鋼管桁架和網(wǎng)架結構施工-鋼管桁架構造材料加工制作

鋼結構施工課件鋼管桁架桁架結構（桁架是指由桿件在端部相互連接而組成的格子式結構）桁架結構分類（就屋架來說）：外形一般為三角形、梯形、平行弦及拱形桁架。桁架的腹桿形式常用的有芬克式、人字式、豪式（也叫單向斜桿式）、再分式、交叉式。（其中前四種為單系腹桿，第五種交叉腹桿又稱為復系腹桿）管桁架結構管桁架結構也稱鋼管桁架結構、管桁架、管結構，是指桿件均為圓或方管桿件的桁架結構。與一般桁架的區(qū)別在于連接節(jié)點的方式不同，管桁架結構在節(jié)點處采用桿件直接焊接的相貫節(jié)點（或稱管節(jié)點）。相貫節(jié)點處：只有在同一軸線上的兩個主管貫通，其余桿件（即支管）通過端部相貫線加工后，直接焊接在貫通桿件（即主管）的外表，非貫通桿件在節(jié)點部位可能有一定間隙（間隙型節(jié)點），也可能部分重疊（搭接型節(jié)點）。分類：按受力特性和桿件布置分類

（1）平面管桁架結構（2）空間管桁架結構按桁架的外形分類：直線型與曲線型管桁架結構弧線型倒三角管桁架直線型管桁架單榀管桁架結構組成系桿上弦桿下弦桿腹桿管桁架結構組成單榀管桁架由上弦桿、下弦桿和腹桿組成。管桁架結構一般由主桁架、次桁架、系桿和支座共同組成。按連接構件的不同截面分類：C-C型桁架：主管和支管均為圓管相貫，相貫線為空間馬鞍型曲線。R-R型桁架：主管和支管均為方鋼管或矩形管相貫。R-C型桁架：矩形截面主管與圓形截面支管直接相貫焊接。【R-C型桁架：圓管與矩形管的雜交型管節(jié)點構成的桁架形式新穎，能充分利用圓形截面管做軸心受力構件，矩形截面管做壓彎和拉彎構件。矩形管與圓管相交的節(jié)點相貫線均為橢圓曲線，比圓管相貫的空間曲線易于設計與加工】管桁架材料建筑用鋼主要有碳素結構鋼和低合金高強度結構鋼兩種。另外，厚度方向性能鋼板、焊接結構用耐候鋼等在某些情況下也有應用。焊條應與焊件鋼材（主體金屬）相適應。Q390、Q420鋼選擇E55型焊條(E5500--E5518）Q345鋼選擇E50型焊條（E5001--E5048）Q235鋼選擇E43型焊條（E4300--E4328）鋼材規(guī)格鋼管有無縫鋼管和焊接鋼管兩種。型號可用代號“D”或“Φ”后加“外徑d×壁厚t”表示，如D180×8等。國產熱軋無縫鋼管的最大外徑可達630mm。供貨長度為3～12m。焊接鋼管的外徑可以做得更大，一般由施工單位卷制。鋼材的驗收鋼材驗收應達到以下要求：1、鋼材的品種和數(shù)量應與訂貨單一致。2、鋼材的質量保證書應與鋼材上打印的記號相符。3、測量鋼材尺寸，尤其是鋼板厚度的偏差應符合標準規(guī)定。4、鋼材表面不允許有結疤、裂紋、折疊和分層等缺陷。焊接鋼管強度低于無縫鋼管鋼管材料試驗鋼材性能試驗項目中主要是力學性能和工藝性能的檢測。鋼管試驗檢測項目①拉伸試驗（強度檢測）②彎曲試驗（塑性檢測）③壓扁試驗（塑性檢測）④沖擊試驗（韌性檢測）由于鋼材軋制方向等方面原因，鋼材各個部位的性能不盡相同，按標準規(guī)定截取一定的試樣才能正確反映鋼材的性能。鋼管取樣方法對于外徑小于30mm的鋼管，應取整個管段作試樣；當外徑大于30mm時，應剖管取縱向或橫向試樣；對大口徑鋼管，其壁厚小于8mm時，應取條狀試樣；當壁厚大于8mm時，也可加工成圓形比例試樣。管桁架結構節(jié)點與破壞形式管桁架結構相貫節(jié)點的形式與其相連桿件（支管）的數(shù)量有關，可分為：（1）單平面節(jié)點：腹桿與弦桿在同一平面內時。（2）多平面節(jié)點：腹桿與弦桿不在同一平面內。