建筑工程钢结构制作新技术应用培训PPT（45页）

1、钢结构制作新技术应用1.大口径钢管弯制作2.碟型节点制作 3.钢管X节点制作 4.大型空间箱型截面扭曲构件制作5.铸钢构件制作 大口径钢管弯制作 沈阳奥林匹克体育中心体育场为一座可容纳六万人的大型体育场，是2008年北京奥运会的主要分赛场之一。其南北看台顶部设置了一对平行投影为梭形的空间钢网壳罩棚结构，该罩棚主体结构形式为大跨度拱桁架结合单层（管）网壳的结构体系，其主体结构相应可分为主拱、环拱及南北联系桁架三部分，其中主拱为倒三角形拱桁架，跨度达360m，为国内类似结构工程中最大跨度；环拱是由28榀弧形钢管及三道纵向系杆组成的单层网壳结构；南北联系桁架为平面管桁架。 罩棚主结构使用的材料均采用

2、大口径钢管，主拱弦杆规格为152425、142234、142225，环拱规格为132134、121825，其它结构杆件规格主要有96516、91416、50815、45715、35613。 目前国内大口径弯管机最大只能弯制800mm的钢管，对800mm以上规格钢管的弯制传统方法是采用手工火工弯曲，例如国家大剧院顶部环梁1117.626钢管的弯曲就是采用火工弯制的,其加工质量也很好,但这种工艺最大不足是工效低,只能针对少量的构件加工，显然不能满足本工程的需要。对策：曲率半径在R4.6mR20m之间的大口径钢管的弯曲成型采用中频热弯弯曲；曲率半径在R21mR50.9m之间的大口径钢管的弯曲成型采取

3、冷弯弯曲。 由于本工程钢管均为大口径钢管，经计算及工艺考虑，选用2000吨油压机作为冷弯弯曲设备。同时为配合钢管在压制过程中的移位及操作的方便，对2000吨油压机平台进行了改造。采用2000吨油压机进行钢管的弯曲，最关键的是上下压模的设计，其设计需综合考虑自身强度、待弯钢管的截面尺寸及装卸的方便性等多种因素，而下压模的布置还需要结合2000吨油压机的性能并通过试制来确定，本工程在批量弯制钢管前，通过多次试验，反复优化上下压模的设计方案，最终形成了一套功效高、独具特色的上下压模如下图所示：中频热弯弯管和冷弯弯管两种加工工艺的对比（1）.中频热弯弯曲采用中频弯管机进行热弯；冷弯弯曲是采用经过改造的

4、2000t油压机和专门设计的上、下压模进行冷加工成型。（2）.经过总结，中频热弯弯曲一般适用于曲率半径在R4.6mR20m之间的大口径钢管的弯曲成型；冷弯弯曲一般适用于曲率半径在R21mR50.9m之间的大口径钢管的弯曲成型。（3）.中频热弯弯曲由于是局部加热，成型后在加热与冷却处有较明显的凹凸；冷弯弯曲成型后，表面质量较好，无明显的痕迹。（4）.中频热弯弯曲成型后，若发现超差，较难重新弯制；冷弯弯曲可根据要求重复压制修正，成型的质量较好。（5）.中频热弯弯曲无法对同一根钢管进行两种不同半径的弯制；冷弯弯曲可以通过对压模的调整，实现对同一根钢管进行两种以上半径的弯制。（6）.中频热弯弯曲需对钢

5、管进行加热，钢管煨弯后一般采用风冷，对钢管的母材材性会造成一定的影响；冷弯弯曲由于是冷加工，对钢管的母材材性的影响较小。（7）.中频热弯弯曲需对钢管进行加热，工效较低，用电量较大；冷弯弯曲操作简单，不需对钢管进行加热，因此工效较高，用电量少。从以上对比可以看出，冷弯弯曲加工工艺优于中频热弯弯曲工艺。本工程钢管弯曲大部分采用冷弯弯曲加工工艺。碟型节点制作 CCTV主楼钢结构主要构件为重型钢柱、钢梁、斜撑与巨型转换桁架，单节钢柱最重达80t,钢柱的典型节点为碟型节点。蝶形节点由于该节点同时衔接多个方向杆件的连接，因此，蝶形节点的制作及组装精度是制作的难点。对策：制定能适合本工程结构特点的检测和划线

6、方法。（1）.钢柱应在自由状态下检测、划线，并应在钳工平台上进行；平台上表面必须进行机加工。根据钢柱长度设置平台后，平台四角水平度必须确保0.5mm，超差须严格修正。（2）.在钢柱两端各50mm处设置经机加工后等厚的方钢，在钢柱需划线的部位涂粉划线。如果钢柱放置后在L/2处有挠度且5mm，则必须先进行火工校正再进行划线。（3）.在钢柱两端宽度分中，用专用划针盘初步划线，检查初划之中心线是否与将宽度分中的四个点重合，如果不重合须校正重划。划出的中心线与宽度分中的四个点之差值尽可能相同。（4）.将钢柱吊离平台翻身后，再吊到平台上划线（不能直接倾倒在平台上），防止因冲击而引起划线平台变形；用同样方法

7、划出另一面的支撑中心线，并检查在两端面中心线是否对直。（5）.以钢柱上口为正作端，用专用划线钢带量出钢柱的理论长度，另外加放4mm端面端铣机加工余量；再以钢柱下口为正作端，用专用划线钢带和钢针划出各楼层节点板、牛腿的装焊位置线（从钢柱中心线上量取），然后安装节点板和牛腿。 蝶形牛腿节点的组装在专用钳工平台上划出结构安装线后，进行蝶形牛腿的组装和焊接。装配时严格按控制线装配，并保证牛腿垂直度要求。整体组装胎架设置要求为：（1）.按图纸理论尺寸进行胎架地面划线放样，划出钢柱中心线、端面齐口线、各牛腿中心角度线、楼层标高等水平投影线，与地面固定牢固后标记，作为钢柱定位、牛腿安装的基准线。（2）.胎架

