钢结构施工课件

6.3.1钢构件加工工艺6.3.2钢结构的拼装与连接6.3.3钢结构工程案例6.3.4轻型钢结构的施工第六章钢结构施工6.3.1钢构件加工工艺第六章钢结构施工2

6.3.1钢构件加工工艺

6.1钢构件加工工艺26.3.1钢构件加工工艺6.1钢构件加工工艺3

钢结构工程是以钢铁为基材，经过机械加工组装而成的结构。具有强度高、结构轻、施工周期短和精度高等特点。在建筑、桥梁等土木工程中被广泛采用。前言前言3钢结构工程是以钢铁为基材，经过机械加工组4

钢结构工程施工包括：钢结构的加工、拼装与连接、结构安装等几部分。钢结构工程施工4钢结构工程施工包括：钢结构工程施工5

钢构件制作的工艺流程：放样、号料和切割矫正和成型边缘和节点加工制孔和组装构件验收与拼装涂装和编号表面处理焊接和焊接检验钢构件制作的工艺流程5钢构件制作的工艺流程：放样、号料和切割矫6

（1）放样

放样是根据产品施工详图或零、部件图样要求的形状和尺寸，按1:1的比例把产品或零、部件的实形画在放样台或平板上，求取实长并制成样板的过程。

6.3.1.1钢构件的放样、号料与下料一块大的足尺放样地坪，用于对复杂钢构件的放样，供设计人员检查。注：钢尺端部用弹簧拉力计拉紧。钢构件的放样、号料与下料6（1）放样6.3.1.1钢构件的放样、号料与下料7

对比较复杂的壳体零、部件，需要作图展开。计算机辅助放样计算机辅助放样7对比较复杂的壳体零、部件，需要作图展开。计计算机辅助8

（2）号料

号料是根据样板，在钢材上画出构件的实样，并打上各种加工记号，为钢材的切割下料作准备。

6.3.1.1钢构件的放样、号料与下料号料8（2）号料6.3.1.1钢构件的放样、号料与下9

（3）下料是将放样和号料的零件形状从原材料上进行切割分离。

6.3.1.1钢构件的放样、号料与下料下料9（3）下料6.3.1.1钢构件的放样、号料与下10

机械切割速度快、效率高。①剪切法：切口粗糙；②锯割法：精度较好。

常用的切割方法常用的切割方法10机械切割常用的切割方法常用的切割方法11

气割设备灵活、费用低廉、精度高。

常用的切割方法（2）半自动气割机（1）特型气割机气割11气割常用的切割方法（2）半自动气割机（1）特型气割机12

（3）自动气割机上图为由计算机控制，自动气割成型的相惯线切口。自动气割机12（3）自动气割机上图为由计算机控制，自动13

等离子切割

利用高温高速的等离子焰流将切口处金属及其氧化物熔化并吹掉来完成切割。

能切割任何金属，特别是熔点较高的不锈钢及有色金属铝、铜等。

等离子切割13等离子切割利用高温高速的等离激光加工三菱电机激光加工机亮点设备，国际一流！-------南京工程学院激光加工三菱电机激光加工机亮点设备，国际一流！-------三菱电机激光加工机的产品---恐龙模型三菱电机激光加工机的产品---恐龙模型16

（1）矫正矫正的形式——矫直、矫平、矫形三种。6.3.1.2钢构件的加工

矫正的方法——火焰矫正、机械矫正和手工矫正等。钢构件的加工16（1）矫正6.3.1.2钢构件的加工17

a.火焰矫正利用火焰对钢材进行局部加热，被加热处理的金属由于膨胀受阻而产生压缩塑性变形，使较长的金属纤维冷却后缩短而完成的。火焰矫正加热温度——对低碳钢和普通低合金结构钢构件为600℃~800℃。

火焰矫正17a.火焰矫正火焰矫正18

b.机械矫正通过专用矫正机使弯曲的钢材在外力作用下产生过量的塑性变形，以达到平直的目的。

常用的方法有：拉伸机矫正、压力机矫正、多辊矫正机矫正。机械矫正18b.机械矫正常用的方法有：机械矫正19

c.手工矫正采用锤击的方法，操作简单灵活。

因手工矫正矫正力小、劳动强度大、效率低，常用于矫正尺寸较小的钢材。手工矫正

19c.手工矫正手工矫正

20

（2）成形钢材的成形——指钢板卷曲和型钢弯曲。钢板卷曲-----是通过旋转辊轴对板料进行连续三点弯曲所形成的。6.3.1.2钢构件的加工钢板卷曲分预弯、对中和卷曲三个过程。成形

