建筑工程鋼結(jié)構(gòu)制作新技術(shù)應(yīng)用培訓(xùn)T45

鋼結(jié)構(gòu)制作新技術(shù)應(yīng)用1.大口徑鋼管彎制作2.碟型節(jié)點(diǎn)制作3.鋼管X節(jié)點(diǎn)制作4.大型空間箱型截面扭曲構(gòu)件制作5.鑄鋼構(gòu)件制作

大口徑鋼管彎制作沈陽奧林匹克體育中心體育場為一座可容納六萬人的大型體育場，是2008年北京奧運(yùn)會(huì)的主要分賽場之一。其南北看臺(tái)頂部設(shè)置了一對平行投影為梭形的空間鋼網(wǎng)殼罩棚結(jié)構(gòu)，該罩棚主體結(jié)構(gòu)形式為大跨度拱桁架結(jié)合單層（管）網(wǎng)殼的結(jié)構(gòu)體系，其主體結(jié)構(gòu)相應(yīng)可分為主拱、環(huán)拱及南北聯(lián)系桁架三部分，其中主拱為倒三角形拱桁架，跨度達(dá)360m，為國內(nèi)類似結(jié)構(gòu)工程中最大跨度；環(huán)拱是由28榀弧形鋼管及三道縱向系桿組成的單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)；南北聯(lián)系桁架為平面管桁架。罩棚主結(jié)構(gòu)使用的材料均采用大口徑鋼管，主拱弦桿規(guī)格為φ1524×25、φ1422×34、φ1422×25，環(huán)拱規(guī)格為φ1321×34、φ1218×25，其它結(jié)構(gòu)桿件規(guī)格主要有φ965×16、φ914×16、φ508×15、φ457×15、φ356×13。目前國內(nèi)大口徑彎管機(jī)最大只能彎制φ800mm的鋼管，對φ800mm以上規(guī)格鋼管的彎制傳統(tǒng)方法是采用手工火工彎曲，例如國家大劇院頂部環(huán)梁φ1117.6×26鋼管的彎曲就是采用火工彎制的,其加工質(zhì)量也很好,但這種工藝最大不足是工效低,只能針對少量的構(gòu)件加工，顯然不能滿足本工程的需要。對策：曲率半徑在R4.6m～R20m之間的大口徑鋼管的彎曲成型采用中頻熱彎彎曲；曲率半徑在R21m～R50.9m之間的大口徑鋼管的彎曲成型采取冷彎彎曲。

由于本工程鋼管均為大口徑鋼管，經(jīng)計(jì)算及工藝考慮，選用2000噸油壓機(jī)作為冷彎彎曲設(shè)備。同時(shí)為配合鋼管在壓制過程中的移位及操作的方便，對2000噸油壓機(jī)平臺(tái)進(jìn)行了改造。采用2000噸油壓機(jī)進(jìn)行鋼管的彎曲，最關(guān)鍵的是上下壓模的設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)需綜合考慮自身強(qiáng)度、待彎鋼管的截面尺寸及裝卸的方便性等多種因素，而下壓模的布置還需要結(jié)合2000噸油壓機(jī)的性能并通過試制來確定，本工程在批量彎制鋼管前，通過多次試驗(yàn)，反復(fù)優(yōu)化上下壓模的設(shè)計(jì)方案，最終形成了一套功效高、獨(dú)具特色的上下壓模如下圖所示：中頻熱彎彎管和冷彎彎管兩種加工工藝的對比（1）.中頻熱彎彎曲采用中頻彎管機(jī)進(jìn)行熱彎；冷彎彎曲是采用經(jīng)過改造的2000t油壓機(jī)和專門設(shè)計(jì)的上、下壓模進(jìn)行冷加工成型。（2）.經(jīng)過總結(jié)，中頻熱彎彎曲一般適用于曲率半徑在R4.6m～R20m之間的大口徑鋼管的彎曲成型；冷彎彎曲一般適用于曲率半徑在R21m～R50.9m之間的大口徑鋼管的彎曲成型。（3）.中頻熱彎彎曲由于是局部加熱，成型后在加熱與冷卻處有較明顯的凹凸；冷彎彎曲成型后，表面質(zhì)量較好，無明顯的痕跡。（4）.中頻熱彎彎曲成型后，若發(fā)現(xiàn)超差，較難重新彎制；冷彎彎曲可根據(jù)要求重復(fù)壓制修正，成型的質(zhì)量較好。（5）.