钢管桁架和网架结构施工-钢管桁架构造材料加工制作

钢结构施工课件钢管桁架桁架结构（桁架是指由杆件在端部相互连接而组成的格子式结构）桁架结构分类（就屋架来说）：外形一般为三角形、梯形、平行弦及拱形桁架。桁架的腹杆形式常用的有芬克式、人字式、豪式（也叫单向斜杆式）、再分式、交叉式。（其中前四种为单系腹杆，第五种交叉腹杆又称为复系腹杆）管桁架结构管桁架结构也称钢管桁架结构、管桁架、管结构，是指杆件均为圆或方管杆件的桁架结构。与一般桁架的区别在于连接节点的方式不同，管桁架结构在节点处采用杆件直接焊接的相贯节点（或称管节点）。相贯节点处：只有在同一轴线上的两个主管贯通，其余杆件（即支管）通过端部相贯线加工后，直接焊接在贯通杆件（即主管）的外表，非贯通杆件在节点部位可能有一定间隙（间隙型节点），也可能部分重叠（搭接型节点）。分类：按受力特性和杆件布置分类

（1）平面管桁架结构（2）空间管桁架结构按桁架的外形分类：直线型与曲线型管桁架结构弧线型倒三角管桁架直线型管桁架单榀管桁架结构组成系杆上弦杆下弦杆腹杆管桁架结构组成单榀管桁架由上弦杆、下弦杆和腹杆组成。管桁架结构一般由主桁架、次桁架、系杆和支座共同组成。按连接构件的不同截面分类：C-C型桁架：主管和支管均为圆管相贯，相贯线为空间马鞍型曲线。R-R型桁架：主管和支管均为方钢管或矩形管相贯。R-C型桁架：矩形截面主管与圆形截面支管直接相贯焊接。【R-C型桁架：圆管与矩形管的杂交型管节点构成的桁架形式新颖，能充分利用圆形截面管做轴心受力构件，矩形截面管做压弯和拉弯构件。矩形管与圆管相交的节点相贯线均为椭圆曲线，比圆管相贯的空间曲线易于设计与加工】管桁架材料建筑用钢主要有碳素结构钢和低合金高强度结构钢两种。另外，厚度方向性能钢板、焊接结构用耐候钢等在某些情况下也有应用。焊条应与焊件钢材（主体金属）相适应。Q390、Q420钢选择E55型焊条(E5500--E5518）Q345钢选择E50型焊条（E5001--E5048）Q235钢选择E43型焊条（E4300--E4328）钢材规格钢管有无缝钢管和焊接钢管两种。型号可用代号“D”或“Φ”后加“外径d×壁厚t”表示，如D180×8等。国产热轧无缝钢管的最大外径可达630mm。供货长度为3～12m。焊接钢管的外径可以做得更大，一般由施工单位卷制。钢材的验收钢材验收应达到以下要求：1、钢材的品种和数量应与订货单一致。2、钢材的质量保证书应与钢材上打印的记号相符。3、测量钢材尺寸，尤其是钢板厚度的偏差应符合标准规定。4、钢材表面不允许有结疤、裂纹、折叠和分层等缺陷。焊接钢管强度低于无缝钢管钢管材料试验钢材性能试验项目中主要是力学性能和工艺性能的检测。钢管试验检测项目①拉伸试验（强度检测）②弯曲试验（塑性检测）③压扁试验（塑性检测）④冲击试验（韧性检测）由于钢材轧制方向等方面原因，钢材各个部位的性能不尽相同，按标准规定截取一定的试样才能正确反映钢材的性能。钢管取样方法对于外径小于30mm的钢管，应取整个管段作试样；当外径大于30mm时，应剖管取纵向或横向试样；对大口径钢管，其壁厚小于8mm时，应取条状试样；当壁厚大于8mm时，也可加工成圆形比例试样。管桁架结构节点与破坏形式管桁架结构相贯节点的形式与其相连杆件（支管）的数量有关，可分为：（1）单平面节点：腹杆与弦杆在同一平面内时。