承德奥林匹克中心体育馆管结构加工制作分析及解决措施

唐国财 李芬红 唐文才 李志锋

中图分类号：TU391文献标识码：A 文章编号：

一、钢结构概况

1、钢结构结构概况及构件特征

承德市奥林匹克体育中心体育馆上部钢结构为中国建筑设计院设计，外形为“圆角正方形”，标高19.050以上为钢结构屋盖，下部为混凝土结构，总建筑高度为25.5米。钢结构屋盖采用空间钢管桁架组成受力体系，其 10榀三角形主桁架之间有若干次桁架连接，组成稳定的空间结构体系，其中最大跨度主桁架为108.422米。体育馆为保证节省成本、受力合理，对于圆管直径小于等于Φ114mm采用Q235B的无缝钢管，直径大于Φ114mm采用Q345B材质，钢管通过相贯线焊接，组成三角形立体桁架。在焊缝重叠较多、受力集中区域的节点采用钢铸件，确保受力合理、结构安全。本项目钢构件须抛丸除锈、涂防腐漆，受力构件须按照设计要求做防火处理，并且按照要求做防雷措施。

2、钢结构典型节点连接形式

支座节点 圆管相贯节点

二、钢结构加工制作的难点、重点及解决策略

1、相贯线下料——重点

承德市奥林匹克体育中心体育馆钢结构中，多管相贯的节点很多，最多的节点有7根管件，下面为该工程中的几个典型节点：

主次桁架相交处相贯节点腹杆与主、次桁架上弦相贯节点

这些节点的制作中，切割相贯线管口的相贯性、杆件的长度、焊接收缩等因素直接影响到工程的整体质量，因此，如何准确地下料，保证装配精度是本工程加工制作的重点。

解决策略：用X-steel或AUTOCAD软件建立三维线框模型，将此模型转换成DXF格式，并将此文件输入WIN3D设计软件对相贯杆件进行相贯线分析，将分析后的数据在PIPE-COAST软件中将各种杆件事先确定好的焊接收缩余量及机械切割余量输入；再按照制作要领选择正确的加工设备，切割速度、坡口角度等工艺因素，先生成单根管件的加工指令，然后再根据材料规格进行合理的套料，将放样程序下发车间，分批切割下料。

2、多根杆件相贯的构件制作——重点

本工程中，次桁架弦杆、腹杆在多处有多根与主桁架弦杆相贯，在这样的部位，相贯线焊接处容易发生焊缝相碰故而产生应力集中，影响加工质量。

解决对策：在深化前必须精确考虑相贯节点部分的几何尺寸，根据要求准确出图，在加工制作时严格按照加工图切割构件，严格按照尺寸要求综合考虑加工成型效果和构件质量，以确保工程质量。

三、管结构加工制作工艺

1、管结构加工制作工艺流程编制

2、钢结构制作分段

1）制作分段原则

根据设计图纸中桁架构件的几何尺寸，若工厂把桁架制作好，则无法满足运输要求，为满足运输要求，工厂在加工制作杆件时考虑弦杆长度为12~14m,腹杆相贯线切割好后散件发货，到施工现场拼装，在加工制作时需对杆件进行合理分段，分段基本遵循以下原则：1、工厂制作分段时考虑合理性和经济性；2、满足现场安装要求；3、单体散件的重量和运输条件要求；4、各种技术规范和设计要求等。

2）制作分段方案

针对本工程，结合现场吊装拼装长度要求和运输条件，对杆件合理分段，对杆件进行分段。

3）分段处节点方案

考虑桁架现场拼装时不致错位，在工厂加工时在拼接位置处对拼接节点处开设工艺坡口并焊接四耳板，作为对接时连接耳板，桁架在现场对接后将耳板割除磨平。桁架上下弦杆钢管与钢管之间的对接，根据设计规定，在钢管内部设置内衬管，钢管段就位后，把紧对接器，将主管之间进行固定，如下图所示：

等径同厚管对接示意图

4、圆管相贯线的下料

1）杆件切割长度的确定：

通过试验确定各种规格的杆件预留的焊接收缩量，在计算钢管的断料长度时计入预留的焊接收缩量；

2） 切割程序的编制

数控相贯线切割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进行切割，依据深化人员提供的GCD文件，在数控相贯线切割机上编程，生成相应的相贯下料图，调整无误后点火切割下料。

3）切割相贯线管口的检验：

通过计算机把相贯线的展开图在透明的塑料薄膜上按1：1绘制成检验用的样板，样板上标明管件的编号。检验时将样板根据“上、下、左、右”线标志紧贴在相贯线管口，检验吻合程度。

4）切割长度的检验

将PIPE-COAST软件自动生成的杆件加工图形打印出来交车间及质检部门，车间操作人员和检验人员按图形中的长度对完成切割的每根杆件进行检查，并填表记录。

5、管件的对接工艺措施

所有管件应尽最大长度下料，若需拼接，应符合设计要求，钢管杆件节间间最多可设一个拼接接头，拼接位置应留在内力较小处，一般接头位于节间长度1/3附近。

钢管与钢管之间的对接，内设衬管，对接在专用的钢管对接胎架上进行。

6、桁架预拼装

1）桁架概况

根据本工程特点，在满足现场吊装及运输的情况下，桁架按照“各拼装单元均应尽量在工厂内焊接完成”的原则。为了保证现场的桁架拼装、桁架与预埋组合件的安装精度。构件是否满足安装质量要求，从而进行拼装。

2）拼装工艺流程

(1) 场地准备

工厂拼装场地选用长100m，宽28m的露天场地，配有2台32吨的龙门吊,其轨距26m,场地两边设置汽车装卸区，场地旁为汽车通道，方便运货车及汽车吊行驶。地面为承载力达12T/m2混凝土地面，长100m,宽28m，并埋有按一定间距布置的预埋钢板，用于固定拼装胎架。

(2) 拼装流程

拼装胎架搭设地样线划制预拼装胎架安装拼装构件组对腹杆的拼装校对杆件位置 构件测量 标记

3）预拼装质量控制措施

对钢桁架拼装的检测需采用全站仪和水准仪对构件上的控制点（两端中心点和中间部位每隔2000mm取一点）进行测量，测得的数据再与理论的数值相比较，从而得到构件控制点的垂直坐标的精度；控制点的水平精度通过在控制点挂线锤与平台上的位置点吻合情况来控制。

制作胎架之前，必须用水平仪全面测量平台基准面的水平，并做好记录，根据数据及实际情况，确定测量基准面的位置，并做好标志。在确定支架点的高度时将该点的测量值考虑其中，标高误差≤±3.0mm。用全站仪测量胎架的垂直度，垂直度≤h/1000，且不大于5mm，主要控制点为定位点的标高。

组对定位采用全站仪对桁架各个节点的坐标进行精确定位。

桁架在胎架上拼装完成后，解除桁架上的所有约束，使桁架处于自由状态，并在此状态下测量桁架的各项尺寸。

在确定拼装准确无误后，对每个钢管分段处拼装接头处作好安装标记：在距离节头中心各150mm处的两相邻面内划出安装标记线，并用洋冲冲眼，然后再在钢管四面上焊接安装耳板。如下：

圆管构件标记

四、结语

本工程作为承德市的重点工程，工期短，但政府投入资金少，设计院设计比较经济，杆件几乎囊括了Φ114mm~Φ425mm之间所有的常规管，这给采购、加工和安装带来了很多困难，特别是车间加工，针对这种情况，对本工程的加工制作做了上述的加工分析及处理措施，确保了工程的顺利进行。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。