北京某体育馆空间巨型厚板桁架制作工艺

xx体育馆空间巨型厚板桁架制作工艺摘要介绍xx体育馆空间巨型厚板桁架钢结构制作的特点。在结构超大和制作要求高的情况下，通过深化设计和针对性的施工方案，最终保证工程的优良品质。关键词钢结构桁架制作加工HJ-1HJ-1HJ-1HJ-1HJ-3HJ-3HJ-2HJ-2图1三维模型图图1三维模型图我公司于2004年承揽的北京xx体育馆是北京市建设的第一个奥运场馆。该工程占地面积22556m2，平面呈椭圆形，长轴256米，短轴125米。为xx自行车赛场改建工程，在原有的赛场内增加了两层附属用房、钢结构屋盖、室外环形走廊、入口平台及钢结构雨棚。xx体育馆外观造型独特，远看好似一艘美丽的帆船，内部结构复杂，主次钢桁架加巨型桅杆斜拉索结构，屋面高26米，最大桁架跨度达到98米，重达630吨左右。钢结构屋盖由我公司进行加工制作，总工程量在4000吨左右，主要是由钢管柱和巨型钢桁架组成。本文中主要对巨型空间钢桁架的制作进行阐述。一、工程结构概况桁架由主桁架、次桁架、环形桁架及封边桁架组成。主桁架分为HJ-1、HJ-2、HJ-3，HJ-1、2、3各有2榀，次桁架分为HJ-4~HJ-9。。次桁架共有89榀。图2平面布置图图2平面布置图二、本工程钢桁架加工的特点和难点：1、本工程中桁架种类繁多，构成桁架的杆件非常多，因此，在进行前期技术准备—深化设计的时候，需要进行周密的安排和仔细的审核。施工中可能出现的难点都必须在详图中体现和解决，通过详图的转换，将施工的难度降到最低。2、本工程的主桁架跨度及重量均为北京市当时同类桁架之最。制作单元的大小直接影响到现场的吊装及制作加工的难度，因此，制作单元的划分成为了质量保证的首要控制因素。加工前必须合理的选取分段单元。3、本工程中的主桁架材料均采用Q345GJC，并且部分板厚有Z15要求。由于没有类似材质钢材施工经验，在材料的检验、制作、焊接等方面需要进行大量的探讨、研究、试验等准备工作，制定出合理可行的施工方法。如何在没有经验的条件下做好新材料的使用是本工程的关键。4、本工程中桁架部分的坡口焊缝均为全熔透一级焊缝。对于这么大的一个工程，如何在大量的全熔透一级焊缝的施焊过程中保证焊接质量是质量控制的关键因素。5、本工程桁架整体结构的变形较大，为了满足建筑外观，钢结构的外形尺寸精度显得尤为重要。构件在下料、焊接、组装、运输的时候都会产生变形。由于桁架是分段制作运输至现场进行拼装，各制作段需要严格控制尺寸以保证现场安装质量，因此，如何控制加工精度将是本工程的另一大难点。三、针对工程特点难点的控制措施上述第二点已经对本工程中的特点和难点进行了阐述，针对这些特点和难点，我们重点从以下几个方面来进行控制以保证质量。1、深化设计由于本次工程中存在着大量的三维空间构件，为了保证深化设计的质量，采用专业的详图软件STRUCAD进行深化设计。根据本工程的特点，深化设计的步骤如下：设计图纸自审、会审与设计沟通、解决问题建模、检查节点构造出图、调图报设计审核修改、详图成形。通过软件制图，可以在三维模型空间中检查节点构造、各构件之间的拼装、碰撞等问题，相当于整个结构体系在电脑中预拼装了一遍，最大程度的降低了构件在现场连接不上的几率，同时也保证了构件的几何精度。图3HJ1模型示意图3HJ1模型示意桁架的外形都是折线型的，在折点处的处理必须在详图设计的阶段体现。图4桁架折线处示意图4桁架折线处示意如图4所示，根据处理后的节点给出单件详图，这样的处理方式还是会存在很小的错口问题。