中頻熱彎彎曲無法對同一根鋼管進(jìn)行兩種不同半徑的彎制；冷彎彎曲可以通過對壓模的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對同一根鋼管進(jìn)行兩種以上半徑的彎制。（6）.中頻熱彎彎曲需對鋼管進(jìn)行加熱，鋼管煨彎后一般采用風(fēng)冷，對鋼管的母材材性會(huì)造成一定的影響；冷彎彎曲由于是冷加工，對鋼管的母材材性的影響較小。（7）.中頻熱彎彎曲需對鋼管進(jìn)行加熱，工效較低，用電量較大；冷彎彎曲操作簡單，不需對鋼管進(jìn)行加熱，因此工效較高，用電量少。從以上對比可以看出，冷彎彎曲加工工藝優(yōu)于中頻熱彎彎曲工藝。本工程鋼管彎曲大部分采用冷彎彎曲加工工藝。碟型節(jié)點(diǎn)制作

CCTV主樓鋼結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件為重型鋼柱、鋼梁、斜撐與巨型轉(zhuǎn)換桁架，單節(jié)鋼柱最重達(dá)80t,鋼柱的典型節(jié)點(diǎn)為碟型節(jié)點(diǎn)。蝶形節(jié)點(diǎn)由于該節(jié)點(diǎn)同時(shí)銜接多個(gè)方向桿件的連接，因此，蝶形節(jié)點(diǎn)的制作及組裝精度是制作的難點(diǎn)。對策：制定能適合本工程結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的檢測和劃線方法。（1）.鋼柱應(yīng)在自由狀態(tài)下檢測、劃線，并應(yīng)在鉗工平臺(tái)上進(jìn)行；平臺(tái)上表面必須進(jìn)行機(jī)加工。根據(jù)鋼柱長度設(shè)置平臺(tái)后，平臺(tái)四角水平度必須確?！?.5mm，超差須嚴(yán)格修正。（2）.在鋼柱兩端各50mm處設(shè)置經(jīng)機(jī)加工后等厚的方鋼，在鋼柱需劃線的部位涂粉劃線。如果鋼柱放置后在L/2處有撓度且＞5mm，則必須先進(jìn)行火工校正再進(jìn)行劃線。（3）.在鋼柱兩端寬度分中，用專用劃針盤初步劃線，檢查初劃之中心線是否與將寬度分中的四個(gè)點(diǎn)重合，如果不重合須校正重劃。劃出的中心線與寬度分中的四個(gè)點(diǎn)之差值盡可能相同。（4）.將鋼柱吊離平臺(tái)翻身后，再吊到平臺(tái)上劃線（不能直接傾倒在平臺(tái)上），防止因沖擊而引起劃線平臺(tái)變形；用同樣方法劃出另一面的支撐中心線，并檢查在兩端面中心線是否對直。（5）.以鋼柱上口為正作端，用專用劃線鋼帶量出鋼柱的理論長度，另外加放4mm端面端銑機(jī)加工余量；再以鋼柱下口為正作端，用專用劃線鋼帶和鋼針劃出各樓層節(jié)點(diǎn)板、牛腿的裝焊位置線（從鋼柱中心線上量?。?，然后安裝節(jié)點(diǎn)板和牛腿。蝶形牛腿節(jié)點(diǎn)的組裝在專用鉗工平臺(tái)上劃出結(jié)構(gòu)安裝線后，進(jìn)行蝶形牛腿的組裝和焊接。裝配時(shí)嚴(yán)格按控制線裝配，并保證牛腿垂直度要求。整體組裝胎架設(shè)置要求為：（1）.按圖紙理論尺寸進(jìn)行胎架地面劃線放樣，劃出鋼柱中心線、端面齊口線、各牛腿中心角度線、樓層標(biāo)高等水平投影線，與地面固定牢固后標(biāo)記，作為鋼柱定位、牛腿安裝的基準(zhǔn)線。（2）.胎架模板上口水平度必須保證±0.5mm，不得有明顯的晃動(dòng)，且必須加斜撐。組裝要點(diǎn)如下：（1）.將鋼柱本體吊上胎架，嚴(yán)格按胎架底線進(jìn)行定位，保證定對端面齊口線、兩端中心線，特別是鋼柱左右兩側(cè)中心線要保證水平。（2）.按牛腿節(jié)點(diǎn)地面中心線安裝牛腿，定對胎架地面角度中心線和左右兩側(cè)的水平度、端面垂直度以及端面齊口線，然后與鋼柱本體進(jìn)行定位焊接，無誤后再進(jìn)行牛腿節(jié)點(diǎn)的焊接。（3）.