结构工程师之GTC钢结构工程施工技术方案及措施(3)

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$lesson$　　第三节 钢构件的制作工艺

　　GTC 屋顶钢结构工程为单层拱形钢结构，整个屋顶钢结构由14榀钢拱架(含二组伸缩拱架)通过檩条等构件组合而成。拱架南北方向设置，间距为18m。在拱架上部圆弧表面上自中间向二侧(东西向)每间隔6。(同心角)设置主檩条一道，结构中部最宽处设有13道。

　　一、拱架结构

　　1 .本工程拱架是由钢板焊接而成的拱形结构。

　　2 .拱架横截面呈梯形箱形结构如下：

　　1 )上下翼缘板为一等宽的圆弧形板条。

　　2 )由于拱架高度( H 值)沿圆弧弧长在不断变化，因此其腹板为一翘曲的弧形板。

　　3 )纵向加劲肋与腹板接合面为一曲线。

　　4 )拱架下部区域，面积非常窄小，焊接异常困难。

　　二、拱段划分

　　根据拱架外形尺寸及运输条件的许可接结合吊装方案，现将拱架划分成若干个分段。现以某桁架为例进行说明。

　　将该拱架划分为8～14段，单重约10.4～22吨。

　　三、放样与号料

　　按拱架结构图对每个零件进行放样、展开，编制数控切割软盘、号料划线草图、零件配套表及加工检验样板，并注意以下各点。

　　1 .在放样前必须对各零件的焊接收缩变形进行计算，结合本公司在以往各项工程中的经验与记录，确定各零件的收缩变形量进行放样。必要时可在若干个分段的接缝处单侧留有余量，在分段拼装、总装时给予调整、割除，以保证拱架外形尺寸的精度。

　　2 .上下翼缘板及纵向加劲肋上必须划出中心线，便于在切割、弯曲过程中监测、检验零件的变形。

　　3 .在左右腹板展开过程中必须在其外表面同一位置设定一根曲线，腹板加工成形后，该二曲线必须位于同一平面上且垂直于拱架中心面，在制作过程中该线可作为加工检验样板的定位线，亦可作为组装、焊接过程中进行监测、检验组装精度与焊接变形的基准线。

　　4 .纵向加劲肋二边曲线偏差大小，直接关系到拱架制作后的外形质量，因此必须编制每一块纵向加劲肋二边曲线变化的坐标值(型值表)，便于检验该板切割后的曲形偏差。

　　5 .检验样板

　　A 弧形零件加工后，检验样板的弧长不得小于1500mm;

　　B 腹板加工后的检验样板采用三角样板进行检验，沿每一块腹板设置6～7道，间距≤1500mm。

　　6 .在正式号料、切割前必须对所用钢板进行确认

　　A 钢材的牌号与厚度必须符合图纸要求;

　　B 所用钢材必须经过复验，并经本工程监理确认合格;

　　C 若有排版要求，钢板的外形尺寸必须对号入座，以保证各零件尺寸放样的可靠性。

　　四、切割与加工

　　1 )本工程全部零件基本上采用火焰切割、冷加工弯曲成形。

　　2 )零件成形后必须满足下列要求：

　　名称 允许偏差值( mm )

　　外形尺寸 1.5

　　对角线差 2.0

　　曲形 1.5

　　翘曲构件曲形 2.5

　　五、拼装

　　为保证制作精度，根据本公司条件，整个拱架分成左右二大段(即各5小段)在刚性平台上进行组装，各小段之间采用工装板给予临时刚性固定。组装结束并经检验合格后进行打底焊，而后整体送往焊接流水线进行自动焊接。

　　1 .胎架

　　拱架拼装胎架的设计十分重要，胎架模板位置必须达到：保证拱架外形的一致性;有效的增加拱架焊接过程中抗焊接变形的临时刚度;便于在接头部位对相应二端接头加工中各零件偏差的临时调整。

　　整个胎架制作完成后既要便于拱架拼装，又要便于在制作过程中对拱架变形及精度的监控，且具有可操作性。为达到上述目的胎架按下列要求制作。

　　1 )胎架施工基面的考虑拱架拼装采用将拱架侧卧于平台上，其垂直中心面呈水平状态 , 右腹板外表面为与胎架模板的接触面。

　　如此选择有以下优点：

　　A 拱架上下圆弧面在平台上的投影为其真实外形，便于对其变形及外形尺寸的控制;

　　B 拱架接缝位置线在平台上的投影为一直线，便于各分段翼缘板、腹板、纵向加劲肋的准确定位;

　　C 拱架中心面呈水平状态，便于对拱架侧向弯曲的监控和横隔板的定位与测量。

　　2 )胎架模板位置

　　A 胎架模板位置设在每道横格板位置处，由于相邻二格板距离较大在相邻二横格板间增设一道模板;

