【《钢结构建筑施工实例分析》4000字】

钢结构建筑施工实例分析目录TOC\o"1-3"\h\u27499钢结构建筑施工实例分析 113656（一）工程概况 127362（二）工程钢结构加工难点 228609（三）钢管空间弯曲加工 347031、空间弯曲钢管几何分析 3291272、钢管空间弯曲加工 311512（四）长圆形锥台小夹角分叉节点加工 685991、零（部）件下料、坡口 7311872、半圆管加工 753163、节点装焊 7（一）工程概况杭州奥体博览中心主体育场坐落在钱塘江和七甲河汇合口以南，建筑占地82904m2，建筑面积为210110m2；该建筑地上六层、地下一层。主体育场的钢结构罩棚采用花瓣作为母题，半透明白花瓣肌理来源于丝绸编织而成，像一朵白莲花，盛开在钱塘江畔，而且里面的红色纹饰恰似莲花的花蕊一样，如图5.1和图5.2所示。主体育场是一座特级特大型体育场，可以承办洲际性、全国性的综合运动会及国际田径、足球比赛，固定座位为80011个。图5.1主体育场全景效果图图5.2主体育场立面效果图钢结构罩棚采用整体环状花瓣形状，共有28片主、次花瓣组成，花瓣采用空间钢管桁架+弦支的单层网壳结构体系。整个罩棚外沿南北长333m，东西宽285m，最宽处68m，最大悬挑长度为52.5m，最高标高59.4m，如图3所示。罩棚用钢总量为2.3万吨。钢材材质分别为Q345C、Q345B，所采用的钢管杆件截面呈圆形，其中，最大圆钢管截面规格为Ø700×35mm。图5.3罩棚钢结构轴测图（二）工程钢结构加工难点本工程钢结构加工主要有以下几方面难点。1)钢管空间弯曲加工难度大罩棚花瓣造型的主桁架轮廓为空间曲线，弦杆是由不规则空间圆心坐标点所对应不同曲率半径圆弧拟合得到的空间曲线，主桁架弦杆空间弯曲钢管的规格为Ø450×16mm，Ø500×25mm，Ø700×35mm，均属大直径厚壁圆钢管空间弯曲。在这之前空间弯曲钢管只存在于机械设备和制造行业，如锅炉和空调等，使用比较普遍，并且截面均较小，目前还没有可以参考的大直径厚壁圆钢管空间弯曲加工的经验，因此，新技术、新工艺、新方法的发展势在必行。2）节点制作精度要求高，加工难度大钢结构罩棚花瓣外形主桁架的受力情况比较复杂，相邻花瓣以共线方式连接，形成侧向刚度传递自然闭合，且共线前，后分叉弦杆之间夹角只有7°左右，这一部位的加工制作难度尤为突出。因此，有必要对该处节点进行优化设计，对主桁架弦杆共线分叉段的节点进行调整，使其成为长圆形锥台的小角分岔节点，解决这一节点存在的难题。这种节点共14个（JD1、JD2），总重量约为85吨。3）铸钢件节点体量大，规格多，加工难度大该项目使用的铸钢件节点大约为6000吨，包括有22种类型577个节点，节点的最大外形尺寸为3389mm×3330mm×2339mm，重45吨，工程中铸钢件节点的加工是比较困难的。（本文重点介绍钢管空间弯曲和长圆形锥台小夹角分叉节点的加工技术。）（三）钢管空间弯曲加工1、空间弯曲钢管几何分析分析认为，空间弯曲钢管在几何方面的数学关系可视为：沿着空间弯曲钢管的长度方向，任意相邻的两段圆弧都不是位于同一侧面，两段圆弧所处平面有夹角，称为“二面角”。沿着空间弯曲钢管走向，二面角越大，那么，钢管空间弯曲时，其形状的复杂性也会越高。比如：某一空间弯曲钢管P，采用O面作为分界面，把钢管划分成两段圆弧，分别为OP´和OP"，两段圆弧所处表面是平面a、b、c、d以及平面A、B、C、D，两平面间有一夹角α，此夹角就是空间弯曲后钢管P的二面角。