20（2）成形6.3.1.2钢构件的加工钢板卷曲分预21

a.钢板预弯通过预弯消除两端剩余直边。b.钢板对中使板料的纵向中心线与滚筒轴线保持严格的平行，防止产生歪扭。c.钢板卷曲板料位置对中后，一般采用多次进给法卷曲。a）圆柱面卷曲；b）圆锥面卷曲；c）任意柱面卷曲成形步骤21a.钢板预弯a）圆柱面卷曲；b）圆锥面卷曲；c）任意22

钢材的成形——指钢板卷曲和型钢弯曲。型钢弯曲-----因型钢截面重心线往往与力的作用线不在同一平面上，同时型钢除受弯曲力矩外还受扭矩的作用，所以型钢断面会产生畸变——弯曲。曲率半径较大，一般采用冷弯；曲率半径较小，一般采用热弯。6.3.1.2钢构件的加工成形方法22钢材的成形——指钢板卷曲和型钢弯曲。6.3.1.223

钢管弯曲时因外侧管壁会减薄，内侧管壁会增厚，故常采用以下的弯制方法：——管中加填充物（装砂或弹簧）；——用滚轮和滑槽压在管材外面；——用芯棒穿入管材内部。钢管弯曲钢管弯曲23钢管弯曲时因外侧管壁会减薄，内侧管壁会24

（3）边缘加工作用——为了保证钢结构受力性能良好，避免构件边缘的毛刺产生应力集中。要求——刨切量不应小于2.0mm。需加工的部位：①吊车梁翼缘板、支座支承面等图纸有要求的加工面；②焊缝坡面；③尺寸要求严格的加劲板、隔板、腹板和有孔眼的节点板等。6.3.1.2钢构件的加工铣削加工

自动刨边机

边缘加工24（3）边缘加工6.3.1.2钢构件的加工铣削加工25

（4）焊接空心球加工将加热到800℃～900℃的钢板放置于专用模具中，并以2000～3000kN的压力制成半球；用制动气割切去多余的边缘，再用车床车出坡口；将两个半球在专用胎具上调整好直径、椭圆度、错口、间隙，最后用环焊缝把两个半球焊成整个钢球。焊接空心球加工25（4）焊接空心球加工焊接空心球加工26

（5）制孔方法1——钻孔可用于任何规格的钢板、型钢的孔加工。钻孔在钻床上进行，可用电钻、风钻等加工。计算机放出样板螺栓孔位数控钻床群钻成孔制孔

26（5）制孔计算机放出样板螺栓孔位数控钻床群钻成孔制27

（5）制孔方法2——冲孔

在冲孔机（冲床）上进行，一般只能在较薄的钢板和型钢上冲孔，孔径一般不小于钢材的厚度。强力式液压冲孔机25吨数控冲床

冲孔27（5）制孔强力式液压冲孔机25吨数控冲床冲孔28

（1）施工单位对首次采用的钢材、焊接材料、焊接方法、焊后热处理等，应按国家现行的《建筑钢结构焊接规程》和《钢制压力容器焊接工艺评定》的规定进行焊接工艺评定，并确定出焊接工艺。以保证焊接接头的力学性能达到设计要求。

（2）焊工要经过考试并取得合格证后方可从事焊接工作，焊工应遵守焊接工艺，不得自由施焊及在焊道外的母材上引弧。

（3）所使用的焊丝、焊条、焊钉、焊剂应符合规范要求。

（4）安装定位焊缝焊点数量、高度、长度需考虑工地安装的特点要求，通过计算确定。（6）焊接基本要求：焊接28（1）施工单位对首次采用的钢材、焊接材料、焊接方法、焊29

常用的焊接方法：手工焊、埋弧自动焊、埋弧半自动焊及二氧化碳气体保护焊。常用的焊接方法29常用的焊接方法：常用的焊接方法30

焊接施工：1、焊接接头

电弧焊通常分为熔化接头和电渣焊接头两大类。熔化接头①对接接头②角接接头③T形接头④搭接接头焊接施工30焊接施工：熔化接头①对接接头②角接接头③T形接头④搭31

电渣焊接头：电渣焊接头31电渣焊接头：电渣焊接头32

2、焊缝形式平焊缝横焊缝立焊缝仰焊缝按施焊的空间位置通常分为：焊缝形式322、焊缝形式平焊缝横焊缝立焊缝仰焊缝按施焊的空间位置通33

b.按结合形式通常分为：对接焊缝角焊缝塞焊缝按结合形式33b.按结合形式通常分为：对接焊缝角焊缝塞焊缝按结合形34

3、焊接工艺参数a.焊条直径焊条直径主要与焊件厚度、接头形式、焊缝位置和焊接层次等有关。一般可按焊件的厚度进行选择：

焊件厚度(mm)

