鋼結(jié)構(gòu)建筑施工實例分析目錄TOC\o"1-3"\h\u27499鋼結(jié)構(gòu)建筑施工實例分析 113656（一）工程概況 127362（二）工程鋼結(jié)構(gòu)加工難點 228609（三）鋼管空間彎曲加工 347031、空間彎曲鋼管幾何分析 3291272、鋼管空間彎曲加工 311512（四）長圓形錐臺小夾角分叉節(jié)點加工 685991、零（部）件下料、坡口 7311872、半圓管加工 753163、節(jié)點裝焊 7（一）工程概況杭州奧體博覽中心主體育場坐落在錢塘江和七甲河匯合口以南，建筑占地82904m2，建筑面積為210110m2；該建筑地上六層、地下一層。主體育場的鋼結(jié)構(gòu)罩棚采用花瓣作為母題，半透明白花瓣肌理來源于絲綢編織而成，像一朵白蓮花，盛開在錢塘江畔，而且里面的紅色紋飾恰似蓮花的花蕊一樣，如圖5.1和圖5.2所示。主體育場是一座特級特大型體育場，可以承辦洲際性、全國性的綜合運動會及國際田徑、足球比賽，固定座位為80011個。圖5.1主體育場全景效果圖圖5.2主體育場立面效果圖鋼結(jié)構(gòu)罩棚采用整體環(huán)狀花瓣形狀，共有28片主、次花瓣組成，花瓣采用空間鋼管桁架+弦支的單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)體系。整個罩棚外沿南北長333m，東西寬285m，最寬處68m，最大懸挑長度為52.5m，最高標(biāo)高59.4m，如圖3所示。罩棚用鋼總量為2.3萬噸。鋼材材質(zhì)分別為Q345C、Q345B，所采用的鋼管桿件截面呈圓形，其中，最大圓鋼管截面規(guī)格為?700×35mm。圖5.3罩棚鋼結(jié)構(gòu)軸測圖（二）工程鋼結(jié)構(gòu)加工難點本工程鋼結(jié)構(gòu)加工主要有以下幾方面難點。1)鋼管空間彎曲加工難度大罩棚花瓣造型的主桁架輪廓為空間曲線，弦桿是由不規(guī)則空間圓心坐標(biāo)點所對應(yīng)不同曲率半徑圓弧擬合得到的空間曲線，主桁架弦桿空間彎曲鋼管的規(guī)格為?450×16mm，?500×25mm，?700×35mm，均屬大直徑厚壁圓鋼管空間彎曲。在這之前空間彎曲鋼管只存在于機械設(shè)備和制造行業(yè)，如鍋爐和空調(diào)等，使用比較普遍，并且截面均較小，目前還沒有可以參考的大直徑厚壁圓鋼管空間彎曲加工的經(jīng)驗，因此，新技術(shù)、新工藝、新方法的發(fā)展勢在必行。2）節(jié)點制作精度要求高，加工難度大鋼結(jié)構(gòu)罩棚花瓣外形主桁架的受力情況比較復(fù)雜，相鄰花瓣以共線方式連接，形成側(cè)向剛度傳遞自然閉合，且共線前，后分叉弦桿之間夾角只有7°左右，這一部位的加工制作難度尤為突出。因此，有必要對該處節(jié)點進行優(yōu)化設(shè)計，對主桁架弦桿共線分叉段的節(jié)點進行調(diào)整，使其成為長圓形錐臺的小角分岔節(jié)點，解決這一節(jié)點存在的難題。這種節(jié)點共14個（JD1、JD2），總重量約為85噸。3）鑄鋼件節(jié)點體量大，規(guī)格多，加工難度大該項目使用的鑄鋼件節(jié)點大約為6000噸，包括有22種類型577個節(jié)點，節(jié)點的最大外形尺寸為3389mm×3330mm×2339mm，重45噸，工程中鑄鋼件節(jié)點的加工是比較困難的。（本文重點介紹鋼管空間彎曲和長圓形錐臺小夾角分叉節(jié)點的加工技術(shù)。）（三）鋼管空間彎曲加工1、空間彎曲鋼管幾何分析分析認為，空間彎曲鋼管在幾何方面的數(shù)學(xué)關(guān)系可視為：沿著空間彎曲鋼管的長度方向，任意相鄰的兩段圓弧都不是位于同一側(cè)面，兩段圓弧所處平面有夾角，稱為“二面角”。沿著空間彎曲鋼管走向，二面角越大，那么，鋼管空間彎曲時，其形狀的復(fù)雜性也會越高。比如：某一空間彎曲鋼管P，采用O面作為分界面，把鋼管劃分成兩段圓弧，分別為OP′和OP"，兩段圓弧所處表面是平面a、b、c、d以及平面A、B、C、D，兩平面間有一夾角α，此夾角就是空間彎曲后鋼管P的二面角。