（2）多平面节点：腹杆与弦杆不在同一平面内。单平面节点多平面节点破坏形式管桁架结构在工作过程中，杆件只承受轴向力的作用，支管将轴向力直接传给主管，主管可能出现多种破坏形式。在保证支管轴向力强度（不被拉断）、连接焊缝强度（有缝钢管）、主管局部稳定、主管壁不发生层状撕裂的前提下，节点的主要破坏模式有以下几种：主管局部压溃，主管壁拉断，主管壁出现裂缝导致冲剪破坏，K型节点可能在支管间主管剪切破坏。钢管构件在承受较大横向荷载的部位，其工作情况较为不利，应采取适当的加强措施，防止产生过大的局部变形。钢管构件的主要受力部位应尽量避免开孔，不得已要开孔时，应采取适当的补强措施，例如在孔的周围加焊补强板等。节点的加强要针对具体的破坏模式，主要有：主管壁加厚、主管上加套管、加垫板、加节点板及主管加肋环或内隔板等多种方法。为了保证相贯节点连接的可靠性，提出以下构造要求：1）节点处主管应连续，支管端部应加工成马鞍型直接焊接于主管外壁上，而不得将支管插入主管内。【主管外径d应大于支管外径ds；主管壁厚t应大于支管壁厚ts】2）主管与支管之间的夹角以及两支管间的夹角，不得小于30°。否则，支管端部焊缝不易保证，并且支管的受力性能也欠佳。3）相贯节点各杆件的轴心线应尽可能交于一点，避免偏心。4）支管端部应平滑并与主管接触良好，不得有过大的局部空隙。当支管壁厚大于6mm时应切成坡口。5）支管与主管的连接焊缝，应沿全周连续焊接并平滑过渡。一般的支管壁厚不大，其与主管的连接宜采用全周角焊缝（角焊缝的焊脚尺寸hf不宜大于支管壁厚ts的2倍），当支管壁厚较大时（例如ts≥6mm），则宜沿支管周边部分采用角焊缝、部分采用对接焊缝（有所区分）。支管端部焊缝位置可分为A、B、C三区。当A、B两区采用对接焊缝而C区采用角焊缝。各种焊缝均宜切坡口，坡口形式随支管壁厚、管端焊缝位置而异。当支管壁厚小于6mm时，可不设坡口。6）若支管与主管连接节点偏心

时：在计算节点和受拉主管承载力时，可忽略因偏心引起的弯矩的影响；但受压主管必须考虑此偏心弯矩M＝ΔNe，如图1.13所示。7）对有间隙的K型或N型节点，支管间隙a应不小于两支管壁厚之和。8）对搭接的K型或N型节点，当支管厚度不同时，薄壁管应搭在厚壁管上；当支管钢材强度等级不同时，低强度管应搭在高强度管上。管桁架结构设计、施工的特点（优点）：1、节点形式简单。结构外形简洁、流畅，结构轻巧，可适用于多种结构造型。2、刚度大，几何特性好。钢管的管壁一般较薄，截面回转半径较大，故抗压和抗扭性能好。3、施工简单，节省材料。管桁结构由于在节点处摒弃了传统的连接构件，而将各杆件直接焊接，因而具有施工简单，节省材料的优点。4、有利于防锈与清洁维护。钢管和大气接触表面积小，易于防护。在节点处各杆件直接焊接，没有难于清刷、油漆、积留湿气及大量灰尘的死角和凹槽，维护更为方便。管形构件在全长和端部封闭后，内部不易生锈。5、圆管截面的管桁架结构流体动力特性好。承受风力或水流等荷载作用时，荷载对圆管结构的作用效应比其他截面形式结构的效应要低得多。然而，由于节点采用相贯焊接，对工艺和加工设备有一定的要求，管桁结构也存在一定的局限性：1、相贯节点弦杆方向尽量设计成钢管外径一致，对于不同内力的杆件往往采用相同钢管外径和不同壁厚。但壁厚变化不宜太多，否则钢管间拼接量太大。因此，材料强度不能充分发挥，从而增加了用钢量。