淺談管桁架結構制作技術

【摘 要】本文以新加坡樟宜機場機庫屋面管桁架制作為例，結合中外標準，就該類鋼結構在特殊節點制作、桁架預拼裝等問題進行探討和研究。

【關鍵詞】管桁架結構；相貫連接；制作；預拼裝

1、概述

1.1 工程概述

新加坡樟宜機場屋面主體結構設計采用了管桁架結構。由17(含6榀邊桁架)榀主桁架和7榀次桁架交叉組成。中部主桁架上弦變坡，下弦水平，上下弦矢高端部最小為4200mm，中間最大高度為6500mm。其鋼管均為無縫鋼管，鋼管最大φ457*16。重達2000t。

圖1 A380機庫的結構模型圖

屋面鋼桁架空間桿件交錯，連接節點復雜，原設計采用節點相貫連接形式。

1.2 主要節點示意

典型相貫節點

2 制作重點與難點

2.1 本工程存在大量的相貫節點，節點復雜處最多相貫支管數量達14支；因此連接節點的優選是關系到本工程制作、拼裝和安裝重點技術問題。

2.2 需要解決超長（96m）超寬（6.5m）起拱后，節點連接精度的技術；起拱值最大達到400mm；

3 連接節點優選

經過對本工程在節點和現場連接上多種方案的對比與分析，選擇以下節點連接方式，以利于現場定位及拼裝，并減少現場焊接工作量。

節點現場連接方式優點

管管相貫、相貫+

板連接（復雜節點）定位法蘭連接+

對接內襯有利于空間定位，和拼裝的臨時穩定和精度的保證較少焊接量。

4 重點制作技術

4.1 工藝加工流程

材料進場檢驗→排版與放樣、噴砂除銹預處理→下料→接料→切割→分心→彎管→修整→凈料→次管、法蘭相貫裝配→焊接→矯正→驗收→預拼裝→噴漆→標識

4.2 鋼管預處理

本工程腹桿（需相貫線切割的鋼管）采取制作前防腐預處理，在鋼管拋丸機內進行除銹（除銹等級為設計等級）和涂裝一遍底漆（漆膜厚度不小于30μm）。

4.3 放樣與下料

相貫線放樣采用HOPE自動下料系統進行計算機精密放樣與切割編程；編程時充分考慮安裝順序、間隙、軸線/兩面角度和焊接方法等。

桁架上、下弦主管需接料應錯開節點500mm以上接料，并同一主弦桿上的接料至少避開相貫節點500mm，所有桁架腹桿不允許接料。

4.4 切割

4.4.1 次管相貫線切割

為保證構件加工精度，相貫線切割采用六軸數控相貫切割機進行。薄板（＜≥12mm）采用等離子切割，中厚板（≥12mm）采用火焰切割；

切割前，檢查切割程序和鋼管規格、長度是否統一；切割過程中，始終保持切割支架調平狀態。尤其是相鄰程序開始啟動時，必須依據切割機仿形后數據進行調整，以保證切割的準確性；切割后，根據程序放樣圖對腹桿相貫線口型進行檢查；

相貫線切割過程

4.4.2 主管采用仿形管子切割機切割，鋼板等零件切割采用數控切割。

4.5 主管加工

4.5.1 彎管

彎管前分中線，對鋼管進行分心，確定4條象限中心（0°，90°，180°，270°）；檢驗鋼管延長度方向的自然側彎狀態（在操作平臺上，利用水平尺和鉛墜檢測），并以自然彎曲所處的鋼管象限中心面定義為此鋼管彎曲成型的截面象限中心（90°，270°）。

本工程曲率半徑＞20m，采用液壓冷彎機進行彎制（如下圖示）；彎管根據試驗確定不同曲率半徑的液壓行程，按液壓行程延彎管周長方向@300～500步距進行彎制，彎曲時，逐步采用2m長弧度樣板進行檢驗；彎曲時，時刻保證鋼管截面象限中心（90°，270°）始終保持水平，且必須與彎管機卡胎中心重合；

鋼管液壓冷彎與檢驗

4.5.2 依地樣修整和對接

鋼管彎制完成后，進行依地樣檢查、修整、對接和劃線凈尺；地胎抄平與打地樣，地樣偏差為≤1mm； 4.5.3 主管標記（打心、構件鋼印與標識）

主管4條中心按5點/@1000進行樣沖標記；對彎制合格的構件進行構件零件編號的鋼印打制；

4.6 相貫節點管的組裝

4.6.1 以主管為基準管，在平臺上先以地樣就位主管后，再以次管和主管空間相對尺寸為坐標定位次管。

4.6.2 在平臺上放出桁架主管與腹桿的控制尺寸線（實際抬高的模型尺寸），在尺寸線上焊接管托。見下圖所示。組裝時嚴格按底樣尺寸進行組裝，必須保證各管接頭斷口尺寸到主管中心線的尺寸。