見圖5.4。圖5.4含一個二面角空間彎曲鋼管圖2、鋼管空間彎曲加工1.彎曲成型加工方法選擇根據(jù)鋼管彎曲曲率半徑（R）與鋼管直徑（D）的比值來選擇加工方法。（1）在R/D<20時，采用中頻彎為基礎(chǔ)的熱成形加工工藝。（2）R/D≥20時采用油壓機（配置專用模具）逐步式模壓成形的加工方式。2.二面角轉(zhuǎn)換主桁架弦桿空間彎曲鋼管鄰近圓弧段二面角相對較?。ɑ旧希?°），鋼管空間彎曲加工中，要想精確測出需要轉(zhuǎn)動的二面角是很困難的，所以，在深化設(shè)計中，把空間彎曲鋼管上需要轉(zhuǎn)動的二面角度數(shù)換算成相應(yīng)圓弧長度（分界面處圓弧長度）。比如，某主桁架弦桿的某一段長度為14022mm的空間彎曲鋼管，沿著鋼管的長度方向由六段圓弧段組成，分別為圓弧段B1-28、S115、B2-44、S116、B1-29和S117，在該空間彎曲鋼管的詳圖設(shè)計過程中，預(yù)置圓弧段S116作為基準(zhǔn)段，S116段兩側(cè)每個圓弧段需要轉(zhuǎn)動的二面角大小，換算為相應(yīng)弧長（二面角換算成相應(yīng)的弧長值），見圖5.5。圖5.5二面角轉(zhuǎn)換弧長圖3.鋼管空間彎曲加工（1）中頻彎在鋼管中進行頻彎和空間彎曲的處理方法如下：首先對第一段鋼管加熱、彎曲，第一部分處理完成后，待彎部分鋼管圍繞中心線轉(zhuǎn)動二面角，同時，依據(jù)加工圓弧段的半徑對轉(zhuǎn)臂的位置進行轉(zhuǎn)換，然后對待彎圓弧段彎曲處理；以此類推完成鋼管表面全部圓弧段成型，實現(xiàn)了設(shè)計外形?？臻g彎曲鋼管在其長度方向的各個圓弧段的過渡要平滑。在中頻彎曲加工中，加熱溫度在850°C~950°C之間，彎曲開始時，需要持續(xù)不斷的進行，每個圓弧都要一次成型，切忌半途而廢。彎曲速度的大小可以取決于所彎曲鋼管的曲率半徑的大小、材質(zhì)及截面尺寸，在5~105～10cm/min。中頻彎處理后采用強制空氣冷卻的方法，禁止用水進行激冷處理，加工見圖5.6。（2）逐步式模壓成形1）模壓模具逐步式模壓成形的模具是由上模及下模組成，其中上模1對、下模2對，如圖5.7所示。實證表明，如果模壓模具的設(shè)計不合適，鋼管被強制壓彎后，不但進給量大，難度大，且受壓截面易產(chǎn)生橢圓，因此，在模壓模具的設(shè)計中，將轉(zhuǎn)動軸和杠桿相互作用的結(jié)構(gòu)原理巧妙融合在一起，設(shè)計為天然的可調(diào)式結(jié)構(gòu)。見圖5.8。圖5.6中頻彎曲加工圖圖5.7模壓彎曲加工圖(a)進給狀態(tài)(b)工作狀態(tài)圖5.8模壓模具（下模）示意圖2）逐步式模壓加工在油壓機中放入預(yù)制模具，依據(jù)彎曲鋼管的每個圓弧的曲率半徑，分別對上模要求的最大行程及下模要求設(shè)定間距進行了計算，并進行了調(diào)試，與油壓機的上、下工作平臺固連，再打開油壓機，對鋼管的各個圓弧段按照順序彎曲，空間彎曲鋼管在逐步式模壓時，其各個圓弧段在長度方向的過渡要平滑。在圓弧彎曲加工過程中，要分幾次進行逐漸壓彎，一般分四~五次，下壓量計算方法如表1所示。模具下壓每次鋼管進給量在500~700mm之間。表1鋼管模壓下壓量的計算表分四次成型第一次第二次第三次第四次—H/3H/3H/6H/6—分五次成型第一次第二次第三次第四次第五次H/3H/3H/6H/12H/12注：H為壓彎鋼管弧長范圍內(nèi)的總壓下量。4.拼接（1）拼接項目主桁架弦桿空間彎曲鋼管的處理，需要拼接到運輸?shù)拈L度，由于鋼管在空間上是曲線，拼接是在特制的胎架上完成的，其工序為：1）劃線將地樣線釋放至平臺，所述地樣線用于放置待拼合的空間彎曲鋼管，包括一條具有中心線的投影線、端面位置線、支撐胎架的模板線等，以及建立基準(zhǔn)，將空間彎曲鋼管中每個空間點坐標(biāo)位置標(biāo)高線分別標(biāo)注于基準(zhǔn)。