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武汉新芯FAB12B钢桁架制作技术

作者：建筑中国建筑金属结构信息网网    
时间：2009-12-22 20:26:20 [收藏]

    摘 要：本文介绍大跨度钢桁架的加工工艺及成型后的预拼装等新技术。
    关键词：钢桁架 预拼装

    一、工程概况
    武汉新芯集成电路制造有限公司FAB12B中国建筑金属结构信息网工程为钢桁架结构，其钢桁架位于15.5m标高砼结构楼层上，桁架下弦做为设备技术层、上弦做为屋盖。工程建筑总长126米，跨度94米，柱距8.4米，钢桁架高度8-9米，建筑面积约12000平方米，屋面坡度1：30。主体结构采用焊接H型钢组合式桁架，桁架之间设置水平支撑体系及垂直支撑体系，所有坡口及节点区焊缝均为熔透焊缝，焊缝等级为一级，焊接要求较高。钢桁架材质均采用Q345B，结构总用钢量为3200吨。

    二、工程特点及难点分析
    本工程结构用钢量大，其结构特点、设计理念、建筑使用要求，使其中国建筑金属结构信息网工程富有个性，特别是桁架结构其独特的技术层构造，更显示中国建筑金属结构信息网造型的独有风格，也造成了其制造难度的增大。现从结构制造的角度浅析其技术难度，总结如下：
    1.由于主桁架、次桁架的纵横交错，组成桁架的杆件规格多样，星罗棋布的结构式特点，使结构的形式变得复杂多样，致使多腹杆交汇处的处理较为复杂。对于节点处的杆件重叠，分主次焊接，主焊缝先焊，再装次杆件。
    2.中国建筑金属结构信息网加工焊缝技术难度较大
    由于本工程屋面钢桁架上下弦杆均采用焊接H型钢，且对接焊缝均为一级焊缝，构件加工制作焊接要求较高。同时,由于构件截面存在部分厚板与薄板焊接，焊接时需考虑厚板焊接工艺。所有坡口焊均为全熔透等强焊缝，焊缝等级为一级。
    3.本工程桁架跨度为94m，在制作前须预先确定起拱值，并且针对本工程桁架挠度控制，经过和设计及安装单位协商讨论、荷载分析后，给出了每个桁架各个部分的起拱值，相对于其正常标高有正有负，并确定了在桁架节点处实施挠度控制的原则。在桁架制作前，根据各节点挠度控制值，同时在制作时根据工艺考虑焊接收缩量，在放样、下料组装时加入，这样可有效的解决找度控制的难题。
    4.构件加工制作精度控制
    桁架弦杆在工厂分段制作，长度不大于18m,腹杆散件加工，每榀桁架在生产车间均实行整体预拼装，且桁架起拱及标识均在车间制作完成。

    三、桁架的制作工艺
    1.制作准备
    1.1桁架制作前必须熟悉图纸，仔细核对零件的几何尺寸和零件之间的连接尺寸；核对零件的编号、材质、数量等，熟悉相应的制造工艺和焊接工艺，以便明确各构件的加工精度和焊接要求。
    1.2制作用的工具（卷尺、角尺等）必须事先检验合格，组装用的平台和胎架应符合构件装配的精度要求（胎具的水平应在0～2mm之间）并具有足够的强度和刚度。
    1.3构件制作前要按照工艺流程进行，零件连接处的焊缝两则各30～50mm范围以内的毛刺、水份、氧化皮、油污和垃圾等应清理干净。
    1.4零、部件在装配前的加工中发生了变形时，如该变形量不能确保所定的制品精度，要在无损于材质的情况下用加压矫正、加热法矫正，常温加压矫正可用翼缘矫正机或1400t油压机；加热矫正可采用火焰矫或电加热，但加热温度不得超过800℃，加热矫正应避开蓝脆区温度（200℃～400℃）。
    1.5构件制作时应进行自检和互检，准确无误后再提交专检人员验收，若在检验中发现问题，应及时向上反映，待处理方法确定后进行修理和矫正。
    1.6 H型钢的焊接应优先在焊接生产线上进行，构件的外形尺寸超出BH生产线范围时，在组装胎架上进行组装，组装后按焊接工艺进行焊接和矫正，然后在翼板上标出中心线的位置作为构件组装时的基准。
    2. 放样与下料
    2.1三维空间放样
    2.1.1依据设计图和节点图,,采用电脑绘制桁架的整体空间图形,确定各杆件的具体尺寸和相交节点的零件外形。
    2.1.2桁架整体放样时，水平方向以桁架底面与独立柱之间的连接节点为基准，垂直方向以轴线中心为基准。将起拱值计入上、下弦杆节点处的放样，以节点起拱控制整个桁架的起拱值。
    2.1.3弦杆在不同节点处分别加放不同的焊接收缩量，与弦杆焊接的腹杆装有节点板并要求全熔透时，腹杆节点处加放0.5mm焊接收缩量，未要求全熔透时长度可不加余量。
    2.2下料
    下料前检查材料的牌号、规格、厚度是否满足设计要求，长、宽是否与领料单相符，材料表面是否有超出标准的缺陷，确认后方可下料。并做炉批号移植，下料后按原尺寸资料打钢印，并用白漆圈出。
    2.2.1按照批准的工厂加工图，用数控装置制作样板，样板检查合格后划线；下料要按照先大后小、大中套小的原则合理配料套裁，并预留焊接收缩余量和切割加工余量；
    2.2.2需拼接的钢板接口为全溶透焊缝，在对接接口焊接完毕，外观处理、变形矫正后进行超声波探伤检查，合格后焊缝磨平，以备拼装；
    2.2.3检查板件宽度、长度、对角线和加工边直线度，合格后统一编号、合理堆放备拼装；
    2.3 H型钢制作顺序如下图：