單平面節(jié)點多平面節(jié)點破壞形式管桁架結構在工作過程中，桿件只承受軸向力的作用，支管將軸向力直接傳給主管，主管可能出現(xiàn)多種破壞形式。在保證支管軸向力強度（不被拉斷）、連接焊縫強度（有縫鋼管）、主管局部穩(wěn)定、主管壁不發(fā)生層狀撕裂的前提下，節(jié)點的主要破壞模式有以下幾種：主管局部壓潰，主管壁拉斷，主管壁出現(xiàn)裂縫導致沖剪破壞，K型節(jié)點可能在支管間主管剪切破壞。鋼管構件在承受較大橫向荷載的部位，其工作情況較為不利，應采取適當?shù)募訌姶胧?，防止產生過大的局部變形。鋼管構件的主要受力部位應盡量避免開孔，不得已要開孔時，應采取適當?shù)难a強措施，例如在孔的周圍加焊補強板等。節(jié)點的加強要針對具體的破壞模式，主要有：主管壁加厚、主管上加套管、加墊板、加節(jié)點板及主管加肋環(huán)或內隔板等多種方法。為了保證相貫節(jié)點連接的可靠性，提出以下構造要求：1）節(jié)點處主管應連續(xù)，支管端部應加工成馬鞍型直接焊接于主管外壁上，而不得將支管插入主管內?！局鞴芡鈴絛應大于支管外徑ds；主管壁厚t應大于支管壁厚ts】2）主管與支管之間的夾角以及兩支管間的夾角，不得小于30°。否則，支管端部焊縫不易保證，并且支管的受力性能也欠佳。3）相貫節(jié)點各桿件的軸心線應盡可能交于一點，避免偏心。4）支管端部應平滑并與主管接觸良好，不得有過大的局部空隙。當支管壁厚大于6mm時應切成坡口。5）支管與主管的連接焊縫，應沿全周連續(xù)焊接并平滑過渡。一般的支管壁厚不大，其與主管的連接宜采用全周角焊縫（角焊縫的焊腳尺寸hf不宜大于支管壁厚ts的2倍），當支管壁厚較大時（例如ts≥6mm），則宜沿支管周邊部分采用角焊縫、部分采用對接焊縫（有所區(qū)分）。支管端部焊縫位置可分為A、B、C三區(qū)。當A、B兩區(qū)采用對接焊縫而C區(qū)采用角焊縫。各種焊縫均宜切坡口，坡口形式隨支管壁厚、管端焊縫位置而異。當支管壁厚小于6mm時，可不設坡口。6）若支管與主管連接節(jié)點偏心

時：在計算節(jié)點和受拉主管承載力時，可忽略因偏心引起的彎矩的影響；但受壓主管必須考慮此偏心彎矩M＝ΔNe，如圖1.13所示。7）對有間隙的K型或N型節(jié)點，支管間隙a應不小于兩支管壁厚之和。8）對搭接的K型或N型節(jié)點，當支管厚度不同時，薄壁管應搭在厚壁管上；當支管鋼材強度等級不同時，低強度管應搭在高強度管上。管桁架結構設計、施工的特點（優(yōu)點）：1、節(jié)點形式簡單。結構外形簡潔、流暢，結構輕巧，可適用于多種結構造型。2、剛度大，幾何特性好。鋼管的管壁一般較薄，截面回轉半徑較大，故抗壓和抗扭性能好。3、施工簡單，節(jié)省材料。管桁結構由于在節(jié)點處摒棄了傳統(tǒng)的連接構件，而將各桿件直接焊接，因而具有施工簡單，節(jié)省材料的優(yōu)點。4、有利于防銹與清潔維護。鋼管和大氣接觸表面積小，易于防護。在節(jié)點處各桿件直接焊接，沒有難于清刷、油漆、積留濕氣及大量灰塵的死角和凹槽，維護更為方便。管形構件在全長和端部封閉后，內部不易生銹。5、圓管截面的管桁架結構流體動力特性好。承受風力或水流等荷載作用時，荷載對圓管結構的作用效應比其他截面形式結構的效應要低得多。然而，由于節(jié)點采用相貫焊接，對工藝和加工設備有一定的要求，管桁結構也存在一定的局限性：1、相貫節(jié)點弦桿方向盡量設計成鋼管外徑一致，對于不同內力的桿件往往采用相同鋼管外徑和不同壁厚。但壁厚變化不宜太多，否則鋼管間拼接量太大。