某体育馆钢桁架的制作与安装

***中心体育馆和休闲中心钢桁架的制作与安装【摘要】大跨度钢桁架的制作与安装工艺，阐述详图设计、预拼装和低应力状态下焊接质量控制等方法；运用ansys计算软件分析大跨度桁架吊装时应力变形及支架模型的应力变形，确保结构安全。【关键词】大跨度；桁架；制作；安装；1工程介绍休闲中心和体育馆钢结构屋盖部分采用双向斜交平面桁架拱系，桁架拱采用管管相贯焊接。屋盖桁架由平行的主桁架（XZHJ-*）及放射状的次桁架（XHHJ-*）两两相交组成。屋盖边界处有一道环向边桁架（XBHJ-*）进行封闭，结构形成一个稳定刚体。主桁架（XZHJ-*）为平面弧形桁架,上下弦杆管为φ273*7mm，腹杆为180*5mm，下弦杆为弯弧杆件。次桁架（XHHJ-*）为平面折弯桁架,上下弦杆管为φ273*7mm，腹杆为180*5mm。钢管均为无缝钢管，材质为Q345B。本工程的显著特点及难点：整体设计新颖。屋架整体成平滑的曲线形，屋架十字支撑构造新颖，安装后需保持与屋架一致的曲线形。结构跨度大，施工现场吊装情况复杂，休闲中心最大跨度达106米，体育馆跨度也达到85米，现场吊装难度非常之大，这也是此工程的最大一难点。施工标准高、焊接难度大。标准高表现在杆件加工精度要求高。为了保证屋架的艺术效果，各杆件不仅下料长度偏差小，而且杆件接头处曲面应严丝合缝，全是相贯接口，因此焊接又是此工程的又一难点。图1钢结构屋盖效果图2桁架制作2.1详图设计根据设计院提供的外形尺寸、节点坐标和杆件表，使用X-steel钢结构详图设计软件和Autocad计算机绘图程序，对桁架进行了合理分割以及节点设计。将整个主体结构分解成各个单独的杆件和单元件，并分别进行绘制。施工图设计主要包括以下内容：节点拼装总图、节点拼装顺序图、杆件图、节点图及材料明细表等。2.2下料切割本工程屋面主体结构部分为钢管，且构件节点处的杆件均为相贯连接节点，所以钢管的相贯线切割是本工程的一个重要部分，根据工期要求及切割工艺的要求，采用2台先进数控管子马鞍形切割机，该设备具有切断与开坡口一次完成的全自动切割功能，大大提高了相贯焊缝的坡口质量。为后期桁架组对焊接提供了保障。2.3构件拼装编制拼装作业指导书。桁架全部采取平放位置拼装，制作出与其相合拢的桁架侧面样板，检查合拢情况。拼胎座采用临时刚性胎架，以坐标点为转换基准进行放线及靠模定位；用正式连接板进行构件连接固定。检查项目包括：轴线偏差；接口的间隙与错边量；杆件的长度、侧弯与翘曲；牛腿的长度与角度；拼装单元的长度。平面桁架组拼，需在胎具上用卡具固定平面桁架组拼，需在胎具上用卡具固定两端设置固定模板，保证主弦杆尺寸精度图2组拼大样2.4焊接①焊接顺序对上下弦杆按立焊->平焊->仰焊的顺序进行；对上下弦杆与腹杆的接口依据测量结果安排焊接次序，通常先进行腹杆与下弦的焊接，再进行腹杆与上弦的焊接，并跟踪测量，以便通过调整焊接顺序控制变形。②焊缝坡口主要形式对于管管相贯焊缝，当支管与主管夹角α在55°~125°时，为全熔透焊缝，选用单边V型坡口，当支管与主管夹角α<55°或α>125°时，部分采用熔透焊缝、部分采用角焊缝，熔透焊缝坡口，状及尺寸如图：图3相贯坡口形式③焊接质量控制依据焊接工艺评定结果对不同焊缝进行远程电流调节，采用多层多焊道和分段退焊工艺，减少焊接应力；采取对称焊、连续焊、预热、焊后石棉布包裹等措施，避免焊接时延迟裂纹的产生；对于刚度大、板厚、焊接空间狭窄等特殊部位，选择优秀焊工，并在焊接工程师的监控下进行焊接，减少不必要的返修。