≤2

3～4

5～12

＞12

焊条直径(mm)

2

3.2

4～5

≥15

焊接工艺参数343、焊接工艺参数a.焊条直径焊件厚度(mm)≤235

b.焊接电流焊接电流的确定与焊条的类型、直径、焊件厚度、接头形式、焊缝位置等因素有关，在一般钢结构焊接中，可根据电流大小与焊条直径的关系按经验公式进行平焊试选：I＝10d2

式中：I——焊接电流(A)；d——焊条直径(mm)。当采用立焊时，焊接电流则比平焊焊接电流减小15％～20％，而采用横焊和仰焊焊接电流则应比平焊焊接电流减小l0％～15％。直流电焊机焊接电流

35b.焊接电流直流电焊机焊接电流

36

c.电弧电压根据电源特性，由焊接电流决定相应的电弧电压。电弧长则电弧电压高，电弧短则电弧电压低。通常要求电弧长度小于或等于焊条直径，即短弧焊。在使用酸性焊条焊接时，为了预热部位或降低熔池温度，有时也将电弧稍微拉长进行焊接，即所谓的长弧焊。

电弧电压36c.电弧电压电弧电压37

d.焊接层数焊接层数应视焊件的厚度而定。除薄板外，一般都采用多层焊。焊接层数过少，每层焊缝的厚度过大，对焊缝金属的塑性有不利的影响。施工中每层焊缝的厚度不应大于4~5mm。

焊接层数37d.焊接层数焊接层数38

e.电源种类及极性直流电源由于电弧稳定，飞溅小，焊接质量好，通常用在重要的焊接结构或厚板大刚度结构上。其他情况下，应首先考虑交流电焊机。根据焊条的形式和焊接特点的不同，利用电弧中的阳极温度比阴极高的特点，选用不同的极性来焊接各种不同的构件。用碱性焊条或焊接薄板时，采用直流反接(工件接负极)；而用酸性焊条时，通常采用正接(工件接正极)。

交流电焊机电源种类及极性38e.电源种类及极性交流电焊机电源种类及极性39

4、焊接前准备

坡口制备、预焊部位清理、焊条烘干、预热、预变形及高强度钢切割表面探伤等。

焊接前准备394、焊接前准备坡口制备、预焊部位清理、40

5、引弧

碰击法——将焊条垂直于工件进行碰击，然后迅速保持一定距离；

划擦法——将焊条端头轻轻划过工件，然后保持一定距离。

引弧

405、引弧碰击法——将焊条垂直于工件进行碰击，然41

6、运条方法（1）沿其中心线向下送进：焊条被电弧熔化变短，为保持弧长，须使焊条沿其中心线向下送进，以防止断弧。（2）沿焊缝方向移动：为形成线形焊缝，焊条要沿焊缝方向移动，移动速度应适当。（3）横向摆动：为了获得一定宽度的焊缝，焊条必须横向摆动。运条方法

416、运条方法（1）沿其中心线向下送进：焊条被42

7、完工后处理及检查

焊接结束后的焊缝及两侧，应彻底清除飞溅物、焊渣和焊瘤等。并由专职的检查人员对焊缝进行焊接质量检查。图为用超声波对box柱的焊缝进行探伤检查完工后处理及检查427、完工后处理及检查焊接结束后的焊缝及两侧43

（7）表面处理、涂装和编号

1）表面处理是针对使用高强度螺栓连接时接触面的钢材表面进行加工，即采用砂轮、喷砂、喷丸等方法对摩擦面的飞边、毛刺、焊疤等进行打磨，使其接触处表面的抗滑移系数达到设计要求额定值，一般为0.45～0.55。

砂轮表面处理、涂装和编号43（7）表面处理、涂装和编号1）表面处理是44

抛丸前抛丸后钢丸抛丸44抛丸前抛丸后钢丸抛丸45

2）涂装是在钢材表面涂刷防护涂层，防止钢材锈蚀。选用的涂料、涂装遍数、涂层厚度均应满足设计要求，通常宜涂装4～5遍；规范：涂层干漆膜总厚度：室外为150μm，室内为125μm，其允许偏差-25μm。涂装452）涂装是在钢材表面涂刷防护涂层，防止钢材锈蚀。46