因此，材料強度不能充分發(fā)揮，從而增加了用鋼量。這也就是管桁結構往往比網(wǎng)架結構用鋼量大的原因之一。2、貫節(jié)點的加工與放樣復雜，相貫線上的坡口又是變化的，而手工切割很難做到，因此對機械的要求很高，要求施工單位有數(shù)控的五維切割機床設備。3、管桁結構均為焊接節(jié)點，需要控制焊接收縮量，對焊接質量要求較高，而且均為現(xiàn)場施焊，焊接工作量大。管桁架結構加工管桁結構在加工工藝上有其特殊性，這種特殊性主要體現(xiàn)在節(jié)點上，其節(jié)點是桿件直接在空間匯交而成的空間相貫節(jié)點，因而管桁結構的構造與施工的關鍵點就在于節(jié)點的放樣、焊縫、坡口的加工。鋼管桁架的加工與制作管桁架結構主要由單榀主、次管桁架和系桿共同組成，其由加工廠加工的主要散件構件為弦桿、腹桿、連接板、鑄鋼支座和少量節(jié)點球等。桁架制作安裝的特點如下：①節(jié)點形式多；②桁架跨度大，桿件不僅有單向彎曲，還有雙向彎曲；③鋼管連接，按相貫曲線切割、開坡口；④焊接位置包括平、立、橫、仰全位置焊接，焊縫走向和焊條傾斜角度不斷改變。根據(jù)《建筑鋼結構焊接技術規(guī)程》JGJ81-2002規(guī)定，桁架焊接難度屬于“較難”級別。管桁架結構加工前準備1、

圖紙審查2、管桁架結構制作規(guī)劃3、技術準備4、加工場地準備5、原材料的選購6、材料檢驗7、編制工藝規(guī)程8、組織技術交底9、其他工藝準備鋼管相貫線切割1、直鋼管切割1）桿件切割長度的確定在計算桿件的鋼管的斷料長度時計入預留的焊接收縮量。切割時預留焊接收縮量、機加工預留量等工藝余量。焊接收縮量:的預留值根據(jù)以往制作經驗和焊接工藝評定試驗進行確定。對接焊縫的收縮變形與對接焊縫的坡口形式、對接間隙、焊接線的能量、鋼板的厚度和焊縫的橫截面積等因素有關，坡口大、對接間隙大，焊縫截面積大，焊接能量也大，則變形也大?！疽话阒睆?6、89桿件收縮在1.5mm左右（兩端），直徑140、159桿件收縮量在2.5mm左右】管桁架結構的加工相貫線切割設備PB660A型相貫線切割機技術參數(shù)1、切割管子外徑范圍：60mm～600mm；2、管壁厚度范圍：

空氣等離子切割為2.3-25、火焰切割為5～50mm；3、工件長度：600～12000mm；4、帶刻度托輥：5組；5、數(shù)控軸數(shù)：6軸（工件回轉、縱向移動、上下移動、前后移動、割炬擺角、割炬調整）；6、工件卡緊方式：五爪自定心卡盤；7、切割方式：空氣等離子及火焰切割。PB660相貫線切割機特性2）相貫線數(shù)控切割程序的編程與切割工藝管件的切割對于數(shù)控相貫線切割機而言，只需知道相貫的管與管相交的角度、各管的厚度，管中心間長度和偏心量即可，這些數(shù)據(jù)在深化圖中已明確。（a）第一步：打開專用的數(shù)控相貫線切割機程序管件切割精度：采用數(shù)控切割能使偏差控制在±1.0mm，從而來保證桁架的制作質量和尺寸精度。切割件的管理：加工后的管件放入專用的儲存架上，以保證管件的加工面。1）鋼管機械彎圓工藝選用與被彎鋼管相匹配的模具，鋼管在鋼管彎圓機上前后行走，通過鋼管彎圓機不斷逐漸調節(jié)模具相對位置，最終成型。鋼管彎圓時預留一定量，消減回彈量對彎曲半徑的影響。彎曲成型后，檢驗成型后的拱軸線與理論軸線是否一致。2、鋼管彎圓2）鋼管拉彎工藝鋼管拉彎工藝曲率適用于半徑較大的弧形弦桿制作，鋼管拉彎過程如圖所示。