　　B 各模板沿顶底圆弧向心线方向呈列，使其上工作表面为一直线。

　　3 )基面划线

　　在组装平台上(胎架基面)，必须划出下列各线：

　　a 拱架顶底圆弧线。

　　b 分段接缝位置线。

　　c 模板位置线。

　　d 设立标杆，划出拱架中心面标高线，翼缘板半宽线。

　　以上各线划线误差均不得大于1mm。

　　4) 在平台上树立模板，模板呈垂直状态，底部与平台连接牢固，设置斜撑以增加刚性。

　　5) 将平台上拱架顶底圆弧线移植至模板上，划出相应的位置的上下翼缘板半宽位置线，切割模板。模板划线切割误差均≤ 1mm。

　　2 .组装

　　拱架组装工作在胎架上进行。

　　1 )组装工序如下：

　　在胎架上吊装定位右腹板→划出纵向加劲肋与横格板安装位置线→吊装定位上、下翼缘板、纵向加劲肋与横格板→焊接→吊装左腹板→焊接→检验→划出现场拼装结合线→装焊现场用的拼装工装卡具→解体→送流水线进行自动焊→检查、矫正→验收→喷砂除锈→涂装→发货。

　　2 )组装要求

　　A 右腹板定位必须与胎架工作表面紧贴,间隙≤1mm;

　　B 上、下翼缘板,纵向加劲肋与横隔板定位必须保证其中心线位于同一水平标高上,偏差≤2mm;

　　C 上、下翼缘板、纵向加劲肋与横隔板定位必须保证其垂直度,偏差≤1mm;

　　D 各构件定位,其端部位置必须对准胎架基面上的接缝位置线,偏差≤1mm;

　　E 左腹板定位必须与内部各加劲肋横格板结合面贴紧,间隙≤1.5mm。

　　3 )焊接

　　A 焊接工作必须严格按焊接工艺文件所规定的工序与要求对各焊缝逐一进行焊接;

　　B 拱架解体后各分段进行

　　4 )划线

　　拱架解体前除上、下翼缘板中心线外还必须划出下列各线，以留作现场拼装定位用。

　　5 )解体前现场工装卡具的设计安装必须达到下列要求：

　　A 能快速、简便的进行操作。

　　B 能有效的对各分段接头进行定位，并使接头精度达到工艺要求。

　　C 工装卡具去除后残留工作量少，不影响构件外观质量。

　　六、拱架工厂拼装

　　1 .工厂拼装工序如下：

　　铺设路基板→划线→制作胎架→单侧分段定位→去除接头余量→另一侧分段定位→焊接→验收→装焊吊耳→油漆修补→现场吊装。

　　2 .注意事项：

　　1 )铺设路基板的地面必须夯实、平整，与路基板紧贴;

　　2 )胎架划线与制作可参照上述工艺要求进行施工;

　　3 ) 各分段定位后，必须对上、下翼缘板中心线进行测量与调整，务必使其位于同一水平面上，避免因路基板下沉而带来偏差造成拱架变形;

　　4 )接头余量的划线必须考虑以下各项因素，经综合研究后给予划线、切割。

　　A 各分段实测数据与图示尺寸偏差 .

　　B 现场即将进行的焊接工作可能产生的焊接收缩余量 .

　　七、焊接部位的考虑

　　对局部窄小、难以进行焊接工作的部位和现场接头中纵向加劲肋焊接工作如何进行的考虑：

　　1.分段接头处的上、下翼缘板自接缝向两边各300设置一块嵌补板留待该部位纵向焊后进行装焊;

　　2 .横格板与上、下翼缘板相交处抽空50mm;

　　3 .腹板中部(位于构件中和轴)开设工艺孔，让施工人员入内进行焊接，横格板与下翼缘接缝采用电渣焊;

　　4 .局部窄小处人员确实无法入内进行焊接的部位建议横隔板单边(与左腹板相交侧)外伸至腹板外表面平齐，腹板开槽进行焊接，该处焊缝焊后磨光。

　　八、对于拱架横截面结构形式的建议

　　基于目前本工程拱架外形尺寸及截面形状已经确定而又存在以上诸多的施工困难之现状，在保证原设计建筑风貌的原则下提出如下建议：

　　1 .拱架截面中纵向加劲肋向二侧外伸，腹板分割成2-3块。由于腹板计算长度缩短，且将原一个大梯形截面改变成三个小梯形截面组合，因此可将横隔板取消(不排除局部设置加劲板)。

　　2 .在主檩条与拱架腹板相交部位设置加强板(厚度与檩条同厚)，以作间隔避免部分焊缝重叠。

　　3 .拱架作上述改动后具有以下特点：

　　1 ) 原整块腹板分隔成三块后，对其曲形加工提出了更高的要求，根据本公司综合加工能力，能满足这一要求;施焊的可能，改善了焊接工作环境，有利于焊接质量的提高;动焊设备进行焊接，对焊接质量的提高与保证提供了最大的可能。

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