见图5.4。图5.4含一个二面角空间弯曲钢管图2、钢管空间弯曲加工1.弯曲成型加工方法选择根据钢管弯曲曲率半径（R）与钢管直径（D）的比值来选择加工方法。（1）在R/D<20时，采用中频弯为基础的热成形加工工艺。（2）R/D≥20时采用油压机（配置专用模具）逐步式模压成形的加工方式。2.二面角转换主桁架弦杆空间弯曲钢管邻近圆弧段二面角相对较小（基本上＜3°），钢管空间弯曲加工中，要想精确测出需要转动的二面角是很困难的，所以，在深化设计中，把空间弯曲钢管上需要转动的二面角度数换算成相应圆弧长度（分界面处圆弧长度）。比如，某主桁架弦杆的某一段长度为14022mm的空间弯曲钢管，沿着钢管的长度方向由六段圆弧段组成，分别为圆弧段B1-28、S115、B2-44、S116、B1-29和S117，在该空间弯曲钢管的详图设计过程中，预置圆弧段S116作为基准段，S116段两侧每个圆弧段需要转动的二面角大小，换算为相应弧长（二面角换算成相应的弧长值），见图5.5。图5.5二面角转换弧长图3.钢管空间弯曲加工（1）中频弯在钢管中进行频弯和空间弯曲的处理方法如下：首先对第一段钢管加热、弯曲，第一部分处理完成后，待弯部分钢管围绕中心线转动二面角，同时，依据加工圆弧段的半径对转臂的位置进行转换，然后对待弯圆弧段弯曲处理；以此类推完成钢管表面全部圆弧段成型，实现了设计外形。空间弯曲钢管在其长度方向的各个圆弧段的过渡要平滑。在中频弯曲加工中，加热温度在850°C~950°C之间，弯曲开始时，需要持续不断的进行，每个圆弧都要一次成型，切忌半途而废。弯曲速度的大小可以取决于所弯曲钢管的曲率半径的大小、材质及截面尺寸，在5~105～10cm/min。中频弯处理后采用强制空气冷却的方法，禁止用水进行激冷处理，加工见图5.6。（2）逐步式模压成形1）模压模具逐步式模压成形的模具是由上模及下模组成，其中上模1对、下模2对，如图5.7所示。实证表明，如果模压模具的设计不合适，钢管被强制压弯后，不但进给量大，难度大，且受压截面易产生椭圆，因此，在模压模具的设计中，将转动轴和杠杆相互作用的结构原理巧妙融合在一起，设计为天然的可调式结构。见图5.8。图5.6中频弯曲加工图图5.7模压弯曲加工图(a)进给状态(b)工作状态图5.8模压模具（下模）示意图2）逐步式模压加工在油压机中放入预制模具，依据弯曲钢管的每个圆弧的曲率半径，分别对上模要求的最大行程及下模要求设定间距进行了计算，并进行了调试，与油压机的上、下工作平台固连，再打开油压机，对钢管的各个圆弧段按照顺序弯曲，空间弯曲钢管在逐步式模压时，其各个圆弧段在长度方向的过渡要平滑。在圆弧弯曲加工过程中，要分几次进行逐渐压弯，一般分四~五次，下压量计算方法如表1所示。模具下压每次钢管进给量在500~700mm之间。表1钢管模压下压量的计算表分四次成型第一次第二次第三次第四次—H/3H/3H/6H/6—分五次成型第一次第二次第三次第四次第五次H/3H/3H/6H/12H/12注：H为压弯钢管弧长范围内的总压下量。4.拼接（1）拼接项目主桁架弦杆空间弯曲钢管的处理，需要拼接到运输的长度，由于钢管在空间上是曲线，拼接是在特制的胎架上完成的，其工序为：1）划线将地样线释放至平台，所述地样线用于放置待拼合的空间弯曲钢管，包括一条具有中心线的投影线、端面位置线、支撑胎架的模板线等，以及建立基准，将空间弯曲钢管中每个空间点坐标位置标高线分别标注于基准。