某體育館鋼桁架的制作與安裝

***中心體育館和休閑中心鋼桁架的制作與安裝【摘要】大跨度鋼桁架的制作與安裝工藝，闡述詳圖設(shè)計(jì)、預(yù)拼裝和低應(yīng)力狀態(tài)下焊接質(zhì)量控制等方法；運(yùn)用ansys計(jì)算軟件分析大跨度桁架吊裝時(shí)應(yīng)力變形及支架模型的應(yīng)力變形，確保結(jié)構(gòu)安全?！娟P(guān)鍵詞】大跨度；桁架；制作；安裝；1工程介紹休閑中心和體育館鋼結(jié)構(gòu)屋蓋部分采用雙向斜交平面桁架拱系，桁架拱采用管管相貫焊接。屋蓋桁架由平行的主桁架（XZHJ-*）及放射狀的次桁架（XHHJ-*）兩兩相交組成。屋蓋邊界處有一道環(huán)向邊桁架（XBHJ-*）進(jìn)行封閉，結(jié)構(gòu)形成一個(gè)穩(wěn)定剛體。主桁架（XZHJ-*）為平面弧形桁架,上下弦桿管為φ273*7mm，腹桿為180*5mm，下弦桿為彎弧桿件。次桁架（XHHJ-*）為平面折彎桁架,上下弦桿管為φ273*7mm，腹桿為180*5mm。鋼管均為無縫鋼管，材質(zhì)為Q345B。本工程的顯著特點(diǎn)及難點(diǎn)：整體設(shè)計(jì)新穎。屋架整體成平滑的曲線形，屋架十字支撐構(gòu)造新穎，安裝后需保持與屋架一致的曲線形。結(jié)構(gòu)跨度大，施工現(xiàn)場吊裝情況復(fù)雜，休閑中心最大跨度達(dá)106米，體育館跨度也達(dá)到85米，現(xiàn)場吊裝難度非常之大，這也是此工程的最大一難點(diǎn)。施工標(biāo)準(zhǔn)高、焊接難度大。標(biāo)準(zhǔn)高表現(xiàn)在桿件加工精度要求高。為了保證屋架的藝術(shù)效果，各桿件不僅下料長度偏差小，而且桿件接頭處曲面應(yīng)嚴(yán)絲合縫，全是相貫接口，因此焊接又是此工程的又一難點(diǎn)。圖1鋼結(jié)構(gòu)屋蓋效果圖2桁架制作2.1詳圖設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)院提供的外形尺寸、節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)和桿件表，使用X-steel鋼結(jié)構(gòu)詳圖設(shè)計(jì)軟件和Autocad計(jì)算機(jī)繪圖程序，對桁架進(jìn)行了合理分割以及節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。將整個(gè)主體結(jié)構(gòu)分解成各個(gè)單獨(dú)的桿件和單元件，并分別進(jìn)行繪制。施工圖設(shè)計(jì)主要包括以下內(nèi)容：節(jié)點(diǎn)拼裝總圖、節(jié)點(diǎn)拼裝順序圖、桿件圖、節(jié)點(diǎn)圖及材料明細(xì)表等。2.2下料切割本工程屋面主體結(jié)構(gòu)部分為鋼管，且構(gòu)件節(jié)點(diǎn)處的桿件均為相貫連接節(jié)點(diǎn)，所以鋼管的相貫線切割是本工程的一個(gè)重要部分，根據(jù)工期要求及切割工藝的要求，采用2臺(tái)先進(jìn)數(shù)控管子馬鞍形切割機(jī)，該設(shè)備具有切斷與開坡口一次完成的全自動(dòng)切割功能，大大提高了相貫焊縫的坡口質(zhì)量。為后期桁架組對焊接提供了保障。2.3構(gòu)件拼裝編制拼裝作業(yè)指導(dǎo)書。桁架全部采取平放位置拼裝，制作出與其相合攏的桁架側(cè)面樣板，檢查合攏情況。拼胎座采用臨時(shí)剛性胎架，以坐標(biāo)點(diǎn)為轉(zhuǎn)換基準(zhǔn)進(jìn)行放線及靠模定位；用正式連接板進(jìn)行構(gòu)件連接固定。檢查項(xiàng)目包括：軸線偏差；接口的間隙與錯(cuò)邊量；桿件的長度、側(cè)彎與翹曲；牛腿的長度與角度；拼裝單元的長度。平面桁架組拼，需在胎具上用卡具固定平面桁架組拼，需在胎具上用卡具固定兩端設(shè)置固定模板，保證主弦桿尺寸精度圖2組拼大樣2.4焊接①焊接順序?qū)ι舷孪覘U按立焊->平焊->仰焊的順序進(jìn)行；對上下弦桿與腹桿的接口依據(jù)測量結(jié)果安排焊接次序，通常先進(jìn)行腹桿與下弦的焊接，再進(jìn)行腹桿與上弦的焊接，并跟蹤測量，以便通過調(diào)整焊接順序控制變形。