测厚仪检测检测46测厚仪检测检测47

涂装漆膜测厚仪，其黄铜片为用于标定厚度的标准片涂装漆膜测厚仪47涂装漆膜测厚仪，其黄铜片为用于标定厚度的标48

3）为了现场安装方便，在构件组装成型之后，用油漆在明显之处按施工图标注构件的编号。另外，为了方便运输和安装，对重大构件还要标明重量和起吊位置。编号483）为了现场安装方便，在构件组装成型之后，用油漆在明显49

6.3.2钢结构的拼装与连接

6.3.2.1工厂拼装6.2钢结构的拼装与连接496.3.2钢结构的拼装与连接6.3.2.1工厂50

由于受运输、吊装等条件的限制，有时构件要分成两段或若干段出厂，为了保证安装的顺利进行，应根据构件或结构的复杂程度和设计要求，在出厂前进行预拼装。

梁柱节点小组拼梁柱节点大组拼出厂前进行预拼装50由于受运输、吊装等条件的限制，有时构件要分成两51

国家大剧院壳体钢结构

东莞华盈网架钢结构工厂国家大剧院壳体钢结构51国家大剧院壳体钢结构东莞华盈网架钢结构工厂国家大剧院52

6.3.2.2.1普通螺栓普通螺栓常用的有六角螺栓、双头螺栓和地脚螺栓等。（1）六角螺栓按制造质量和产品等级则分为A、B、C三级：A级——精制螺栓；B级——半精制螺栓；

C级——粗制螺栓。

6.3.2.2螺栓连接（P192）六角螺栓大六角头小六角头螺栓连接526.3.2.2.1普通螺栓6.3.2.2螺栓53

（2）双头螺栓（螺柱）用于连接厚板和不便使用六角螺栓连接的地方，如混凝土屋架、屋面梁悬挂单轨梁吊挂件等。（3）地脚螺栓分为普通地脚螺栓、直角地脚螺栓、锤头螺栓和锚固地脚螺栓。

双头螺栓地脚螺栓双头、地角螺栓53（2）双头螺栓（螺柱）双头螺栓地脚螺栓双头、地角螺栓54

地脚螺栓的固定方式（1）直接预埋（3）钻孔中锚固（2）特制模箱（锚固板）预埋固定地脚螺栓的固定方式

54地脚螺栓的固定方式（1）直接预埋（3）钻孔中锚固（2）55

地脚螺栓55地脚螺栓56

地脚螺栓固定钢柱照片

地脚螺栓预埋照片地脚螺栓浇注成形后56地脚螺栓固定钢柱照片地脚螺栓预埋照片地脚螺栓浇注成形57

施工（1）连接要求①螺栓头和螺母的下面应放置平垫圈。螺母下不应多于2个，螺栓头下不应多于1个；②倾斜面上（槽钢、工字钢翼缘处）的螺栓连接，应放置斜垫片垫平，避免紧固螺栓时螺杆受到弯曲力；③动荷载或重要部位的螺栓，应放置弹簧垫圈；④螺栓伸出螺母的长度应不小于两个完整螺纹的长度。

施工

57施工施工

58

（2）长度选择连接螺栓的长度计算：

L=δ+H+nh+C

式中δ——连接板约束厚度（mm）；H——螺母的高度（mm）h——垫圈的厚度（mm）；n——垫圈的个数（个）C——螺杆的余长（5~10mm）

连接螺栓的长度计算58（2）长度选择连接螺栓的长度计算59

（3）紧固轴力螺栓紧固必须从中心开始，对称施拧；紧固轴力应符合设计要求（采用锤敲或用力矩扳手检验）；要求螺栓不颤头和偏移，拧紧程度用塞尺检验。对接表面高差（不平度）不应超过0.5mm。紧固轴力59（3）紧固轴力紧固轴力60

梁与梁节点连接照片

梁与梁节点连接60梁与梁节点连接照片梁与梁节点连接61

6.3.2.2.2高强度螺栓按照受力状况主要分为摩擦型和承压型连接两种。1．高强度六角头螺栓高强度大六角头螺栓为粗牙普通螺纹，分为8.8S和10.9S两种等级。一个连接副为一个螺栓、一个螺母和两个垫圈。高强度螺栓连接副应同批制造，保证扭矩系数稳定。高强度大六角头螺栓高强度螺栓

616.3.2.2.2高强度螺栓高强度大六角头螺栓62

2．扭剪型高强度螺栓扭剪型高强度螺栓连接副为一个螺栓、一个螺母和一个垫圈。它适用于摩擦型连接的钢结构。复验螺栓连接副的预拉力平均值和标准差应符合下表要求。扭剪型高强度螺栓螺栓直径（mm）

