天津健康产业园自行车馆钢结构工程过程控制与管理

1、天津健康产业园自行车馆钢结构工程过程控制与管理摘要：天津团泊健康产业园自行车馆是一座可容纳3000人的专项体育建筑，钢结构部分已于2013年初竣工，将承办2013年东亚运动会和2017年全运会的自行车比赛项目。本工程为大跨度异形弦之穹顶结构，全国此类结构工程数量很少；主要构件为焊接球和钢管，总构件数超过10000件，二次深化和现场实际安装有很大的挑战性。本文介绍了此工程的几乎整个的过程管理控制，为以后大跨度异形弦之穹顶结构工程提供相关参考。 关键词：弦之穹顶；二次深化；相贯线 中图分类号：TU973+.13文献标识码：A 文章编号： 1工程概况 天津团泊健康产业园自行车馆作为第六届东亚运动会的

2、主要场馆，用地面积8.1万平方米，总建筑面积2.82万平方米，建筑总高度40.2米，配备250米国际标准赛道， 1830个固定座位，876个活动坐席，主体地上一层（无地下），局部三层。场馆整体造型类似于一个自行车比赛选手所戴德头盔，屋盖主体平面投影为椭圆形。屋盖周圈支撑在24个圆截面混凝土柱上，屋盖周围悬挑，局部落于6m标高的平台上。 屋盖主体采用桁架和双层网壳组合的空间结构,网壳周边采用环向钢索弦支。屋盖从周边支撑向外设单层网壳悬挑延伸并局部向下延伸。屋盖周圈支撑在24个圆截面混凝土柱上。结构整体平面投影为椭圆形，长轴跨度126m，短轴跨度100m，矢高18m，柱顶支撑标高+19.000m。

3、工程深化模型如下图图1所示。 图1 2深化过程 本工程由天津大学钢结构研究院设计，由天津中际装备制造有限公司进行二次深化设计，且由天津中际装备制造有限公司进行了制安一体的工程建设。 此网架结构由焊接球和钢管组成，其中焊接球规格为250-800mm共计10种，总数目为2360个；钢管规格为外径60-325mm共计14种，总数目为8628根。 由于每个焊接球为一个空间的网架连接节点，且此结构为大跨度异形结构，故每个球在现场实际安装过程中都需要用全站仪进行精确的空间定位，所以所有的焊接球和钢管必须散装入场，以达到减小误差，确保安装精度的目的。故每个球和每根杆件为一个构件。 二次设计深化由天津中际装备

4、制造有限公司技术研发中心历时一个半月完成，所选用的软件为prosteel v8i，此软件是一款基于autocad的一款插件，操作简单，功能性强。深化思路为将原设计提供的三围空间线性模型（如图2）和网架各个组成部分的编号投影平面图（如图3）进行合并，然后通过不同视角找出一一对应的三维线和其球杆编号，此过程繁琐复杂，容易出错，必须认真细心进行审查，几条线的交点为球节点，将全部焊接球添加以后，再进行杆件的加载、编号、校核、碰撞修改等一系列工作，完成模型的建立，最后出图。 图2 图3 3杆件加工 为节省工期，我厂在本工程中所用的焊接球全部为采购，故不做详细说明。 3.1 常规杆件的下料 杆件下料不能安

5、照软件模型的下料长度进行下料，因为做完差集后球与杆为紧密连接，无间隙，实际安装过程中一根杆件两端连接两个球（部分杆件为管管相贯），必须留出安装间隙（如图4）。 图4 因此杆件的模型的下料长度必须减去两端的安装间隙，杆件的最终下料长度计算公式为： L-为两球设计中心距 L1-钢管件加工长度 R-空心球外圈半径 a-钢管杆件内直径 b-每道焊口组对间隙 c-每道焊口焊缝收缩量（其值通过试验确定） 常规无相贯口的杆件根据计算后的下料加工长度在相贯线数控切割机上可以进行精确切割和开坡口。 3.2有相贯口的杆件 相贯线切割机每次只能读取一个单个的cad文件，且每单个cad文件只能包含一根主杆件和其相贯的

6、杆件，即每次都需要进行手工输入切割机。 修改碰撞杆件是在整体模型中进行的，如果将每根相贯的杆件提取出来，那么本工程中相贯的杆件为1200多根，且需要保留和其碰撞的杆件，即需要在8628根杆件中提取2-6根不等数目的杆件，一共要提取1200多次，难度非常大。天津中际装备制造有限公司技术研发中心张永波部长对prosteel v8i这款软件进行了VBA的软件接口进行了二次开发，将这个棘手的问题决解，通过编程处理完成每个相贯cad文件的自动提取，如图5所示： 图5 此cad单个文件是批量生成，且已经在我们加工厂的相贯线切割机上进行了验证，可以读取。 特别提醒：管与管相贯的处理原则是当大直径管与小直径管