这也就是管桁结构往往比网架结构用钢量大的原因之一。2、贯节点的加工与放样复杂，相贯线上的坡口又是变化的，而手工切割很难做到，因此对机械的要求很高，要求施工单位有数控的五维切割机床设备。3、管桁结构均为焊接节点，需要控制焊接收缩量，对焊接质量要求较高，而且均为现场施焊，焊接工作量大。管桁架结构加工管桁结构在加工工艺上有其特殊性，这种特殊性主要体现在节点上，其节点是杆件直接在空间汇交而成的空间相贯节点，因而管桁结构的构造与施工的关键点就在于节点的放样、焊缝、坡口的加工。钢管桁架的加工与制作管桁架结构主要由单榀主、次管桁架和系杆共同组成，其由加工厂加工的主要散件构件为弦杆、腹杆、连接板、铸钢支座和少量节点球等。桁架制作安装的特点如下：①节点形式多；②桁架跨度大，杆件不仅有单向弯曲，还有双向弯曲；③钢管连接，按相贯曲线切割、开坡口；④焊接位置包括平、立、横、仰全位置焊接，焊缝走向和焊条倾斜角度不断改变。根据《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ81-2002规定，桁架焊接难度属于“较难”级别。管桁架结构加工前准备1、

图纸审查2、管桁架结构制作规划3、技术准备4、加工场地准备5、原材料的选购6、材料检验7、编制工艺规程8、组织技术交底9、其他工艺准备钢管相贯线切割1、直钢管切割1）杆件切割长度的确定在计算杆件的钢管的断料长度时计入预留的焊接收缩量。切割时预留焊接收缩量、机加工预留量等工艺余量。焊接收缩量:的预留值根据以往制作经验和焊接工艺评定试验进行确定。对接焊缝的收缩变形与对接焊缝的坡口形式、对接间隙、焊接线的能量、钢板的厚度和焊缝的横截面积等因素有关，坡口大、对接间隙大，焊缝截面积大，焊接能量也大，则变形也大。【一般直径76、89杆件收缩在1.5mm左右（两端），直径140、159杆件收缩量在2.5mm左右】管桁架结构的加工相贯线切割设备PB660A型相贯线切割机技术参数1、切割管子外径范围：60mm～600mm；2、管壁厚度范围：

空气等离子切割为2.3-25、火焰切割为5～50mm；3、工件长度：600～12000mm；4、带刻度托辊：5组；5、数控轴数：6轴（工件回转、纵向移动、上下移动、前后移动、割炬摆角、割炬调整）；6、工件卡紧方式：五爪自定心卡盘；7、切割方式：空气等离子及火焰切割。PB660相贯线切割机特性2）相贯线数控切割程序的编程与切割工艺管件的切割对于数控相贯线切割机而言，只需知道相贯的管与管相交的角度、各管的厚度，管中心间长度和偏心量即可，这些数据在深化图中已明确。（a）第一步：打开专用的数控相贯线切割机程序管件切割精度：采用数控切割能使偏差控制在±1.0mm，从而来保证桁架的制作质量和尺寸精度。切割件的管理：加工后的管件放入专用的储存架上，以保证管件的加工面。1）钢管机械弯圆工艺选用与被弯钢管相匹配的模具，钢管在钢管弯圆机上前后行走，通过钢管弯圆机不断逐渐调节模具相对位置，最终成型。钢管弯圆时预留一定量，消减回弹量对弯曲半径的影响。弯曲成型后，检验成型后的拱轴线与理论轴线是否一致。2、钢管弯圆2）钢管拉弯工艺钢管拉弯工艺曲率适用于半径较大的弧形弦杆制作，钢管拉弯过程如图所示。