16

20

22

24

紧固预拉力的平均值（kN）

99~120

154~186

191~231

222~270

标准差σp

10.1

15.7

19.5

22.7

扭剪型高强度螺栓622．扭剪型高强度螺栓扭剪型高强度螺栓螺栓直径63

3．高强度螺栓的施工（1）施工的机具①手动扭矩扳手常用的有指针式、音响式和扭剪型三种。②电动扳手适用于大六角头高强度螺栓施工的初拧、终拧；扭剪型电动扳手——用于扭剪型高度螺栓终拧紧固。

a）指针式；b）音响式；c）扭剪型1—千分表；2—扳手；3—主刻度；4—副刻度手动扭矩扳手扭剪型电动扳手电动扳手高强度螺栓的施工指针式手动扭矩扳手633．高强度螺栓的施工a）指针式；b）音响式；c）扭剪64

对大型节点应分为初拧、复拧和终拧三步进行，增加复拧是为了减少初拧后过大的螺栓预拉力损失，施工时应从螺栓群中央顺序向外拧，即从节点中刚度大的中央按顺序向不受约束的边缘施拧，防止连接板变形并保证被连接板叠紧密贴，同时，当天安装的螺栓，要在当天终拧完毕。（2）工艺流程（见右图）与注意事项工艺流程64对大型节点应分为初拧、复拧和终拧三步进行，增加65

（3）扭剪型高强度螺栓初拧扭矩计算：

——初拧扭矩(N•m)；——施工预拉力(kN)；——高强度螺栓螺纹直径(mm)。式中：高强度螺栓连接副施工预拉力标准值（kN）螺栓的性能等级

螺栓公称直径（mm）

M16

M20

M22

M24

M27

M30

8.8s

75

120

150

170

225

275

10.9s

110

170

210

250

320

390

初拧扭矩计算65（3）扭剪型高强度螺栓初拧扭矩计算：——初拧扭矩(N66

扭剪型高强度螺栓连接副没有终拧扭矩规定，其终拧是采用专用扳手拧掉螺栓尾部梅花头(用以判断高强螺栓是否起到作用)。若个别部位的螺栓无法使用专用扳手，则按直径相同的高强度大六角头螺栓采用扭矩法施拧，扭矩系数取0.13。终拧66扭剪型高强度螺栓连接副没有终拧扭矩规定，其终拧67

（4）高强度大六角头螺栓的初拧扭矩宜为终拧扭矩的50％，终拧扭矩按下列公式计算：扭矩系数；——终拧扭矩(N•m)；——施工预拉力(kN)；——高强度螺栓螺纹直径(mm)。式中：——终拧扭矩按计算67（4）高强度大六角头螺栓的初拧扭矩宜为终拧扭矩的50％68

注意事项：高强度大六角头螺栓施拧用的扭矩扳手，通常采用电动扭矩扳手或手动扭矩扳手，检查用扭矩扳手多采用手动指针式扭矩扳手或带百分表的扭矩扳手。扭矩扳手在班前和班后均应进行扭矩校正，施拧用扳手的扭矩精度误差不大于5％，检查用扭矩扳手其精度误差应不大于3％。

（4）高强度大六角头螺栓的施拧注意事项68注意事项：（4）高强度大六角头螺栓的施拧注意事项69

4．高强度螺栓终拧后的检查扭剪型高强度螺栓可采用目测法检查螺栓尾部梅花头是否拧掉；高强度大六角头螺栓可采用“小锤敲击法”逐个进行检查，其方法是用手指紧按住螺母的一个边，用0.3～0.5kg重的小锤敲击螺母相对应的另一边，如手指感到轻微颤动即为合格，颤动较大即为欠拧或漏拧，完全不颤动即为超拧。此外还应在终拧1h后、24h内进行扭矩抽查。扭矩抽查的方法是：先在螺母与螺杆的相对应位置划一细直线，然后将螺母退回约60°左右，再拧至原位(即与该细直线重合)时测定扭矩，该扭矩与施工扭矩值的偏差在10％范围以内即为合格。终拧后的检查694．高强度螺栓终拧后的检查终拧后的检查70

6.3.3钢结构工程案例1（国家体育馆视频介绍）6.3钢结构工程案例706.3.3钢结构工程案例1（国家体育馆视频介绍）6国家体育馆全景国家体育馆全景国家体育馆型钢骨架制作难点及工艺措施

