弧形管桁架相貫線切割及跨外吊裝施工方法

安 東 風

(太原師范學院基建辦,山西 太原 030012)

弧形管桁架相貫線切割及跨外吊裝施工方法

安 東 風

(太原師范學院基建辦,山西 太原 030012)

論述了弧形管桁架相貫線切割及跨外吊裝施工的工藝原理，對弧形桁架切割、弧度控制、拼裝焊接作業、桁架拼裝等技術進行了介紹，實施效果表明：通過該施工工藝，取得了良好的施工效果。

弧形管桁架相貫線切割，跨外吊裝，拼裝

對于倒三角“橄欖”狀鋼管桁架體系，在普通管桁架的基礎上，形狀進行了變異，桁架整體呈多方向弧度變化，鋼管進行多項弧變，管與管之間相貫坡口連接，吊裝難度相對較大。

1 工藝原理

目前國內已有科研機構和學者在鋼管桁架結構的相貫線切割及吊裝領域進行了研究，其切割工藝及吊裝技術各有所側重和不同。

鋼管桁架結構中存在大量的鋼管相貫連接節點，對于弧形管桁架相貫線角度更多，傳統的人工放樣切割已經不能滿足精度和工廠化生產的要求。通過應用專業軟件，完成二次深化設計和圖紙轉化工作，建立立體數字模型，最終得出每根桿件長度、坡口切割角度等技術參數，通過模型建立直接生成零件圖和材料清單。用數控等離子相貫線切割機進行每根管相貫坡口的切割施工，通過事先編制的放樣程序在電腦控制下自動切割，一次性完成多變角度相貫坡口的開設，確保鋼管相貫切口的切割精度。煨彎采用煨彎機進行多變弧度煨彎，然后按照設計圖紙進行拼裝焊接。

在四周建筑物均已建成，不能采用常規跨內吊裝的情況下，位于支座不同高度控制斜向安裝就位時，采用在跨外單榀整體吊裝法，利用三點起吊，對于桁架身體不對稱、重心不居中的特點，桁架的吊點位置通過設計計算確定。在空中利用“第三吊點”及滑移繩索的方法改變桁架傾斜度，使其與不同標高兩支座間的斜度相吻合，并能夠準確放置于支座上。

2 方法的關鍵技術

2.1 二次深化設計

深化設計中對構件進行分段需要綜合考慮加工制作、運輸分段，安裝方案，節點劃分，制作工藝，焊接收縮及變形，結構預起拱等因素。

通過“BYME管網結構相貫線CAD/CAM軟件”可自動地從管網結構的圖形文件中提取鋼管相貫數據，并對數據進行綜合分析和處理，建立管網結構相貫數據庫，輸出“相貫鋼管信息列表”和“基本節點數匯總表”。通過軟件提取每根鋼管的空間坐標位置，并自動生成三維模型圖，同時組建相貫數據庫，并在管網結構相貫數據庫的支持下系統輸出材料清單，列出所需鋼管的規格、材質及數量。通過圖形轉換成文件輸入，經過計算得出桿件坡口角度、長度等技術參數。再得出切割數據單及煨彎弧度并最終生成單根切割等數據。

2.2 弧形桁架切割及弧度控制

相貫桿件的切割采用HID-600EH五維數控管線切割機。通過六軸連動，等離子切割管材坡口，由電腦控制切割機的切割速度、變換角度形成了所要求的坡口，同時滿足管材兩端坡口與上下弦管相吻合，解決坡口角度的控制難點。

具體坡口切割操作：1)定角切割坡口：割槍以一固定的角度進行坡口切割。2)定點切割坡口：系統提供0°，90°，180°，270°共四點(或八點0°，45°，90°，135°，180°，225°，270°，315°)允許用戶輸入坡口角度，系統將按照輸入的值來變化坡口的角度，點與點之間平滑過渡。固定焊接角度坡口：輸入一個固定的焊接坡口角度，系統將按照相貫關系，自動折算成切割的坡口角度進行切割。

弦桿煨彎采用專業煨彎機：通過計算機準備→置入桿件→夾緊作業→煨彎→取出桿件的程序進行。

2.3 拼裝焊接作業

拼裝焊接過程中采用從中間節點向桁架兩端節點擴展的焊接順序，采用多點式組焊、間歇式對稱施焊等相結合的辦法，利用預留焊接收縮余量，預制焊接反變形等措施，減少焊接變形和焊接應力的產生。對于管壁較厚的桿件相貫坡口采用臺階式坡口，可以有效的減小焊縫截面面積。