主管定位

4.6.3 主桁架組裝完后組裝次桁架管接頭時，先將此桁架管接頭位置畫出，按空間模型量出的尺寸控制次桁架管接頭的空間角度及尺寸如下圖所示：

局部次管與主管的相對位置關系

4.6.4 最后在進行短支管端口法蘭的裝配。

4.7 焊接與檢驗

4.7.1 焊接局部節點示意和焊縫高度，如下圖所示，焊接時按照四分區法進行焊接和驗收。進行超聲波無損檢測時，須對不同的焊接分區進行計算機輔助截面放樣確定缺陷定位和探頭的選擇，由于本工程相貫角度較小一般選擇60度和70度的探頭。

相貫焊縫四分區與焊縫尺寸

4.7.2 焊接工藝參數

CO2氣體保護焊焊接參數

4.8 焊后矯正

焊接后的矯正采用火焰矯正，矯正方法為點矯正和瓜瓣型矯正；

4.9 整體尺寸檢驗

矯正后進行整體驗收，整體檢驗時注意實際起拱量和設計圖紙之間的變化。整體檢驗必要對相貫各支管間進行全面檢驗，即角度、特征點間距，扭曲、法蘭與支管的垂直度，總長等進行逐一檢測；

4.10 預拼裝

4.10.1 采用平面臥拼，在拼裝胎架上，按圖紙尺寸將桁架的幾何中心線劃出，將每個軸線的交點打上樣沖眼并用油漆筆標記。劃出桁架起拱抬高線，胎架采用H型鋼鋪設，間隔按拼裝接口位置定，每個接口處放兩根，兩接口中間放一根。每兩個H型鋼之間進行連接，以保證平臺整體的穩定性，平臺上平面離地面高度不小于500mm，寬度按桁架實際寬度搭設平臺。用水準儀測量各H型鋼的頂面標高達到一致，水平高差≤3mm，超差的部位用墊鐵進行調整。調整好用“┓”鐵和斜拉條將H型鋼進行固定，具體見下圖示。

拼裝胎具加固措施

4.10.2 在胎架上畫出的桁架幾何中心線位置焊接主管管托（采用薄鋼板，用數控切割而成）見下圖所示。管托應錯開節點位置500mm以上。

胎架上臨時固定用的管托

4.10.3 拼裝時應先拼裝桁架的上弦和下弦，待調整好間距后再將各腹桿逐個拼裝。調整好各腹桿的間隙和尺寸后，進行驗收。

4.10.4 拼裝驗收后，對各合格的拼裝接口按排版圖進行編號，并打上鋼印。對所有的拼裝記錄要記錄好隨交工資料帶走。

4.10.5 重點在大跨構件的預起拱，且保證不同位置的桁架的不同的起拱要求（因為屋面加載后偏心），并考慮相鄰構件因起拱而引起的構件的連接偏差（此處次桿節點留活節點）。

桁架整體拼裝（96m）

4.11 噴漆、標識

4.11.1 本工程采用INTERNATIONAL 油漆，新加坡常年溫度較高，而在我國加工構件的涂刷及儲存環境與現場環境反差太大，為避免溫差而使油漆變化，必須采取有效措施。控制的關鍵是在有限工期內能夠最大限度的讓油漆自然晾干，并保持涂刷室內溫度穩定。為此，在涂刷場地增設加熱源，保證室內外、晝夜溫差較小，時時進行測溫控制，并擴大涂刷場地，避免構件摞壓而造成的不易風干。

桿件噴漆

4.11.2 成品標識內容包括：構件號、重量、安裝中心線、色環標識；構件號字體大于25mm，字體統一、清晰；且標注在鋼管一端300范圍內；

根據整個屋面桁架施工分區（6個分區）的不同，采用6種不同顏色色環進行區分，在構件端頭刷色環并按照詳圖構件號進行編號，以便分區裝卸和施工挑料。

5 總結

本工程對管桁架結構進行了連接節點優選，克服了特殊節點加工、桁架預拼裝等重難點，結合中外標準，為此類管桁架結構的施工提供了大量成熟經驗，并得到了新加坡業主的高度贊賞，為中國鋼結構在海外施工擴展留下重重精彩一筆。

參考文獻：

[1]鋼結構設計規范GB50017—2003

[2]碳素結構鋼GBT700-2006

[3]低合金高強度結構鋼GBT1591-1994

[4]鋼結構施工驗收規范 GB50205- 2001

[5]英國鋼結構設計規范BS5950-1990

[6]熱軋結構鋼交貨技術條件EN10025: 2004

[7]新加坡國家產品質量說明-鋼結構篇 NPQS C5-10

[8]BC 1: 2008 Design Guide on Use of Alternative Steel Materials to BS 5950

[9]建筑鋼結構施工手冊 "中國鋼結構協會"(作者)" 出版社:"中國計劃出版社; 第1版 (2002年5月1日)