但是由于相对的错口量非常的小，可以包含在此处的焊接预留间隙中，不会对桁架的外形尺寸造成影响。在深化设计的时候，我们严格的按照现行焊接标准、设计要求及公司内部的焊接工艺评定报告，针对各种不同的板厚、施焊条件等选取适当的坡口形式，有利于焊接质量的保证。同时，在深化设计的过程中我们还发现了设计图纸中有些地方对加工工艺考虑得不太周全，通过和设计院之间的沟通，达成了一致，使施工更加方便。2、制作单元的划分制作单元的划分遵循以下几个原则：（1）单元重量最大化利用安装现场的吊装能力；（2）单元重量和尺寸需要考虑到加工制作的起重能力和场地限制；（3）单元尺寸需要考虑到构件变形的大小；（4）单元尺寸需要满足运输的尺寸限制。根据上述四条原则，我们有针对性的对不同桁架进行了不同单元的划分。例如HJ1，分段单元长度在20m左右，重量在70吨左右：图5HJ1工厂制作分段示意图图5HJ1工厂制作分段示意图3、新材料的焊接及焊接质量控制本工程采用的高建钢缺少相关的施工经验，并且坡口焊缝均为熔透一级焊缝，为了保证该种材质的大量坡口焊缝满足设计要求，主要采取以下几个措施进行控制：（1）在加工前做好焊接工艺评定报告。本工程中桁架弦杆均采用Q345GJC，大于等于40mm的板还有Z15的要求。根据板厚情况和焊接经验，采用的大多数单V形坡口形式。对典型板厚进行了对接、T型连接等埋弧自动焊、CO2气体保护焊和手工焊的焊接工艺评定。根据一次一次的焊接评定和试验，最终选取了恰当的焊材、坡口设置、操作方法等。（2）对于本工程中的厚板焊接作为重点控制点。执行严格的过程监控制度，提高焊接人员素质。选择正确的焊接顺序，最大程度的减小变形，本次工程中钢桁架在拼装焊接的过程中，为了减小焊接应力和便于调整尺寸，从中间向两边或者是从中间向四周发展。并且在焊接组拼的时候严格禁止形成封闭圈。在单片桁架焊接的时候先焊下弦，使下弦收缩而略上拱，然后焊接腹杆及上弦，即下弦→腹杆→上弦。严格的按照焊接工艺评定报告的各项焊接工艺参数执行。做好焊前预热、焊后保温工作。为了减小残余应力，在焊接的过程中采取了必要措施，例如焊前可增加临时支撑、焊后采取整体的热处理等等。（3）焊接完成之后，严格的按照国家规范和设计要求进行检查。对于不合格的进行返修。（4）由于没有相同材质的焊接经验，在施工的时候进行了全程监控，根据实际情况随时对焊接方案进行修改。4、变形的控制变形的控制是大型桁架制作控制的重中之重。制作中变形主要来自以下几个方面：（1）桁架组装焊接时产生的变形；（2）桁架的弦杆由折线段构成，在组装焊接的时候容易产生偏差；（3）工厂制作的时候吊装翻转产生的变形。对于上述这几种变形，我们采取了如下的措施进行控制：（1）在焊接的时候，采用合理的焊接工艺及焊接参数、正确的焊接顺序、减小焊接应力。在焊接制造的过程中，随时监控，并且能及时根据实际情况对焊接方案进行调整。（2）弦杆在单件制作的时候，根据焊接经验加上一定的预拱值，保证在焊接之后的几何尺寸。（3）对于桁架的分段单元，通过计算选择合理的吊点，使之在吊装翻转的过程中保证构件的变形最小。变形的影响因素很多，我们在制作的时候从各个环节进行控制，通过电脑放样，保证底样和必要的组装胎架的正确；通过精密切割，保证尺寸的精度；通过质量环节的监控，做到及时发现问题及时整改纠偏。为了保证桁架在现场安装时的尺寸符合要求，在制作的时候还考虑了安装对构件带来的影响，现场安装出现的及时反馈到制造厂内，厂内根据信息调整杆件的长度，尽可能的消除现场安装的偏差。所有桁架在厂内的制作都需要和现场安装的实际情况结合起来，例如柱与柱之间的