2）设置胎架将地样线作为胎架安装的基准，胎架模板上口接触面的高度与待拼钢管空间点的坐标所处管壁外侧相吻合，也就是胎架模板圆心连线应是待拼空间弯曲钢管的中心线，从而可以通过观察管壁外表面和胎架接触面，判断空间弯曲钢管加工精度。同时胎架的设置也要满足拼接要求，比如操作便捷，能够承受一定的重量。3）拼接用行车把每个空间的弯曲钢管段按顺序吊在胎架上进行调节、定位和固定。在前面一根钢管被固定之后，在等待拼接下一根相邻的钢管之前，需要将待拼接的钢管压转二面角后再进行固定；这样以此类推完成所述空间弯曲钢管的拼接工作，见图5.9。图5.9空间弯曲钢管拼接图5.焊接、检测及矫正（1）焊接钢管拼接采用CO2气体保护焊方式，每条拼接焊缝由2名持证书合格的焊工同时进行对称施焊，其工艺参数如表2所示。表2焊接工艺参数表序号焊层焊丝牌号焊丝直径/mm焊接电流/A焊接电压/V焊接速度/mm/min气体流量/L/min1打底E501T-1（药芯焊丝）Ø1.2220～24025～30260～37020～252填充260～30028～34360～43024～303盖面240～28026～30280～38020～28（2）检测及矫正钢管的每一条拼接焊缝焊后，需要对其外形尺寸及各个空间点坐标进行检测复测。目前，钢管为空间曲线，通常的方法难以精确测定，尤其是每个空间点的坐标。所以，拼接空间弯曲钢管，采用“回胎复测”技术方法，判断有无超差的焊接变形，然后加以纠正，纠正的方式采用局部加热法，直到每个空间点的坐标完全吻合为止。（四）长圆形锥台小夹角分叉节点加工钢结构罩棚花瓣外形主桁架的受力情况比较复杂，相邻花瓣以共线方式连接，形成侧向刚度传递自然闭合，且共线前，后分叉弦杆之间夹角只有7°左右，如取钢管相贯，不但焊缝太长，也不能满足结构受力的要求，为此，对该处进行了节点的优化设计，主桁架弦杆共线分岔段的结点被优化成长圆形锥台的小角分岔结点，如图5.10所示。节点由半圆管与钢板组合而成，外形尺寸为5923mm×1411mm×650mm，重约6.2吨，如图5.11所示。节点（JD）节点（JD）（a）节点轴侧视图（b）节点分解图图5.10焊接节点在结构中位置图5.11焊接节点图节点工厂可以划分为各个板件加工及节点装焊两个环节，处理的整体顺序是先处理零（部）件，再进行整体装配，当节点装焊完成后，遵循先内部、再外部的一般原则，对节点的焊接变形进行了有效的控制，保证了加工精度满足设计要求，采取了以下加工方法：1、零（部）件下料、坡口构成节点钢板的下料采用数控切割方式，根据需要的加工坡口，将坡口后处理表面磨成金属本色。2、半圆管加工节点两侧半圆管截面直径Ø550×35mm，长度5617mm。保证半圆管的加工准确性，加工采用先整圆成形以及整形合格后剖为两半圆管等技术方法。3、节点装焊（1）节点组装工艺流程节点组装工艺流程见图5.12。=1\*GB3①内部（斜）劲板与梯形盖板组装=2\*GB3②椭圆端板和环形劲板组装=3\*GB3③两侧半圆弧管组装=4\*GB3④端部桁架钢管连接板装焊组装图5.12节点组装工艺流程图（2）节点焊接1）设计图对节点焊缝要求=1\*GB3①节点两侧半圆弧管与梯形盖板之间焊缝质量等级为全熔透一级；节点两边半圆弧管和梯形盖板的焊缝质量级别均为全熔透一级；=2\*GB3②椭圆端板