弧形構件彎曲機3）中頻熱彎彎曲加工工藝中頻熱彎彎曲加工工藝適用于半徑較小的弧形弦桿制作。中頻彎管工藝流程（熱煨彎）彎后檢驗生產班組在生產過程中應做好彎管工藝參數(shù)記錄，彎后應對彎管進行工序自檢，檢測實際彎管角度、彎曲半徑、減薄率、波浪度、橢圓度、表面有無裂紋等指標，并做好記錄，以備檢查。不得有裂紋、過燒、分層等缺陷；表面應圓滑、無明顯皺褶，且凹凸深度不應大于1mm。4）弧形鋼管冷彎彎曲加工工藝對于曲率半徑大于20m的弧形弦桿，宜采用冷壓加工，其彎曲加工設備采用大型2000噸油壓機進行加工，根據(jù)弦桿的截面尺寸制作上下專用壓模，進行壓彎加工。鑄鋼節(jié)點對于強度、塑性、韌性要求更高的管桁架支座節(jié)點、張弦鋼結構節(jié)點、較多根桿件匯交的節(jié)點和異形鋼結構的節(jié)點采用鑄鋼件。（a）正常位置（b）背面（內襯四氟乙烯板潤滑）按照化學成分鑄鋼可分為碳素鑄鋼和合金鑄鋼兩大類。其中以碳素鑄鋼應用最廣，占鑄鋼總產量的80%以上。

（c）張弦結構與支座連接鑄鋼件（d）交叉節(jié)點示意圖（e）人字柱上鑄鋼鉸支座（f）人字柱下鑄鋼鉸支座（g）鑄鋼支座圖3.47鑄鋼節(jié)點與Q345鋼管對接焊預熱示意圖圖3.48鑄鋼節(jié)點與Q345鋼管對接焊接示意圖鑄鋼GS-20Mn5和Q345鋼管焊接工藝先進行對鑄鋼GS-20Mn5、Q345材料焊接性分析，再制定工藝圖3.49鑄鋼節(jié)點與Q345鋼管焊縫成型示意圖圖3.50鑄鋼節(jié)點與Q345鋼管對接焊后熱示意圖圖3.51鑄鋼節(jié)點與Q345鋼管對接焊保溫示意圖圖3.52鑄鋼節(jié)點與Q345鋼管對接焊無損檢測示意圖成品檢驗、管理、包裝、運輸和堆放鋼構件成品檢驗1、成品檢查不同管桁架結構成品的檢查項目各不相同，要依據(jù)各工程具體情況而定。若工程無特殊要求，一般檢查項目可按該產品的標準、技術圖紙、設計文件的要求和使用情況而確定。成品檢查工作應在材料質量保證書，工藝措施，各道工序的自檢、專檢等前期工作后進行。鋼構件因其位置、受力等的不同，其檢查的側重點也有所區(qū)別。2、修整構件的各項技術數(shù)據(jù)經檢驗合格后，加工過程中造成的焊疤、凹坑應予補焊并磨平。臨時支撐、夾具應予割除。鏟磨后零件表面的缺陷深度不得大于材料厚度負偏差值的1/2。管桁架結構的鋼管和節(jié)點處打磨常用電動手砂輪，在較大平面上磨平焊疤或磨光長條焊縫邊緣，常用高速直柄風動手砂輪。3、驗收資科產品經過檢驗部門簽收后進行涂底，并對涂底質量進行驗收。鋼結構制造單位在成品出廠時應提供鋼結構出廠合格證書及有關技術文件，其中應包括：①施工圖和設計變更文件，設計變更的內容應在施工圖中相應部位注明。②制作中對技術問題處理的協(xié)議文件。③鋼材、連接材料和涂裝材料的質量證明書和試驗報告。④焊接工藝評定報告。⑤高強度螺栓摩擦面抗滑移系數(shù)試驗報告、焊縫無損檢驗報告及涂層檢測資料。⑥主要構件驗收記錄。⑦構件發(fā)運和包裝清單。⑧需要進行預拼裝時的預拼裝記錄。此類證書、文件作為建設單位的工程技術檔案的一部分。上述內容并非所有工程都具備，而是根據(jù)工程的實際情況提供。運輸和堆放鋼結構運輸時捆扎必須牢靠，防止松動。鋼構件在運輸車上的支點、兩端伸出的長度及綁扎方法均能保證構件不產生變形、不損傷涂層且保證運輸安全。為保證運輸?shù)膶嵭Ъ昂侠硇裕刹扇」さ噩F(xiàn)場人員與車間發(fā)貨信息互動的方式。1、運輸形式及包裝1）運輸構件形式分類為適應公路運輸?shù)囊?，因此對鋼結構構件進行了工廠的分段制作，工廠制作完成后主要有以下幾種構件形態(tài)：第一類構件—單個在2.8×3.2×16米尺寸限制范圍內的單根構件。