国家体育馆位于北京市朝阳区北辰西路奥林匹克公园B区。是2008年奥运会三大主要比赛场馆之一，总建筑面积80976米2，跨度114米。主体结构采用了型钢混凝土框架—剪力墙—钢支撑受力体系，钢结构总量：3347吨，主要包括：截面形式为十字形、王字形、加劲工字形的型钢砼柱78根,带剪力钉的H型钢砼梁332根，以H型钢为主的人字形或剪刀形钢支撑135组。所用材质及规格为Q345C－20mm/30mm、Q345CZ15－40mm。

主体型钢骨架结构分比赛馆和热身馆两部分，北侧热身馆屋檐标高22.940~28.220米，比赛馆主体北侧屋檐标高28.220米，南侧屋檐标高33.620米，中间最高点标高37.133米。国家体育馆型钢骨架制作难点及工艺措施73

一、主要技术特点、难点

1、影响构件几何尺寸的因素多，变形不易控制。

由于构件断面有十字形、王字形、增加六道纵筋的工字形等多种形式，而且节点位置均为全熔透焊缝，焊接填充量大，环境温度低，影响构件几何尺寸的因素多，所以构件变形不易控制。主要技术特点、难点73

一、主要技术特点、难点主要技术特点、难点74

2、牛腿部位全熔透一级焊缝多，结构复杂、施焊空间小，焊接难度。

牛腿部位74

2、牛腿部位全熔透一级焊缝多，结构复杂、施焊空间小，75

3、柱身长，截面小，分段后现场安装精度高。

由于每根钢柱长达42米，考虑到运输、安装条件，将钢柱分别在1.190米、17.500米标高处分3节（热身馆部分分2节）在工厂制作，安装现场焊接。由于节与节之间的接触面积较小，故对分节后柱端部的加工精度要求极高。

安装精度高753、柱身长，截面小，分段后现场安装精度高。安装精度高76

4、型钢骨架钢柱、钢梁、斜支撑相互连接方位多，构件长度、重量较大，预拼装难度大。预拼装难度大764、型钢骨架钢柱、钢梁、斜支撑相互连接方位多，构件长度77

二、采取的工艺措施

1、从预留焊接收缩余量、控制装配误差、调整焊接顺序、采用工艺支撑和焊后矫正五方面控制构件变形，保证构件几何尺寸符合要求。

①构件在下料和装配时考虑钢材在负温度下产生的自然收缩变形量和焊接收缩变形量相协调，严格控制装配尺寸误差。

②劲性柱、梁的主体长直焊缝采用埋弧焊船位焊接，采用对称焊的顺序进行焊接。先分别焊成工字型、T型（见图1、2），再将工字型、T型（或纵筋）组焊成十字型（见图3）。箱型和变截面H形的牛腿按由里往外扩展的顺序组焊。

③十字型柱每隔1米处用Φ25mm的圆钢或a=25mm的方钢做工艺支撑，先按图4所示做工艺支撑进行1、2侧焊缝，后按图5所示做工艺支撑焊3、4侧焊缝。焊接完成后去除工艺支撑。采取的工艺措施

77二、采取的工艺措施采取的工艺措施

78

④对焊后残余变形进行火焰矫正。火焰矫正78④对焊后残余变形进行火焰矫正。火焰矫正79

7980

2、变换坡口形式，改善施焊条件。针对牛腿部位焊接空间较小，焊缝等级要求高的情况，将双面坡口改为单面加垫板的焊接坡口形式，减小了碳弧气刨清根的难度，改善了焊接条件，保证焊缝的全熔透质量等级。变换坡口形式80

2、变换坡口形式，改善施焊条件。变换坡口形式81

3、制定了详细有效的端铣方案。

①每节柱分3节出厂，把柱与柱、钢梁、斜支撑整的连接尺寸作为检查控制的要点。

②在制作工艺上采取了1节柱骨架的上平面、2节柱骨架的上下平面、3节柱骨架的下平面进行端铣加工。

③对每节柱骨架的断面尺寸进行记录，制作中进行对应控制，保证对接的错边量不超标。

④型钢骨架组焊完经检验合格后修矫焊接变形，待焊接变形矫正合格后，用半自动切割机切割齐尺。

⑤齐尺时，留5~6mm的加工余量，并在距图纸柱顶标高要求50mm处用画针在四个面画检查线，并画铣削加工线，此画线工作必须在测量好的水平胎架上进行，以保证其精确度。