7、相贯时切割小直径管，当两管直径相同时可随意选择。在安装时必须先安装无相贯口杆件，然后安装有相贯口杆件，这样能避免隐蔽焊缝。但是当以上两种情况发生冲突时，就是一个需要考虑的问题。如图6举例说明： 图6 当出现图6中的情况时，理论上是先安装上弦的大直径管，后安装下弦的小直径的细管，才能避免隐蔽焊缝。但是实际安装过程中要按部就班，从下往上分层安装，所以现场实际是要先安装下弦的有口的小直径管，这样就不可避免的产生了隐蔽焊缝。根据本工程的实际经验，在模型上开相贯口时应注意两点： （1） 注意开贯口的顺序和安装顺序的冲突，避免产生隐蔽焊缝。 （2） 如果两根杆件相贯的体积很小的话，直接忽略不计，由现场做切

8、割处理。 4加工误差控制 4.1焊接球节点的半圆球，宜用机床坡口。焊接后的成品球表面应光滑平整，不应有局部突起或折皱。 焊接球直径的允许偏差：当球直径小于等于300mm时，为1.5mm；直径大于300mm时，为2.5mm。 圆度：当直径小于等于300mm时，不应大于1.5mm；当直径大于300mm时，不应大于2.5mm。 设计壁厚减薄量不应大于13%，且不得超过1.5mm。 对口错变量允许偏差不应大于1mm。 4.2焊接节点的钢管杆件宜用机床下料。杆件长度应预加焊接收缩量，其值可通过试验确定。杆件制作长度的允许偏差应符合下列规定： a.焊接球节点的钢管杆件为1mm。 b.焊接钢板节点的型钢杆件

9、为2mm。 5杆件编号过程 对于大跨度异形钢结构网架工程，杆件为散件逐根安装，要有一套明确的编号分类原则，大批量的杆件分批集中到安装现场，这些杆件不能从外观上做出明显的判断，只能根据从车间出厂的手工标注的编号为准，否则将会出现构件的混乱，无法找到相对应的杆件，将会严重影响施工周期。 在本工程中我们采取的编号原则是逐一编号，自动生成。prosteel v8i 这款软件自带的编号功能，设置相应的编号原则： 5.1焊接球编号。10种焊接球，每种球的规格是完全相同的，先将其中9种隐藏，剩余的球以字母加数字的形式进行逐一编号，每种规格的球的字母要不相同。 5.2杆件编号。杆件编号采用纯数字编号，从000

10、1-8628，这样每根杆件有唯一的编号，同时这个编号也可以作为它的唯一空间的位置。设置编号规则后软件自动生产，无需人工干预，避免错误。 5.3原材料在车间首先进行喷砂处理，然后进行下料切割，切割完成的杆件由专门的人员打上钢印号，要求在管两头和管中心各打一个，同时做好构件清单记录。转移到成品车间后进行喷涂底漆工作，喷涂人员首先要查看钢印号并记录，喷涂完成后在每个钢印号位置的旁边用有色油漆再次书写，确保杆件编号无误。同时成品的发货料单要和所有的杆件正确对应，坚决杜绝错发漏发现象。 6其他相关事项 6.1焊缝。钢管杆件与空心球连接，钢管应开坡口，在钢管与空心球之间应留有一定缝隙并予以焊透，以实现焊缝

11、与钢管等强，否则应按角焊缝计算。要根据图纸的设计说明确定焊缝的等级，必要时要和甲方、设计、总包沟通或者签字确认后进行后期处理。 6.2涂刷油漆。油漆涂刷杆件两端要留出150-200mm的间隙，用透明胶带缠住，避免油漆与此部分接触，确保焊缝不受油漆影响。胶带在施工现场用气割枪火焰加热燃烧熔化，不影响焊接。 6.3接料。我们在此工程中规定，接料只能两根钢管对接，不能超过2根，且最短长度不能小于1.5米，焊缝等级为一级焊缝。其余相关信息按相应的国家规范规定执行。 7结束语 天津团泊健康产业园自行车馆钢结构部分共计1200t，焊缝等级为2级焊缝，铺设满堂红脚手架，以高空作业为主，主体网架于2012年10月底合拢。现场安装无任何工伤事故，无任何