第二類構件—工廠制作的桁架段、鑄鋼件、焊接節(jié)點等。第三類構件—其他散件和節(jié)點板主要包括節(jié)點連接耳板、需要工廠帶加工的現(xiàn)場定位靠板、制作范圍內的螺栓和油漆等其他材料。2）包裝形式（1）鋼結構的包裝方式有：包裝箱包裝、裸裝、捆裝和框架包裝等形式。①包裝箱：適用于外形尺寸較小、重量較輕、易散失的構件，如連接件、螺栓或標準件等。②裸裝：適用于重量、體積均較大且又不適合于裝箱的產品。③捆裝：適用于鋼管、鋼梁等鋼結構，每捆重量不宜大于20噸。（2）包裝要求①包裝依據(jù)安裝順序、分單元配套進行包裝；②裝箱構件在箱內應排列整齊、緊湊、穩(wěn)妥牢固，不得串動，必要時應將構件固定于箱內，以防在運輸和裝卸時滑動和沖撞，箱的充滿度不得小于80%。2）運輸方式根據(jù)構件尺寸和施工現(xiàn)場需求，一般采用以公路為主的運輸方式，力求快、平、穩(wěn)的將構件運抵施工現(xiàn)場。裝車時構件與構件、構件與車廂之間應妥善捆扎，以防車輛顛簸而產生構件散落。鋼構件在運輸車上的支點、兩端伸出的長度及綁扎方法均能保證構件不產生變形、不損傷涂層且保證運輸安全。2、成品保護措施1）工廠制作成品保護措施工程生產過程中，制作、運輸?shù)染柚贫ㄔ敿毜某善?、半成品保護措施，防止變形及表面油漆破壞等，任何單位或個人忽視了此項工作均將對工程順利開展帶來不利影響，因此制定以下成品保護措施。（1）成品必須堆放在車間中的指定位置；（2）成品在放置時，在構件下安置一定數(shù)量的墊木，禁止構件直接與地面接觸，并采取一定的防止滑動和滾動措施，如放置止滑塊等；構件與構件需要重疊放置的時候，在構件間放置墊木或橡膠墊以防止構件間碰撞。（3）構件放置好后，在其四周放置警示標志，防止工廠其它吊裝作業(yè)時碰傷構件。（4）工程構件如有不少散件的特點，則需設計專用的箱子放置工具。（5）在成品的吊裝作業(yè)中，捆綁點均需加軟墊，以避免損傷成品表面和破壞油漆。2）運輸過程中成品保護措施（1）構件與構件間必須放置一定的墊木、橡膠墊等緩沖物，防止運輸過程中構件因碰撞而損壞。（2）散件按同類型集中堆放，并用鋼框架、墊木和鋼絲繩進行綁扎固定，桿件與綁扎用鋼絲繩之間放置橡膠墊之類的緩沖物。（3）在整個運輸過程中為避免涂層損壞，在構件綁扎或固定處用軟性材料襯墊保護。3）現(xiàn)場拼裝及安裝成品保護（1）構件進場應堆放整齊，防止變形和損壞，堆放時應放在穩(wěn)定的枕木上，并根據(jù)構件的編號和安裝順序來分類。（2）構件堆放場地應做好排水，防止積水對構件的腐蝕。（3）在拼裝、安裝作業(yè)時，應避免碰撞、重擊。（4）少在構件上焊接過多的輔助設施，以免對母材造成影響。（5）吊裝時，在地面鋪設剛性平臺，搭設剛性胎架進行拼裝，拼裝支撐點的設置，要進行計算，以免造成構件的永久變形。4）涂裝面的保護（1）避免尖銳的物體碰撞、摩擦。（2）減少現(xiàn)場輔助措施的焊接量，盡量采用捆綁、抱箍。（3）現(xiàn)場焊接、破損的母材外露表面，在最短的時間內進行補涂裝，除銹等級達到St3級，材料采用設計要求的原材料。5）摩擦面的保護（1）工廠涂裝過程中應作好摩擦面的保護工作。（2）構件運輸過程中,作好構件摩擦面防雨淋措施。（3）冬季構件安裝時,應用鋼絲刷刷去摩擦面的浮銹和薄冰,保證干燥,無其他影響摩擦面的因6）現(xiàn)場交貨及驗收為保證該項目施工工期、安裝順序，使產品數(shù)量質量達到安裝現(xiàn)場的要求。應制定交貨及驗收標準。鋼結構產品運抵到安裝地后根據(jù)發(fā)