8、模板上口水平度必须保证0.5mm，不得有明显的晃动，且必须加斜撑。组装要点如下：（1）.将钢柱本体吊上胎架，严格按胎架底线进行定位，保证定对端面齐口线、两端中心线，特别是钢柱左右两侧中心线要保证水平。（2）.按牛腿节点地面中心线安装牛腿，定对胎架地面角度中心线和左右两侧的水平度、端面垂直度以及端面齐口线，然后与钢柱本体进行定位焊接，无误后再进行牛腿节点的焊接。（3）.采用CO2气体保护焊，严格按焊接工艺要求进行对称焊接，由双数焊工分区进行焊接，采取工艺措施防止焊接变形，如图示。整体组装胎架设置 蝶形板组装与焊接 钢管X节点制作 珠江新城西塔钢结构外筒是一个不规则网筒结构，其横截面沿整个建筑高度

9、是连续变化的。主塔楼地面以上103层，高432米。塔体外框筒是结构的主要抗侧力体系，由30根锥形立柱斜交组合而成，是一个不规则网筒管状塔形钢结构，高度方向每隔27米在立柱与立柱相交处形成“X”形状的外筒节点，柱钢管截面的直径与壁厚均沿高度变化，由底部外径1800mm，壁厚50mm缩至顶部外径700mm，壁厚20mm，钢材材质为Q345GJC、Q345B，管内充填高强混凝土。 确保整体精度的前提下“化整为零，精益求精”。先将每个X形节点分解为数段立柱筒体和一块中间椭圆拉板，以加强环等小零件，然后对每个零部件各自下料、加工制作、拼装、焊前验收、焊接、焊后矫正验收，最后在精确制作的胎架上进行X节点的

10、预拼装，用三维坐标进行检查。胎架三维模型 椭圆拉板与第一根立柱与椭圆拉板在胎架上组装定位三维模型 X节点立柱与椭圆拉板在胎架上的定位三维模型 加劲板的定位组装模型 楼层牛腿定位组装模型 X节点整体焊接现场 大型空间箱型截面扭曲构件制作 国家体育场钢结构工程由24 榀门式刚架围绕着体育场内部混凝土碗状看台区旋转而成，其中22 榀拉通或基本拉通，其主次结构编织成“鸟巢”的造型，图1-1 为国家体育场钢结构工程实物全貌。钢结构屋面呈双曲面马鞍型，最高点高度为68.5m，最低点高度为40.1m；平面上呈椭圆形，长轴为332.3m、短轴为297.3；屋盖中部的开口内环呈椭圆型，长轴为185.3m，短轴为

11、127.5m；大跨度屋盖支撑在24 根桁架柱之上，柱距为38.0m。构件截面均为箱型截面，上弦杆截面基本为1000mm1000mm，下弦杆截面基本为800mm800mm，腹杆截面基本为600mm600mm。竖向由24 根组合钢结构柱支撑，每根组合钢结构柱由两根1200mm1200mm 箱型外柱和一根菱形内柱组成。立面次结构截面基本为1200mm1000mm，顶面次结构截面基本为1000mm1000mm。 针对箱型弯扭构件及微扭节点这一现状，成立课题组对箱型弯扭构件及微扭节点制作技术及应用进行专题研究。兼于其制作风险巨大、工期紧张的特点，研究时坚持两条腿走路：一是根据浙江精工加工厂特点进行弯扭板

12、件的无模成型综合技术研究，二是根据江苏沪宁加工厂特点进行弯扭板的三辊卷板成形技术研究。最终总结出国家体育场钢结构工程箱型弯扭制作成套技术。 多点无模成形工艺弯扭板件多点无模成形原理则是将传统的整体模具离散成一系列规则排列、高度可调的基本体（即冲头），通过对各基本体运动的实时控制，自由地构造出成形面，实现板材的三维曲面成形。 （a）成型开始 （b）成型过程中 （c）成型结束三辊卷板成形工艺板材在三辊卷板机中轧弯 轧弯后的板材送入油压机整形弯扭构件的组装 铸钢构件制作 深圳大运中心主体育馆铸钢件共144件大运会体育馆节点介绍体育馆节点种类（1）ZG1（单重6.95吨 共16件） ZG2（单重6.4

13、5吨 共16件） ZG3（单重4.55吨 共16件） ZG6（单重8.9吨 共16件） ZG7（单重7.89吨 共16件） ZG5（单重23.5吨 共16件） 体育馆节点种类（2） 支座(单套重9.95吨 共16套) ZG8 对接接头（单重4.35吨 共16件） 铸钢节点的制作铸钢节点的制作是集计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助测量(CAM)及先进的铸造凝固模拟分析技术（CAE）为一体的具有较高科技含量的铸造产品。铸钢节点的制作大体分为三个过程： 设计分析过程 铸造生产过程 质量检验过程铸钢节点制作工艺流程图设计分析过程计算机凝固模拟分析 凝固模拟是以铸件充型过程、凝固过程数值模拟技术为核心对铸件进行铸造工艺分析。它可以完成铸件的凝固分析、流动分析以及流动和传热耦合计算分析。确定铸钢件的浇注温度、浇注速度、浇注时间、钢水需求量、砂型中冷却时间等工艺参数，同时预测铸件缩孔和