建筑工程钢结构制作新技术应用培训T45

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大口径钢管，主拱弦杆规格为φ1524×25、φ1422×34、φ1422×25，环拱规格为φ1321×34、φ1218×25，其它结构杆件规格主要有φ965×16、φ914×16、φ508×15、φ457×15、φ356×13。目前国内大口径弯管机最大只能弯制φ800mm的钢管，对φ800mm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φ1117.6×26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R4.6m～R20m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R21m～R50.9m之间的大口径钢管的弯曲成型采取冷弯弯曲。

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R4.6m～R20m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R21m～R50.9m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。整体组装胎架架设置蝶形板组装与与焊接钢管X节点制作珠江新城西塔塔钢结构外筒筒是一个不规规则网筒结构构，其横截面面沿整个建筑筑高度是连续续变化的。主主塔楼地面以以上103层，高432米。塔体外框框筒是结构的的主要抗侧力力体系，由30根锥形立柱斜斜交组合而成成，是一个不不规则网筒管管状塔形钢结结构，高度方方向每隔27米在立柱与立立柱相交处形形成“X”形状的外筒节节点，柱钢管管截面的直径径与壁厚均沿沿高度变化，，由底部外径径1800mm，壁厚50mm缩至顶部外径径700mm，壁厚20mm，钢材材质为为Q345GJC、Q345B，管内充填高高强混凝土。。确保整体精度度的前提下““化整为零，，精益求精””。先将每个个X形节点分解为为数段立柱筒筒体和一块中中间椭圆拉板板，以加强环环等小零件，，然后对每个个零部件各自自下料、加工工制作、拼装装、焊前验收收、焊接、焊焊后矫正验收收，最后在精精确制作的胎胎架上进行X节点的预拼装装，用三维坐坐标进行检查查。胎架三维模型型椭圆拉板与第第一根立柱与与椭圆拉板在在胎架上组装装定位三维模模型X节点立柱与椭椭圆拉板在胎胎架上的定位位三维模型加劲板板的定定位组组装模模型楼层牛牛腿定定位组组装模模型X节点整整体焊焊接现现场大型空空间箱箱型截截面扭扭曲构构件制制作国家体体育场场钢结结构工工程由由24榀门式式刚架架围绕绕着体体育场场内部部混凝凝土碗碗状看看台区区旋转转而成成，其其中22榀拉通通或基基本拉拉通，，其主主次结结构编编织成成“鸟鸟巢””的造造型，，图1-1为国家家体育育场钢钢结构构工程程实物物全貌貌。钢结构构屋面面呈双双曲面面马鞍鞍型，，最高高点高高度为为68.5m，最低低点高高度为为40.1m；平面面上呈呈椭圆圆形，，长轴轴为332.3m、短轴轴为297.3；屋盖盖中部部的开开口内内环呈呈椭圆圆型，，长轴轴为185.3m，短轴轴为127.5m；大跨跨度屋屋盖支支撑在在24根桁架架柱之之上，，柱距距为38.0m。构件截截面均均为箱箱型截截面，，上弦弦杆截截面基基本为为1000mm××1000mm，下弦弦杆截截面基基本为为800mm×800mm，腹杆杆截面面基本本为600mm×600mm。竖向向由24根组合合钢结结构柱柱支撑撑，每每根组组合钢钢结构构柱由由两根根1200mm××1200mm箱型外外柱和和一根根菱形形内柱柱组成成。立立面次次结构构截面面基本本为1200mm××1000mm，顶面面次结结构截截面基基本为为1000mm××1000mm。针对箱箱型弯弯扭构构件及及微扭扭节点点这一一现状状，成成立课课题组组对箱箱型弯弯扭构构件及及微扭扭节点点制作作技术术及应应用进进行专专题研研究。。兼于于其制制作风风险巨巨大、、工期期紧张张的特特点，，研究究时坚坚持两两条腿腿走路路：一一是根根据浙浙江精精工加加工厂厂特点点进行行弯扭扭板件件的无无模成成型综综合技技术研研究，，二是是根据据江苏苏沪宁宁加工工厂特特点进进行弯弯扭板板的三三辊卷卷板成成形技技术研研究。。最终终总结结出国国家体体育场场钢结结构工工程箱箱型弯弯扭制制作成成套技技术。。多点无无模成成形工工艺弯扭板板件多多点无无模成成形原原理则则是将将传统统的整整体模模具离离散成成一系系列规规则排排列、、高度度可调调的基基本体体（即即冲头头），，通过过对各各基本本体运运动的的实时时控制制，自自由地地构造造出成成形面面，实实现板板材的的三维维曲面面成形形。（a）成型型开始始（（b）成型型过程程中（（c）成型型结束束三辊卷卷板成成形工工艺板材在在三辊辊卷板板机中中轧弯弯轧弯后后的板板材送送入油油压机机整形形弯扭构构件的的组装装铸钢构构件制制作深圳大大运中中心主主体育育馆铸铸钢件件共144件大运会会体育育馆节节点介介绍体育馆馆节点点种类类（1）ZG1（单重重6.95吨共共16件）ZG2（单重重6.45吨共共16件）ZG3（单重重4.55吨共共16件）ZG6（单重重8.9吨共共16件）ZG7（单重重7.89吨共共16件）ZG5（单重重23.5吨共共16件）体育馆馆节点点种类类（2）支座(单套重重9.95吨共共16套)ZG8对接接接头（（单重重4.35吨共共16件）铸钢节节点的的制作作铸钢节节点的的制作作是集集计算算机辅辅助设设计（（CAD）、计计算机机辅助助制造造(CAM)、计算算机辅辅助测测量(CAM)及先进进的铸铸造凝凝固模模拟分分析技技术（（CAE）为一一体的的具有有较高高科技技含量量的铸铸造产产品。。铸钢节节点的的制作作大体体分为为三个个过程程：设计分分析过过程铸造生生产过过程质量检检验过过程铸钢节节点制制作工工艺流流程图图设计分分析过过程计算机机凝固固模拟拟分析析凝固模模拟是是以铸铸件充充型过过程、、凝固固过程程数值值模拟拟技术术为核核心对对铸件件进行行铸造造工艺艺分析析。它它可以以完成成铸件件的凝凝固分分析、、流动动分析析以及及流动动和传传热耦耦合计计算分分析