②焊縫坡口主要形式對于管管相貫焊縫，當(dāng)支管與主管夾角α在55°~125°時(shí)，為全熔透焊縫，選用單邊V型坡口，當(dāng)支管與主管夾角α<55°或α>125°時(shí)，部分采用熔透焊縫、部分采用角焊縫，熔透焊縫坡口，狀及尺寸如圖：圖3相貫坡口形式③焊接質(zhì)量控制依據(jù)焊接工藝評定結(jié)果對不同焊縫進(jìn)行遠(yuǎn)程電流調(diào)節(jié)，采用多層多焊道和分段退焊工藝，減少焊接應(yīng)力；采取對稱焊、連續(xù)焊、預(yù)熱、焊后石棉布包裹等措施，避免焊接時(shí)延遲裂紋的產(chǎn)生；對于剛度大、板厚、焊接空間狹窄等特殊部位，選擇優(yōu)秀焊工，并在焊接工程師的監(jiān)控下進(jìn)行焊接，減少不必要的返修。3桁架安裝最為本工程的最大的一個(gè)難點(diǎn)，選用合理優(yōu)化的安裝方案是此工程的重中之重。本工程屋蓋外形為弧形屋蓋,為空間大跨度曲面，整個(gè)屋蓋的長度、寬度都非常之大，整個(gè)屋蓋在現(xiàn)場若需進(jìn)行整體吊裝是不可能的。所以，確定合適的安裝方案將顯得格外重要，根據(jù)屋蓋結(jié)構(gòu)的特殊性以及現(xiàn)場的具體施工條件并結(jié)合以往用于其它類似大型鋼結(jié)構(gòu)的實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)，我們將采用現(xiàn)場拼裝，分段吊裝的方案來完成整個(gè)屋蓋的現(xiàn)場安裝。3.1模型計(jì)算運(yùn)用ansys計(jì)算軟件分析構(gòu)件的應(yīng)力及變形，從而確定桁架最合理的分段位置以及臨時(shí)安裝支承胎架（TJ*）的位置。①起吊狀態(tài)驗(yàn)算圖4起吊狀態(tài)計(jì)算模型圖5桁架豎向變形驗(yàn)算（mm）圖6桁架面外變形分布圖（mm）圖7桁架構(gòu)件應(yīng)力分布圖（N/mm2）圖8桁架構(gòu)件穩(wěn)定驗(yàn)算應(yīng)力比分布圖圖9吊索拉力計(jì)算結(jié)果（kN）②桁架就位狀態(tài)驗(yàn)算結(jié)果（方法類似①）結(jié)論:本工程最長桁架為106米，最大分段的桁架長度為56米，通過計(jì)算結(jié)果分析，吊裝過程中及就位后的桁架豎向變形、面外變形、應(yīng)力及穩(wěn)定性均滿足設(shè)計(jì)及施工要求。同時(shí)通過分段的位置確定臨時(shí)安裝支承胎架（TJ*）的位置。③臨時(shí)安裝支承胎架（TJ*）的模型計(jì)算圖10臨時(shí)支承胎架計(jì)算模型臨時(shí)支承胎架簡化為一根24m高懸臂格構(gòu)柱，橫截面邊長為1500mm×1500mm。通過計(jì)算結(jié)果可知，胎架變形、強(qiáng)度及穩(wěn)定均滿足規(guī)范控制要求，可以滿足安裝過程需要。④安裝過程中的計(jì)算分析按照先吊裝主桁架，再吊裝聯(lián)系桁架（次桁架）的思路，每吊完2榀主桁架后立即吊裝其間的聯(lián)系桁架，使之形成一空間體系，并運(yùn)用ansys軟件計(jì)算分析，確保其安裝進(jìn)度及結(jié)構(gòu)安全。圖11桁架計(jì)算模型1圖11桁架計(jì)算模型23.2安裝過程①現(xiàn)場桁架拼裝:胎架經(jīng)過驗(yàn)收合格后才可用于拼裝屋架，首先用吊車把構(gòu)件放在胎架上，按照桁架施工詳圖固定桿件的位置。如果桿件加工曲線偏差超過允許范圍時(shí)，允許加熱矯正桿件，但加熱溫度嚴(yán)禁超過正火溫度(900℃)。加熱矯正后的桿件需緩慢冷卻。然后施焊上下弦桿件接頭。最后拼裝腹件、上下弦間支撐，先點(diǎn)焊后全面施焊。焊工應(yīng)經(jīng)過考試合格并取得合格證后方可施焊。②桁架吊裝:桁架跨度小于或等于18m時(shí)，綁扎兩點(diǎn)即可，大于18m時(shí)需綁扎四點(diǎn)以上。最長桁架長度約60m，布置4個(gè)吊點(diǎn)，吊點(diǎn)間距8m左右，吊鉤中心對準(zhǔn)屋架中心，吊索左右間距基本一致，為使各吊索受力均勻，吊索用滑輪串通。利用手動(dòng)葫蘆可調(diào)整倒鏈長度的工作性能，現(xiàn)布置兩個(gè)手動(dòng)葫蘆，分別獨(dú)立牽引弦桿件節(jié)點(diǎn)，待桁架從地面吊起后緩慢調(diào)整倒鏈長度，使桁架升高或降低，從而實(shí)現(xiàn)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個(gè)萬向膠支座與基礎(chǔ)連接，在分段吊裝過程中，就需要在臨時(shí)安裝支承胎架用型鋼制作一個(gè)假支座來臨時(shí)固定分段桁架，待整體吊裝完畢后再拆除臨時(shí)安裝支承胎架上的假支座。就位過程中，采用2臺(tái)全站儀全程跟蹤，利用建立好的測量控制網(wǎng)，來對桁架進(jìn)行定位。4結(jié)束語大跨度雙向斜交平面桁架拱結(jié)構(gòu)體系，大大的拓展了上部的空間，桿件