    2.4 H型构件焊接
    2.4.1H型构件的焊接工作在H型钢焊接生产线上进行。
    2.4.2对有坡口的焊缝在流水线上构件倾斜角度以α=25～35º为宜，无坡口的焊缝以35～45º为宜。
    3.桁架预拼装
    3.1预拼装目的
    预拼装目的在于检验工厂加工的构件能否保证现场拼装、安装的质量要求，确保下道工序的正常运转和安装质量达到规范、设计要求，能满足现场一次吊装成功率，减少现场安装误差。
    3.2预拼装要求
    构件进行预拼装时，要求在保证构件外形尺寸的前提下，将主要的拼接接口进行试组装，检查所有连接接口的板边差、坡口间隙尺寸、截面的错位、划出构件预拼装后的现场组拼对合线、定位中心线，水平检验线等标记以此作为现场拼装的基准。
    3.3 桁架工厂整体预拼装
    3.3.1 整体预拼装胎架面的选择及胎架的设置
    桁架预拼装在专用的拼装场内进行，桁架拼装采用卧式拼装的方法进行拼装。在车间平台上划出预拼桁架平面投影线（中心线、标高线、端部企口线及构件位置线）形成田字形控制网，并提交验收，然后竖胎架直杆，根据支点处的标高设置胎架模板及斜撑，模板上口水平度控制在1mm以内，胎架搭设后不得有明显的晃动状，并经验收合格后方可使用。如图1所示：
    3.3.2桁架水平钢梁的定位
    上、下弦水平钢梁用行车吊上胎架定位安装，定位时必须定对平台上的水平投影线，组装顺序先组对下弦杆，后上弦杆，后腹杆，如下图示。

    3.3.3桁架的斜撑(直撑)的安装
    腹杆（直撑）H型钢的定位安装必须定对平台上的水平投影中心线，并注意与上下弦杆牛腿的组装间隙，并保证其接口的错边量≤2mm，腹杆组对按每段桁架从中心各两边组装。如下图示。

    3.3.4桁架预拼装的测量验收
    桁架整体预拼装结束后，进行整体检查组装尺寸，包括：分段接缝处坡口、安装间隙尺寸及外形尺寸，以上检验内容必须提交专职检查员进行验收，并作好试组装记录。检验合格后焊接，焊接参数及操作规程按焊接工艺要求进行，焊接顺序从每段中心向两边施焊，以减小焊接变形。在分段拆开前，将所有分段上的中心线驳至分段上下端口处，同时作出各个分段间的对合标记线（间距统一定为200mm）和水平标记线，并敲上洋冲印，作为现场组装的定位依据。

    3.4焊后检验、测量和变形矫正
    3.4.1焊接完毕，图1平面桁架现场拼装胎架设置示意图
    缝磁粉探伤，抽检率为10%；对接焊缝进行超声波探伤，抽检率为每条焊缝的100%；
    3.3.3分段端口截面用型材固定，保持断口截面形状呈等腰三角形，利于整体吊装和拼装；
    3.4.4上弦平面在吊点位置适当加强，采用多吊点捆绑吊索，减少变形并防止吊离胎架时扭曲失稳；
    4.标识发运
    出厂桁架杆件按工作图和原图资料的编号办法打钢印和对中标记,并用白色油漆在构件醒目处书写杆件编号,发运至施工现场。

    四、结束语
    武汉新芯FAB12B钢大跨度桁架工程按照上述工艺制作完成后，在现场一次安装成功。在结构安装完成后，桁架各项标高完全达到设计要求，赢得了设计、监理及业主的高度好评。本工程在制作过程中，除采取先进合理的制作工艺，而且构件加工过程中没有仅考虑制作，而是为了安装及使用后效果，最终确定先进制作工艺的通盘考虑方案，把构件在安装中可能出现的问题完全控制中在制作过程中，保证了现场安装的顺利进行。

    参考文献：
    1、《中国建筑金属结构信息网工程施工质量验收规范》GB50205
    2、马武社，《首都博物馆新馆中国建筑金属结构信息网工程大跨度钢桁架制作难点分析及对策》，2006年全国建筑中国建筑金属结构信息网行业大会论文集
    3、《建筑中国建筑金属结构信息网焊接技术规程》（JGJ81-91）北京：中国建筑工业出版社
    4、《建筑中国建筑金属结构信息网施工手册》北京：中国计划出版社，2002
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