弧形构件弯曲机3）中频热弯弯曲加工工艺中频热弯弯曲加工工艺适用于半径较小的弧形弦杆制作。中频弯管工艺流程（热煨弯）弯后检验生产班组在生产过程中应做好弯管工艺参数记录，弯后应对弯管进行工序自检，检测实际弯管角度、弯曲半径、减薄率、波浪度、椭圆度、表面有无裂纹等指标，并做好记录，以备检查。不得有裂纹、过烧、分层等缺陷；表面应圆滑、无明显皱褶，且凹凸深度不应大于1mm。4）弧形钢管冷弯弯曲加工工艺对于曲率半径大于20m的弧形弦杆，宜采用冷压加工，其弯曲加工设备采用大型2000吨油压机进行加工，根据弦杆的截面尺寸制作上下专用压模，进行压弯加工。铸钢节点对于强度、塑性、韧性要求更高的管桁架支座节点、张弦钢结构节点、较多根杆件汇交的节点和异形钢结构的节点采用铸钢件。（a）正常位置（b）背面（内衬四氟乙烯板润滑）按照化学成分铸钢可分为碳素铸钢和合金铸钢两大类。其中以碳素铸钢应用最广，占铸钢总产量的80%以上。

（c）张弦结构与支座连接铸钢件（d）交叉节点示意图（e）人字柱上铸钢铰支座（f）人字柱下铸钢铰支座（g）铸钢支座图3.47铸钢节点与Q345钢管对接焊预热示意图图3.48铸钢节点与Q345钢管对接焊接示意图铸钢GS-20Mn5和Q345钢管焊接工艺先进行对铸钢GS-20Mn5、Q345材料焊接性分析，再制定工艺图3.49铸钢节点与Q345钢管焊缝成型示意图图3.50铸钢节点与Q345钢管对接焊后热示意图图3.51铸钢节点与Q345钢管对接焊保温示意图图3.52铸钢节点与Q345钢管对接焊无损检测示意图成品检验、管理、包装、运输和堆放钢构件成品检验1、成品检查不同管桁架结构成品的检查项目各不相同，要依据各工程具体情况而定。若工程无特殊要求，一般检查项目可按该产品的标准、技术图纸、设计文件的要求和使用情况而确定。成品检查工作应在材料质量保证书，工艺措施，各道工序的自检、专检等前期工作后进行。钢构件因其位置、受力等的不同，其检查的侧重点也有所区别。2、修整构件的各项技术数据经检验合格后，加工过程中造成的焊疤、凹坑应予补焊并磨平。临时支撑、夹具应予割除。铲磨后零件表面的缺陷深度不得大于材料厚度负偏差值的1/2。管桁架结构的钢管和节点处打磨常用电动手砂轮，在较大平面上磨平焊疤或磨光长条焊缝边缘，常用高速直柄风动手砂轮。3、验收资科产品经过检验部门签收后进行涂底，并对涂底质量进行验收。钢结构制造单位在成品出厂时应提供钢结构出厂合格证书及有关技术文件，其中应包括：①施工图和设计变更文件，设计变更的内容应在施工图中相应部位注明。②制作中对技术问题处理的协议文件。③钢材、连接材料和涂装材料的质量证明书和试验报告。④焊接工艺评定报告。⑤高强度螺栓摩擦面抗滑移系数试验报告、焊缝无损检验报告及涂层检测资料。⑥主要构件验收记录。⑦构件发运和包装清单。⑧需要进行预拼装时的预拼装记录。此类证书、文件作为建设单位的工程技术档案的一部分。上述内容并非所有工程都具备，而是根据工程的实际情况提供。运输和堆放钢结构运输时捆扎必须牢靠，防止松动。钢构件在运输车上的支点、两端伸出的长度及绑扎方法均能保证构件不产生变形、不损伤涂层且保证运输安全。为保证运输的实效及合理性，可采取工地现场人员与车间发货信息互动的方式。1、运输形式及包装1）运输构件形式分类为适应公路运输的要求，因此对钢结构构件进行了工厂的分段制作，工厂制作完成后主要有以下几种构件形态：第一类构件—单个在2.8×3.2×16米尺寸限制范围内的单根构件。