也是对深圳乃至中国建筑钢结构行业会产生重要影响的工程。本工程由于在空间弯扭构件的胎架制作、板件组装、焊接顺序方面采取了有效的工艺方法，并严格按照工艺控制制作过程，使得该项目箱型空间弯扭构件的制作质量和精度完全符合设计图纸要求。该工程中的箱型空间弯扭构件的加工制作施工技术的成功应用，继续巩固和提高了我国钢结构加工制造领域的技术水平，也为我国培养了一批新的建筑钢结构行业人才。同时通过对深圳两馆项目钢结构工程的制造实践，制定了一套适合箱型空间弯扭构件结构特点的加工制作施工技术方案，为今后类似空间弯扭箱型构件的设计、制造提供新的借鉴和思考。
【关键词】箱形空间弯扭钢构件；加工制作；组装；施工技术钢结构；弯扭构件；加工
1、工程概况
深圳当代艺术馆与城市规划展览馆项目简称“深圳两馆项目”，该项目位于深圳中心区中轴线，南临市民中心，北靠市少年宫，西临深圳书城，建成后的深圳两馆是深圳市新的标志性建筑之一。该工程用地面积29688 m2，建筑面积88185.38m2，地上5层，地下1层，局部2层，建筑高度约50m。由14000m2展示面积的当代艺术馆和11000平方米展示面积的城市规划展览馆合二为一成为推广新锐艺术并展示城市规划设计的大型公共文化建筑。
该工程主体钢结构部分总吨位重约19300吨，所用钢材为Q345B、Q390GJC和0420GJC。构件截面形式包含日字型、箱型、圆管、H型等形式。工程由这些截面形式的空间弯扭构件和非空间弯扭构件组合而成（两馆效果图、模型图见图1-a、1-b）。所使用的板厚度从6mm～60mm。
2、对该工程结构形式和构件形成原理的理解
深圳两馆项目外形奇特，极具艺术效果同时又很好的兼顾了展示功能。该项目主体结构廊阔了大悬挑桁架钢结构、空间异面弯曲钢结构和核心筒一框架结构体系于一体。主楼为复杂空间大跨结构，内部为6个型钢混凝土核心筒，作为悬挑桁架及复杂大跨空间结构的支点，提供必要的侧向刚度。入馆大堂上部采用空间异面钢结构，主要由箱型截面空间弯扭钢构件作为主要受力结构，传力于基础之上。弯扭构件弧度不一，与其它构件纵横交叉，非常复杂。面对如此复杂的工程，我公司全体人员在接到本工程的制作任务后，按照以往施工其它异型构件的经验，先将整体工程合理划分成若干个单元，然后再对逐个单元进行拆解成逐根散件。坚持化整为零，逐根突破的原则，严格控制单件制作质量，以此来保证整个工程的质量精度。
如下重点对本工程中难度最大的箱型空间弯扭构件的加工制作施工技术进行论述，以便于后续碰到类似工程构件时，能有一套成熟的制作工艺技术作为参考和借鉴。
经过对箱型空间弯扭钢构件的仔细斟酌、分析，我总结了如下几点我个人的理解。
2.1构件的主要特征
所有箱型构件的加劲板均为矩形和正方形，其位置垂直于该构件的轴心线。
2.2构件成型原理
（1）先将一矩形截面，其形心贯穿于设计给定的箱型构件的轴心线；
（2）然后按照如下规则移动截面：矩形外侧边各两点紧贴设计图所确定的建筑外形膜皮表面进行移动；移动过程中截面与箱型构件轴心线始终保持垂直。
通过以上分析及对本工程图纸中给出的轴心线坐标值的分析得出，深圳两馆弯扭构件，是一个有规律可循的弯扭构件，并非是不规则的任意弯扭构件。具体规律如下：弯扭构件中任意一个垂直于构件轴心线的截面均为矩形；矩形四个角点在空间移动的轨迹的连线即为该箱型构件的四角棱线；矩形四条边在空间移动所形成的弧面即为箱形弯扭构件的四个表面。
3、箱型空间弯扭构件的深化设计
本工程箱型空间弯扭构件實体模型的建立是该类高难度构件详图深化设计的关键，公司通过分析空间弯扭构件的几何构造特点.研究构件的三维造型方法.建立了对应的数字化计算机模型，编制了壁板展开放样的计算机算法。通过在AutoCAD平台上以Ob-jectARX和C++语言为工具自行开发的空间弯扭构件三维建模及壁板展开放样软件系统。该软件不但建模精度高，而且建模效率得以大大提高，同时可以自动导出带空间坐标数据的构件详图，进而可以直接完成弯扭板件的展开放样，同时可以通过弯扭构件的空间坐标数据转化出构件制作的胎架数据。
4、弯扭板件的加工与检验
4.1弯扭箱型构件板件的展开下料