端铣方案813、制定了详细有效的端铣方案。端铣方案82

⑥将画好线的型钢骨架放在经超平不平度不大于2mm的端铣机滚道和胎架上，用导链索紧至少两处后检查其紧固情况符合要求后进行铣削加工。

⑦对于一个工位不能加工完成的钢柱，可采用两个工位进行加工，变换工位时必须进行严格找正，确保接刀处不平度不大于1mm。

⑧端铣加工后，以端铣面为基准进行牛腿组焊。82

⑥将画好线的型钢骨架放在经超平不平度不大于2m83

4、编制较详细的预拼装方案。

为保证柱与柱、钢梁、斜支撑整体的连接尺寸，构件出厂前要进行预拼装。

①以轴线为基准放出本单元预拼装构件的外轮廓线及轴线，钢柱、梁、支撑位置分别设3个支点，支点位置应在距柱顶、底500mm处及牛腿处，梁、支撑两端集中间处。

②支撑应用不小于H250x250x9x14的工字钢，长度不小于400mm。

③用水准仪检测所有支点的水平度，确保所有支点在同一水平面上。如不在同一平面内可在支点下加钢垫板。

④将所有预拼装构件摆放在其应在位置上，待尺寸检验合格后，检验各连接节点的连接形式。

预拼装方案83

4、编制较详细的预拼装方案。预拼装方案84

⑤若有连接板与梁和牛腿连接出现孔距错位，不能保证连接螺栓顺利通过，用磁力钻进行扩孔，扩孔后的直径不能大于1.2倍的螺栓直径。

⑥个别孔距错位大于以上要求时，要采用E5016、E5015焊条或ER50-3二保焊丝堵孔，再重新钻孔，直到螺栓能自由的穿入螺栓孔。84⑤若有连接板与梁和牛腿连接出现孔距错位，不能保证连接螺85

5、采用Ar+CO2的氧化性混合气体保护焊。

采用了Ar+5％CO2的混合气体保护焊进行牛腿部位全熔透焊缝焊接，提高了电弧稳定性，减少了焊接飞溅，改善了焊缝成形及内在质量，提高了全熔透焊缝一次合格率。6、采用美国Tekla公司先进的钢结构详图设计软TeklaStructures进行详图设计。

在公司质量管理体系有效运行的基础上，通过以上工艺措施的实施，使该工程的施工质量得到了控制和保证。主体结构78根型钢砼柱、332根型钢砼梁、135组钢支撑焊接质量完全达到规范要求，构件一次交验合格率达95%以上，最终合格率达100%。安装现场高强螺栓的一次穿孔率达99%以上，现场安装非常顺利。监理单位和业主单位对工程质量给予很高的评价，并获中国建筑金属结构协会“钢结构金奖”，创造了奥运优质工程。855、采用Ar+CO2的氧化性混合气体保护焊。国家体育场位于北京奥林匹克公园中心区南部，为2008年第29届奥林匹克运动会的主体育场。工程总占地面积21公顷，建筑面积258,000m2。场内观众坐席约为91000个，其中临时坐席约11000个。奥运会、残奥会开闭幕式、田径比赛及足球比赛决赛在这里举行。奥运会后这里将成为文化体育、健身购物、餐饮娱乐、旅游展览等综合性的大型场所，并成为具有地标性的体育建筑和奥运遗产。国家体育场工程为特级体育建筑，主体结构设计使用年限100年，耐火等级为一级,抗震设防烈度8度,地下工程防水等级1级。工程主体建筑呈空间马鞍椭圆形，南北长333米、东西宽294米的，高69米。主体钢结构形成整体的巨型空间马鞍形钢桁架编织式“鸟巢”结构,钢结构总用钢量为4.2万吨，混凝土看台分为上、中、下三层，看台混凝土结构为地下1层，地上7层的钢筋混凝土框架-剪力墙结构体系。6.3.3钢结构工程案例2（国家体育场）国家体育场位于北京奥林匹克公园中心区南部，为在设计与施工方面存在很多特点及难点1、构件体型大，单体重量重作为屋盖结构的主要承重构件，桁架柱最大断面达25m×20m，高度达67m，单榀最重达500吨。而主桁架高度12m，双榀贯通最大跨度145.577+112.788m，不贯通桁架最大跨度102.391m，桁架柱与主桁架体型大、单体重量重。2、节点复杂由于本工程中的构件均为箱型断面杆件，所以，无论是主结构之间，还是主次结构之间，都存在多根杆件空间汇交现象。加之次结构复杂多变、规律性少，造成主结构的节点构造相当复杂，节点类型多样，制作、安装精度要求高。3、工期紧本工程量大，但安装工期相当短，工程于2003年12月24日开工，2008年6月28日竣工。工期紧,与土建施工交叉作业,平面场地紧张.4、焊接量大本工程工地连接为焊接吊装分段多，现场焊缝长度长，加之厚板焊接、高强钢焊接、铸钢件焊接等居多，造成现场焊接工作量相当大，难度高，高空焊接仰焊多。5、冬雨季施工本工程主结构吊装时间跨越冬季和春节，所以存在冬雨季施工，施工难度较大。在设计与施工方面存在很多特点及难点1、构件体型大，单体重量工程建设过程中的难点：1、工程组织难度大主结构吊装时，土建施工还未结束，现场组装正在大面积开展，故存在多方施工交叉作业现象。加之，现场场地狭小，施工场地布置、构件运输及大型吊机行走路线等受到很大限制。同时，本工程结构复杂，各吊装分段之间相互关联，必须按一定顺序进行组装、吊装，否则将出现窝工现象。各施工方需合理协调、统筹管理，工程组织难度大。2、构件翻身、吊装难度大为降低组装难度，本工程中的桁架柱将采用卧拼法，主桁架将采用平拼法（内圈主桁架立拼除外），故拼装结束后、吊装前必须进行翻身工作。由于构件体型较大，重量重，翻身时吊点的设置和吊耳的选择难度较大，特别是桁架柱的翻身，吊耳在翻身和吊装时的受力有所变化，需考虑三向受力。同时，翻身过程中的稳定性比较难控制。由于桁架柱和主桁架的分段口均为箱型断面，分段吊装时存在多个管口对接的问题，对于箱型断面，要保证多个管口的对口精度，难度巨大。起吊时，必须调整好分段构件的角度和方位，而对于体型大、重量重的构件，角度调节相当困难，吊装难度大。