2）設(shè)置胎架將地樣線作為胎架安裝的基準(zhǔn)，胎架模板上口接觸面的高度與待拼鋼管空間點的坐標(biāo)所處管壁外側(cè)相吻合，也就是胎架模板圓心連線應(yīng)是待拼空間彎曲鋼管的中心線，從而可以通過觀察管壁外表面和胎架接觸面，判斷空間彎曲鋼管加工精度。同時胎架的設(shè)置也要滿足拼接要求，比如操作便捷，能夠承受一定的重量。3）拼接用行車把每個空間的彎曲鋼管段按順序吊在胎架上進行調(diào)節(jié)、定位和固定。在前面一根鋼管被固定之后，在等待拼接下一根相鄰的鋼管之前，需要將待拼接的鋼管壓轉(zhuǎn)二面角后再進行固定；這樣以此類推完成所述空間彎曲鋼管的拼接工作，見圖5.9。圖5.9空間彎曲鋼管拼接圖5.焊接、檢測及矯正（1）焊接鋼管拼接采用CO2氣體保護焊方式，每條拼接焊縫由2名持證書合格的焊工同時進行對稱施焊，其工藝參數(shù)如表2所示。表2焊接工藝參數(shù)表序號焊層焊絲牌號焊絲直徑/mm焊接電流/A焊接電壓/V焊接速度/mm/min氣體流量/L/min1打底E501T-1（藥芯焊絲）?1.2220～24025～30260～37020～252填充260～30028～34360～43024～303蓋面240～28026～30280～38020～28（2）檢測及矯正鋼管的每一條拼接焊縫焊后，需要對其外形尺寸及各個空間點坐標(biāo)進行檢測復(fù)測。目前，鋼管為空間曲線，通常的方法難以精確測定，尤其是每個空間點的坐標(biāo)。所以，拼接空間彎曲鋼管，采用“回胎復(fù)測”技術(shù)方法，判斷有無超差的焊接變形，然后加以糾正，糾正的方式采用局部加熱法，直到每個空間點的坐標(biāo)完全吻合為止。（四）長圓形錐臺小夾角分叉節(jié)點加工鋼結(jié)構(gòu)罩棚花瓣外形主桁架的受力情況比較復(fù)雜，相鄰花瓣以共線方式連接，形成側(cè)向剛度傳遞自然閉合，且共線前，后分叉弦桿之間夾角只有7°左右，如取鋼管相貫，不但焊縫太長，也不能滿足結(jié)構(gòu)受力的要求，為此，對該處進行了節(jié)點的優(yōu)化設(shè)計，主桁架弦桿共線分岔段的結(jié)點被優(yōu)化成長圓形錐臺的小角分岔結(jié)點，如圖5.10所示。節(jié)點由半圓管與鋼板組合而成，外形尺寸為5923mm×1411mm×650mm，重約6.2噸，如圖5.11所示。節(jié)點（JD）節(jié)點（JD）（a）節(jié)點軸側(cè)視圖（b）節(jié)點分解圖圖5.10焊接節(jié)點在結(jié)構(gòu)中位置圖5.11焊接節(jié)點圖節(jié)點工廠可以劃分為各個板件加工及節(jié)點裝焊兩個環(huán)節(jié)，處理的整體順序是先處理零（部）件，再進行整體裝配，當(dāng)節(jié)點裝焊完成后，遵循先內(nèi)部、再外部的一般原則，對節(jié)點的焊接變形進行了有效的控制，保證了加工精度滿足設(shè)計要求，采取了以下加工方法：1、零（部）件下料、坡口構(gòu)成節(jié)點鋼板的下料采用數(shù)控切割方式，根據(jù)需要的加工坡口，將坡口后處理表面磨成金屬本色。2、半圓管加工節(jié)點兩側(cè)半圓管截面直徑?550×35mm，長度5617mm。保證半圓管的加工準(zhǔn)確性，加工采用先整圓成形以及整形合格后剖為兩半圓管等技術(shù)方法。3、節(jié)點裝焊（1）節(jié)點組裝工藝流程節(jié)點組裝工藝流程見圖5.12。=1\*GB3①內(nèi)部（斜）勁板與梯形蓋板組裝=2\*GB3②橢圓端板和環(huán)形勁板組裝=3\*GB3③兩側(cè)半圓弧管組裝=4\*GB3④端部桁架鋼管連接板裝焊組裝圖5.12節(jié)點組裝工藝流程圖（2）節(jié)點焊接1）設(shè)計圖對節(jié)點焊縫要求=1\*GB3①節(jié)點兩側(cè)半圓弧管與梯形蓋板之間焊縫質(zhì)量等級為全熔透一級；節(jié)點兩邊半圓弧管和梯形蓋板的焊縫質(zhì)量級別均為全熔透一級；=2\*GB3②橢圓端板