通过自行开发的软件系统，利用箱型弯扭构件的空间坐标，定出箱型弯扭构件的四条棱线，再输入箱体壁厚，就可自动生成扭曲箱体的实体模型，从而可以得到壁板上的任意空间坐标，让程序自动对壁板进行展开，同时生成箱体内部加劲肋的安装位置线，这样就可以根据展开的线型数据，将壁板切割数据输入数控切割机进行壁板的下料切割。
4.2弯扭箱型构件板件的加工成型
弯扭板件的加工成型方案常见的有三种，即：压模压制成型，油压机压制成型，三辊卷板机卷制成型。其各种加工成型方法的加工质量和加工效率均有不同，各有优缺点，特别是在加工过程中为了避免板材点状受力造成对母材的损伤，同时综合考虑加工成本和加工工期等几方面因素，最终确定以“三辊卷板机卷制成型为主，需要时配以油压机局部整形”的板件加工成型方案。
4.3弯扭板件加工成型后的质量检查
弯扭板件加工成型质量的好坏，会直接影响到弯扭构件的板材装配是否能够顺利进行，而装配质量是否能够满足要求，也直接影响到焊接的质量。这些影响因素将直接影响到弯扭构件的整体质量。为此，必须对加工成型后的弯扭板件进行严格质量检查。质量检查商去通常有全站仪检验、数控扫描仪检验以及传统的样箱检验等方法。在综合考麒检验精度、工作效率、能否全程跟踪检验及操作可行性等方面的特点后，最终决定采用传统的样箱检验法对弯扭构件的加工质量进行俭验。 5、箱形空间弯扭构件的组装工艺
本工程箱形空间弯扭构件的组装在弯扭构件专用的定制胎架上进行。组装前先对胎架进行制作，然后再按照箱型弯扭构件各板件的组装顺序依次组装，组装过程中使用定位板、限位板、加强板、斜撑等作为辅助受力板件配合开展工作。具体如下：
5.1胎架制作
（1）基面划线。制作胎架时，事先选好一块平整的具有足够拼装空间的地面作为基准面，或者搭设一个施工平台作为基准面，在基准面上划出构件的基准面投影线、端面轮廓投影线、4条棱线投影线、胎架位置线，然后在胎架位置线上树立角钢胎架立柱，在角钢胎架立柱上标出相应点位的定位标高线。当使用地面作为基准面时，若地面内无预埋铁件，需先打膨胀螺栓固定铁件，方便角钢胎架的固定和后期辅助支撑的固定。
（2）制作胎架。根据深化图纸结合转化出的胎架数据制作胎架，胎架模板的设置必须保证模板上口线与构件表面的外形一致，并且要确保具有足够的临时刚度以抵抗构件焊接过程中的焊接变形。整个胎架的设置和制作既要考虑便于拼装，也要考虑便于在制作过程中对构件变形及质量精度的监控和测量。在胎架搭设结束后，对胎架进行测量、检查验收，确认胎架无误并具有足够刚度后，进行后续空间弯扭构件的组装。
5.2空间弯扭构件的组装和焊接
构件组装前，先找齐已经下料完成、开坡口完成并编号齐全的弯扭板件。组装时，先在胎架上组装定位下面板，点焊在胎架上（见图1-c）。再安装箱体内部的加劲板和辅助加强板，采用点焊或间断焊的方式（见图1-d）。然后安装两侧的侧板，采用点辉进行装配固定（见图1-e）。装配固定好后进行装配精度的测量，确认偏差在规范允许范围内后，进行内部加劲板与下面板、内部加劲板与两侧板、内部加强板与侧面板的焊缝焊接，焊接完成后进行必要的焊缝外观检验和探伤检验，检验合格后安装上部面板（见图1-f），安装完上部面板后再进行一次装配精度检查，检查合格后進行上部面板与侧板的焊接工作，焊接完成再次进行焊缝外观检查和探伤检验，检查和检验合格后再次对构件的尺寸、空间弯扭数据进行测量，对构件的外观进行检查，确认符合图纸和技术规范要求，方可认为空间弯扭构件组装焊接完成。
结语：
深圳当代艺术馆与城市规划展览馆项目既是展示文化艺术和展示深圳城市规划发展的一个综合性场馆，同时其场馆本身也体现了建筑钢结构的艺术性，也是对深圳乃至中国建筑钢结构行业会产生重要影响的工程。本工程由于在空间弯扭构件的胎架制作、板件组装、焊接顺序方面采取了有效的工艺方法，并严格按照工艺控制制作过程，使得该项目箱型空间弯扭构件的制作质量和精度完全符合设计图纸要求。该工程中的箱型空间弯扭构件的加工制作施工技术的成功应用，继续巩固和提高了我国钢结构加工制造领域的技术水平，也为我国培养了一批新的建筑钢结构行业人才。同时通过对深圳两馆项目钢结构工程的制造实践，制定了一套适合箱型空间弯扭构件结构特点的加工制作施工技术方案，为今后类似空间弯扭箱型构件的设计、制造提供新的借鉴和思考。