工程建设过程中的难点：3、高空构件的稳定难度大由于本工程采用散装法（即分段吊装法），分段吊装时，高空构件的风载较大，在分段未连成整体或结构未形成整体之前，稳定性较差，特别是桁架柱的上段和分段主桁架的稳定性较差，必须采用合理的吊装顺序（尽量首尾相接、分块吊装）和侧向稳定措施（如拉锚、缆风绳等）。4、焊接难度大本工程中既有薄板焊接，又有厚板焊接，既有平焊、立焊，又有仰焊，既有高强钢的焊接，又有铸钢件的焊接，焊接工作量大。薄板焊接变形大，厚板焊接熔敷量大，温度控制和劳动强度要求高。而高空焊接、冬雨季焊接的防风雨防低温措施更使得焊接难度增大。5、安装精度控制难由于施工过程中结构本身因自重和温度变化均会产生变形，而且支撑胎架在荷载作用下也会产生变形，加之，结构形体复杂，均为箱型断面构件，位置和方向性均极强，安装精度受现场环境、温度变化等多方面的影响，安装精度极难控制，施工难度大。施工时必须采取必要的措施，提前考虑好如何对安装误差进行调整和消除，如何进行测量和监控，使变形在受控状态下完成，以保证整体造型和施工质量。6、质量要求高，施工难度大本工程无论是外观质量，如外形尺寸、焊缝外观，还是内在质量，如焊缝质量等级、焊接残余应力消除等，都要求相当高，而现场施工条件差。同时，对于大跨度空间结构，温度变形和温度应力较大，为此，设计确定了分块合拢和合拢温度，操作难度大。3、高空构件的稳定难度大※相关视频欣赏※鸟巢夜景效果鸟巢施工概况鸟巢施工情况1鸟巢施工情况2鸟巢卸载动画※相关视频欣赏※鸟巢夜景效果6.3.3钢结构工程案例3（国家会议中心—奥运击剑馆）1、2007-2008年，郭昊东带领他的“郭昊东施工队”承担了奥林匹克公园中心四大主场馆之一的国家会议中心东、北、南三面玻璃幕墙的施工工程并勇于攻克技术难关圆满完成任务；2、2008年5月，郭昊东带领彭阳26名农民工志愿者赴四川抗震救灾，成为“从奥运建设工地来的农民工代表”；3、2009年10月1日，代表全国2.6亿农民工，郭昊东登上国庆花车游行，成为新中国成立60年以来，第一次出现在国庆大典上的农民工身影。

6.3.3钢结构工程案例3（国家会议中心—奥运击剑馆）6.3.4轻型钢结构施工一、相关定义：1.普通轻型钢结构：由钢筋、小角钢（∟56*4以下）和薄钢板（厚度4以下）等材料组成的轻型钢结构。2.冷弯薄壁型钢结构：由厚度在2-6mm的钢板或钢带经冷弯或冷拔等方式弯曲而成的型钢组成的结构。3.新型门式钢架结构：指用