采用CO2氣體保護(hù)焊，嚴(yán)格按焊接工藝要求進(jìn)行對稱焊接，由雙數(shù)焊工分區(qū)進(jìn)行焊接，采取工藝措施防止焊接變形，如圖示。整體組裝胎架架設(shè)置蝶形板組裝與與焊接鋼管X節(jié)點(diǎn)制作珠江新城西塔塔鋼結(jié)構(gòu)外筒筒是一個(gè)不規(guī)規(guī)則網(wǎng)筒結(jié)構(gòu)構(gòu)，其橫截面面沿整個(gè)建筑筑高度是連續(xù)續(xù)變化的。主主塔樓地面以以上103層，高432米。塔體外框框筒是結(jié)構(gòu)的的主要抗側(cè)力力體系，由30根錐形立柱斜斜交組合而成成，是一個(gè)不不規(guī)則網(wǎng)筒管管狀塔形鋼結(jié)結(jié)構(gòu)，高度方方向每隔27米在立柱與立立柱相交處形形成“X”形狀的外筒節(jié)節(jié)點(diǎn)，柱鋼管管截面的直徑徑與壁厚均沿沿高度變化，，由底部外徑徑1800mm，壁厚50mm縮至頂部外徑徑700mm，壁厚20mm，鋼材材質(zhì)為為Q345GJC、Q345B，管內(nèi)充填高高強(qiáng)混凝土。。確保整體精度度的前提下““化整為零，，精益求精””。先將每個(gè)個(gè)X形節(jié)點(diǎn)分解為為數(shù)段立柱筒筒體和一塊中中間橢圓拉板板，以加強(qiáng)環(huán)環(huán)等小零件，，然后對每個(gè)個(gè)零部件各自自下料、加工工制作、拼裝裝、焊前驗(yàn)收收、焊接、焊焊后矯正驗(yàn)收收，最后在精精確制作的胎胎架上進(jìn)行X節(jié)點(diǎn)的預(yù)拼裝裝，用三維坐坐標(biāo)進(jìn)行檢查查。胎架三維模型型橢圓拉板與第第一根立柱與與橢圓拉板在在胎架上組裝裝定位三維模模型X節(jié)點(diǎn)立柱與橢橢圓拉板在胎胎架上的定位位三維模型加勁板板的定定位組組裝模模型樓層牛牛腿定定位組組裝模模型X節(jié)點(diǎn)整整體焊焊接現(xiàn)現(xiàn)場大型空空間箱箱型截截面扭扭曲構(gòu)構(gòu)件制制作國家體體育場場鋼結(jié)結(jié)構(gòu)工工程由由24榀門式式剛架架圍繞繞著體體育場場內(nèi)部部混凝凝土碗碗狀看看臺(tái)區(qū)區(qū)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)而成成，其其中22榀拉通通或基基本拉拉通，，其主主次結(jié)結(jié)構(gòu)編編織成成“鳥鳥巢””的造造型，，圖1-1為國家家體育育場鋼鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)工程程實(shí)物物全貌貌。鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)屋面面呈雙雙曲面面馬鞍鞍型，，最高高點(diǎn)高高度為為68.5m，最低低點(diǎn)高高度為為40.1m；平面面上呈呈橢圓圓形，，長軸軸為332.3m、短軸軸為297.3；屋蓋蓋中部部的開開口內(nèi)內(nèi)環(huán)呈呈橢圓圓型，，長軸軸為185.3m，短軸軸為127.5m；大跨跨度屋屋蓋支支撐在在24根桁架架柱之之上，，柱距距為38.0m。構(gòu)件截截面均均為箱箱型截截面，，上弦弦桿截截面基基本為為1000mm××1000mm，下弦弦桿截截面基基本為為800mm×800mm，腹桿桿截面面基本本為600mm×600mm。豎向向由24根組合合鋼結(jié)結(jié)構(gòu)柱柱支撐撐，每每根組組合鋼鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)柱由由兩根根1200mm××1200mm箱型外外柱和和一根根菱形形內(nèi)柱柱組成成。立立面次次結(jié)構(gòu)構(gòu)截面面基本本為1200mm××1000mm，頂面面次結(jié)結(jié)構(gòu)截截面基基本為為1000mm××1000mm。