3桁架安装最为本工程的最大的一个难点，选用合理优化的安装方案是此工程的重中之重。本工程屋盖外形为弧形屋盖,为空间大跨度曲面，整个屋盖的长度、宽度都非常之大，整个屋盖在现场若需进行整体吊装是不可能的。所以，确定合适的安装方案将显得格外重要，根据屋盖结构的特殊性以及现场的具体施工条件并结合以往用于其它类似大型钢结构的实际施工经验，我们将采用现场拼装，分段吊装的方案来完成整个屋盖的现场安装。3.1模型计算运用ansys计算软件分析构件的应力及变形，从而确定桁架最合理的分段位置以及临时安装支承胎架（TJ*）的位置。①起吊状态验算图4起吊状态计算模型图5桁架竖向变形验算（mm）图6桁架面外变形分布图（mm）图7桁架构件应力分布图（N/mm2）图8桁架构件稳定验算应力比分布图图9吊索拉力计算结果（kN）②桁架就位状态验算结果（方法类似①）结论:本工程最长桁架为106米，最大分段的桁架长度为56米，通过计算结果分析，吊装过程中及就位后的桁架竖向变形、面外变形、应力及稳定性均满足设计及施工要求。同时通过分段的位置确定临时安装支承胎架（TJ*）的位置。③临时安装支承胎架（TJ*）的模型计算图10临时支承胎架计算模型临时支承胎架简化为一根24m高悬臂格构柱，横截面边长为1500mm×1500mm。通过计算结果可知，胎架变形、强度及稳定均满足规范控制要求，可以满足安装过程需要。④安装过程中的计算分析按照先吊装主桁架，再吊装联系桁架（次桁架）的思路，每吊完2榀主桁架后立即吊装其间的联系桁架，使之形成一空间体系，并运用ansys软件计算分析，确保其安装进度及结构安全。图11桁架计算模型1图11桁架计算模型23.2安装过程①现场桁架拼装:胎架经过验收合格后才可用于拼装屋架，首先用吊车把构件放在胎架上，按照桁架施工详图固定杆件的位置。如果杆件加工曲线偏差超过允许范围时，允许加热矫正杆件，但加热温度严禁超过正火温度(900℃)。加热矫正后的杆件需缓慢冷却。然后施焊上下弦杆件接头。最后拼装腹件、上下弦间支撑，先点焊后全面施焊。焊工应经过考试合格并取得合格证后方可施焊。②桁架吊装:桁架跨度小于或等于18m时，绑扎两点即可，大于18m时需绑扎四点以上。最长桁架长度约60m，布置4个吊点，吊点间距8m左右，吊钩中心对准屋架中心，吊索左右间距基本一致，为使各吊索受力均匀，吊索用滑轮串通。利用手动葫芦可调整倒链长度的工作性能，现布置两个手动葫芦，分别独立牵引弦杆件节点，待桁架从地面吊起后缓慢调整倒链长度，使桁架升高或降低，从而实现桁架扶正，便于高空就位。③桁架就位:此工程每榀桁架采用的2个万向胶支座与基础连接，在分段吊装过程中，就需要在临时安装支承胎架用型钢制作一个假支座来临时固定分段桁架，待整体吊装完毕后再拆除临时安装支承胎架上的假支座。就位过程中，采用2台全站仪全程跟踪，利用建立好的测量控制网，来对桁架进行定位。4结束语大跨度双向斜交平面桁架拱结构体系，大大的拓展了上部的空间，杆件