焊接過程中采用氬弧焊打底，隨后跟進二氧化碳氣保焊后續焊層，減少焊接變形，上弦與下弦同時施焊，使變形抵消。焊接完畢，對弦桿弧度進行檢驗，看是否有超差出現。

具體操作要點：

1)對接熔透焊縫：熔透焊為二級焊縫要求。焊接電流140 A～180 A，焊接電壓24 V，焊接速度15 cm/min。

2)腳高度：大于被焊件中較薄件的厚度。焊接電流140 A～160 A，焊接電壓22 V，焊接速度16 cm/min。

手工電弧焊接時可參照表1參數。

表1 手工電弧焊接參數表

3)桿件下料時每個對接頭預留2 mm的收縮量，每個節點預留1 mm的焊接收縮量現場對接接頭處預留10 mm～20 mm的調整量。

4)焊縫外觀：用肉眼和量具檢查焊縫外觀缺陷和焊腳尺寸，應符合施工圖和施工規范的要求，焊波均勻，不得有裂紋、未熔合、夾渣、焊瘤、咬邊、燒穿、弧坑和針狀氣孔等缺陷，焊接區應清理干凈，無飛濺殘留物。

2.4 桁架現場拼裝

當桁架長度較短，滿足運輸限長的要求時，在制作現場組拼完畢后運輸至安裝現場，對于整體長度較長，無法整體運輸的桁架，需要在現場完成二次拼裝工作。對于“倒三角”式弧形管桁架的現場拼裝采用倒置拼裝方式，即：拼裝上弦→拼裝下弦→腹桿安裝。

拼裝中，安裝現場上弦拼裝時在兩端部設置門式腳手架組裝，腳手架水平桿設置手拉葫蘆用于調整桁架弧度及標高。用塔吊吊裝下弦桿件就位后，兩端部采用門式腳手架臨時固定，手拉葫蘆調節下弦桿件的標高及弧度。

桁架現場拼裝示意圖如圖1所示。

2.5 跨外吊裝

吊裝前，首先要對螺栓的位置、軸線、標高進行復測，吊車吊裝站位應能滿足吊車全部支腿伸出，地面承載力符合要求。

吊點選擇位于上弦桿上，采用三點法進行吊裝作業，其中跨中一點，兩側各一點。位于桁架兩側的吊點，由于倒三角弧形桁架頂面為一面體結構，所以吊裝的兩吊點應在桿件兩側同時分別設置，吊裝之前首先進行試吊，確定穩定性后再進行。

由于桁架安裝支座標高不一，在高支座一邊的桁架端部設置另外的“第三點”，在空中保持桁架吊裝的平穩后，利用人工拉動第三點，繩索滑移改變桁架傾斜度，使其與兩支座間的斜度相吻合，并能夠準確放置于支座上。吊裝前先將桁架一側的支座放到定好位的位置上，桁架安裝到位，調整好位置和標高、接口處理、點焊強度穩固后松鉤開始下一步吊裝。在兩端分別利用腳手管對桁架前后兩個方向進行穩固，在低端支座處外側部位設置托架，防止其向下滑移和失穩。

3 實施效果

太原師范學院新校區行政中心樓位于山西省晉中市高校園區，建設單位為太原市師范學院，設計單位為華南理工大學建筑設計研究院，該工程總建筑面積為18 500 m2，總建筑高度為19.350 m。建筑層數為地上4層，地下1層，建筑類型為公共建筑，結構類型為鋼筋混凝土框架結構。

行政中心樓中庭上空鋼結構屋頂采用弧形管桁架結構。跨度為26 m的簡支梁倒三角鋼管桁架體系，位于框架結構中庭屋面，安置于不同標高兩端支座上。其上下弦桿均為弧形，呈“橄欖”狀。管桁架用方鋼檁條連接成網狀結構體系，采光天棚封閉。

主桁架5榀，跨度約26 m，次桁架8榀。上下弦桿采用φ140×6焊管，上弦橫、斜桿采用φ114×5焊管，腹桿采用φ76×4和φ76×6焊管。桁架為倒三角錐形，單榀主桁架約3.7 t。弧形桁架兩端支座所處標高不一，高差約1.8 m。

該工程安裝空間狹小，中庭外側建筑物主體均已施工完畢。根據現場實際情況，采用跨外240 t輪胎式起重機三點起吊，要求在樓頂構件翻身、倒運等一次完成。

4 結語

通過采取上述方法，管桁架撓度及整體平面度經檢測符合設計要求，并最終以設計、建設、監理單位及鋼結構專家的高度評價通過了主體結構驗收，實現了經濟效益與社會效益雙豐收。

On construction methods for intersecting line cutting and external hoisting of arc pipe truss

AN Dong-feng

(InfrastructureConstructionOffice,TaiyuanNormalUniversity,Taiyuan030012,China)

The paper indicates the craft principle for the arc pipe truss intersecting line cutting and external hoisting, introduces the techniques for the arc truss cutting, the arc control, assembly welding, and truss assembly, and proves by the implementation effect that the construction craft can achieve better construction effect.

intersecting line cutting and external hoisting of arc pipe truss, external hoisting, assembly

1009-6825(2014)22-0099-03

2014-05-22

安東風(1976- )，女，工程師

TU758.15

A