針對箱箱型彎彎扭構(gòu)構(gòu)件及及微扭扭節(jié)點(diǎn)點(diǎn)這一一現(xiàn)狀狀，成成立課課題組組對箱箱型彎彎扭構(gòu)構(gòu)件及及微扭扭節(jié)點(diǎn)點(diǎn)制作作技術(shù)術(shù)及應(yīng)應(yīng)用進(jìn)進(jìn)行專專題研研究。。兼于于其制制作風(fēng)風(fēng)險(xiǎn)巨巨大、、工期期緊張張的特特點(diǎn)，，研究究時(shí)堅(jiān)堅(jiān)持兩兩條腿腿走路路：一一是根根據(jù)浙浙江精精工加加工廠廠特點(diǎn)點(diǎn)進(jìn)行行彎扭扭板件件的無無模成成型綜綜合技技術(shù)研研究，，二是是根據(jù)據(jù)江蘇蘇滬寧寧加工工廠特特點(diǎn)進(jìn)進(jìn)行彎彎扭板板的三三輥卷卷板成成形技技術(shù)研研究。。最終終總結(jié)結(jié)出國國家體體育場場鋼結(jié)結(jié)構(gòu)工工程箱箱型彎彎扭制制作成成套技技術(shù)。。多點(diǎn)無無模成成形工工藝彎扭板板件多多點(diǎn)無無模成成形原原理則則是將將傳統(tǒng)統(tǒng)的整整體模模具離離散成成一系系列規(guī)規(guī)則排排列、、高度度可調(diào)調(diào)的基基本體體（即即沖頭頭），，通過過對各各基本本體運(yùn)運(yùn)動(dòng)的的實(shí)時(shí)時(shí)控制制，自自由地地構(gòu)造造出成成形面面，實(shí)實(shí)現(xiàn)板板材的的三維維曲面面成形形。（a）成型型開始始（（b）成型型過程程中（（c）成型型結(jié)束束三輥卷卷板成成形工工藝板材在在三輥輥卷板板機(jī)中中軋彎彎軋彎后后的板板材送送入油油壓機(jī)機(jī)整形形彎扭構(gòu)構(gòu)件的的組裝裝鑄鋼構(gòu)構(gòu)件制制作深圳大大運(yùn)中中心主主體育育館鑄鑄鋼件件共144件大運(yùn)會(huì)會(huì)體育育館節(jié)節(jié)點(diǎn)介介紹體育館館節(jié)點(diǎn)點(diǎn)種類類（1）ZG1（單重重6.95噸共共16件）ZG2（單重重6.45噸共共16件）ZG3（單重重4.55噸共共16件）ZG6（單重重8.9噸共共16件）ZG7（單重重7.89噸共共16件）ZG5（單重重23.5噸共共16件）體育館館節(jié)點(diǎn)點(diǎn)種類類（2）支座(單套重重9.95噸共共16套)ZG8對接接接頭（（單重重4.35噸共共16件）鑄鋼節(jié)節(jié)點(diǎn)的的制作作鑄鋼節(jié)節(jié)點(diǎn)的的制作作是集集計(jì)算算機(jī)輔輔助設(shè)設(shè)計(jì)（（CAD）、計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)輔助助制造造(CAM)、計(jì)算算機(jī)輔輔助測測量(CAM)及先進(jìn)進(jìn)的鑄鑄造凝凝固模模擬分分析技技術(shù)（（CAE）為一一體的的具有有較高高科技技含量量的鑄鑄造產(chǎn)產(chǎn)品。。鑄鋼節(jié)節(jié)點(diǎn)的的制作作大體體分為為三個(gè)個(gè)過程程：設(shè)計(jì)分分析過過程鑄造生生產(chǎn)過過程質(zhì)量檢檢驗(yàn)過過程鑄鋼節(jié)節(jié)點(diǎn)制制作工工藝流流程圖圖設(shè)計(jì)分分析過過程計(jì)算機(jī)機(jī)凝固固模擬擬分析析凝固模模擬是是以鑄鑄件充充型過過程、、凝固固過程程數(shù)值值模擬擬技術(shù)術(shù)為核核心對對鑄件件進(jìn)行行鑄造造工藝藝分析析。它它可以以完成成鑄件件的凝凝固分分析、、流動(dòng)動(dòng)分析析以及及流動(dòng)動(dòng)和傳傳熱耦耦合計(jì)計(jì)算分分析