第二类构件—工厂制作的桁架段、铸钢件、焊接节点等。第三类构件—其他散件和节点板主要包括节点连接耳板、需要工厂带加工的现场定位靠板、制作范围内的螺栓和油漆等其他材料。2）包装形式（1）钢结构的包装方式有：包装箱包装、裸装、捆装和框架包装等形式。①包装箱：适用于外形尺寸较小、重量较轻、易散失的构件，如连接件、螺栓或标准件等。②裸装：适用于重量、体积均较大且又不适合于装箱的产品。③捆装：适用于钢管、钢梁等钢结构，每捆重量不宜大于20吨。（2）包装要求①包装依据安装顺序、分单元配套进行包装；②装箱构件在箱内应排列整齐、紧凑、稳妥牢固，不得串动，必要时应将构件固定于箱内，以防在运输和装卸时滑动和冲撞，箱的充满度不得小于80%。2）运输方式根据构件尺寸和施工现场需求，一般采用以公路为主的运输方式，力求快、平、稳的将构件运抵施工现场。装车时构件与构件、构件与车厢之间应妥善捆扎，以防车辆颠簸而产生构件散落。钢构件在运输车上的支点、两端伸出的长度及绑扎方法均能保证构件不产生变形、不损伤涂层且保证运输安全。2、成品保护措施1）工厂制作成品保护措施工程生产过程中，制作、运输等均需制定详细的成品、半成品保护措施，防止变形及表面油漆破坏等，任何单位或个人忽视了此项工作均将对工程顺利开展带来不利影响，因此制定以下成品保护措施。（1）成品必须堆放在车间中的指定位置；（2）成品在放置时，在构件下安置一定数量的垫木，禁止构件直接与地面接触，并采取一定的防止滑动和滚动措施，如放置止滑块等；构件与构件需要重叠放置的时候，在构件间放置垫木或橡胶垫以防止构件间碰撞。（3）构件放置好后，在其四周放置警示标志，防止工厂其它吊装作业时碰伤构件。（4）工程构件如有不少散件的特点，则需设计专用的箱子放置工具。（5）在成品的吊装作业中，捆绑点均需加软垫，以避免损伤成品表面和破坏油漆。2）运输过程中成品保护措施（1）构件与构件间必须放置一定的垫木、橡胶垫等缓冲物，防止运输过程中构件因碰撞而损坏。（2）散件按同类型集中堆放，并用钢框架、垫木和钢丝绳进行绑扎固定，杆件与绑扎用钢丝绳之间放置橡胶垫之类的缓冲物。（3）在整个运输过程中为避免涂层损坏，在构件绑扎或固定处用软性材料衬垫保护。3）现场拼装及安装成品保护（1）构件进场应堆放整齐，防止变形和损坏，堆放时应放在稳定的枕木上，并根据构件的编号和安装顺序来分类。（2）构件堆放场地应做好排水，防止积水对构件的腐蚀。（3）在拼装、安装作业时，应避免碰撞、重击。（4）少在构件上焊接过多的辅助设施，以免对母材造成影响。（5）吊装时，在地面铺设刚性平台，搭设刚性胎架进行拼装，拼装支撑点的设置，要进行计算，以免造成构件的永久变形。4）涂装面的保护（1）避免尖锐的物体碰撞、摩擦。（2）减少现场辅助措施的焊接量，尽量采用捆绑、抱箍。（3）现场焊接、破损的母材外露表面，在最短的时间内进行补涂装，除锈等级达到St3级，材料采用设计要求的原材料。5）摩擦面的保护（1）工厂涂装过程中应作好摩擦面的保护工作。（2）构件运输过程中,作好构件摩擦面防雨淋措施。（3）冬季构件安装时,应用钢丝刷刷去摩擦面的浮锈和薄冰,保证干燥,无其他影响摩擦面的因6）现场交货及验收为保证该项目施工工期、安装顺序，使产品数量质量达到安装现场的要求。应制定交货及验收标准。钢结构产品运抵到安装地后根据发