管桁架钢结构制作方案汇编.docx

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管桁架钢结构制作方案汇编

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农展馆中西项目改造工程

钢结构制作方案

编制：

审核：

批准：

北京三杰国际钢结构有限公司

二零零四年十二月

一、工程概况

农展馆中西广场屋架结构大跨度张弦管桁架结构，钢结构部分主要由屋架、檩条、水平支撑、抗风桁架等结构组成。

屋架共11榀，每榀屋架跨度为约90米。

工程总量约为1000多吨。

二、编制依据

1.钢结构设计规范GB50017-2003

2.建筑钢结构焊接技术规程JGJ81-2002

3.埋弧焊焊缝坡口的基本型式与尺寸GB986

4.钢结构用高强度大六角螺栓、大六角螺母、垫圈与技术条件GB/T1228～1231－91

5.涂装前钢材表面除锈和除锈等级GB8923

6.《厚度方向性能钢板》GB5313-85

7.直缝电焊钢管GB/T13793－93

8.建筑用无缝钢管GB/T8162-1999

9.高焊接性能和韧性的通用铸钢件DIN17182-1992

10.碳素结构钢GB/T700-1998

11.优质碳素结构钢技术条件GB699

12.合金结构钢技术条件GB3077-88

13.低合金高强度结构钢GB/T1591－1994

14.焊接用焊条GB1330

15.碳素钢焊条GB5117－85

16.低合金钢焊条GB5118－85

17.《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205-2001）

18.《熔化焊用钢丝》（GB/T14957-94）

19.《气体保护焊用钢丝》（GB/Y14958-94）

20.《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级法》（GB11345-91）

21.《涂装前钢材表面腐蚀等级和防锈等级》（GB8923-88）

三、材料的选择与控制

1、主材

钢管结构主要材料为Q345B，预埋件材料为Q235B。

2、焊材

2.1焊材的选择

焊接方法

材质

焊材牌号

焊接位置

手工电弧焊

Q345

E5015/E5016

定位焊对接角接

Q235

E4303/E4315

埋弧自动焊

Q345

H08MnA+HJ431或SJ101

对接角接

Q235

H08A+HJ431

H08MnA+SJ101

CO2气体保护焊

Q345

ER50-6

定位焊对接角接

Q235

2.2焊材烘干要求

必须严格按照焊接材料管理办法对焊接材料进行烘干与保存，焊接材料烘干温度要求如下表

焊接材料烘干温度表

焊接材料牌号

使用前烘焙条件

使用前存放条件

焊条E5015/16

350-400℃；2h

100-150℃

焊条E4303/15

100-150℃；2h

100-150℃

焊剂HJ431

150-350℃；1h

100-150℃

焊剂SJ101

300-350℃；1h

100-150℃

3、油漆材料

1）底漆：

水性无机富锌漆2道，干膜厚度不小于100μm，

2）中漆：

环氧云铁漆2道干膜厚度为60μm。

3）面漆待定（现场涂装）。

4）其他材料详见图纸和设计总说明。

4.材料管理

原材料进厂必须核对材质保证书，所有钢材必须有屈服点、抗拉强度、延伸率以及碳、硫、磷含量的合格保证。

材料入库前质控部门对材料的牌号、规格、数量、表面质量等进行检验，如有疑义应及时与材料工程师联系，同时作好记录和编号，并依据本公司的质保体系对构件的主体材料进行跟踪。

必要时应按国家现行有关标准对材料进行抽样检查。

5、材料的保管

材料流转和吊运时，应采取必要的处理措施避免损伤母材。

材料应有序堆放，避免与不同工程的材料相混。

为防止变形，材料应平整地放在胎架上，若发现钢板平整度或型钢的翘曲超差，下料前必须用常温加压法或火焰矫正法矫至下表范围。

火焰矫正的温度应控制在900℃以下，低合金钢温度未降至650℃严禁用水激冷，温度未降至室温，不得锤击。

6原材料检验要求

6.1钢板一般的外形要求见下表：

简图

允许偏差（mm）

f≤1.0（T＞14）

f≤1.5（T≤14）

f≤L/1000，且≤5.0

6.2无缝钢管外径和壁厚的允许偏差。

钢管种类

钢管尺寸

mm

允许偏差

普通级

高级

热轧（挤压扩）管

外径

D

＜50

±0.50mm

±0.40mm

≥50

±1%

±0.75%

壁厚

s

＜4

±12.5%（最小值为±0.40mm）

±10%（最小值为±0.30mm）

≥4～20

+15%；-12.5%

±10%

＞20

±12.5%

±10%

冷拨（轧）管

外径

D

6～10

±0.20mm

±0.10mm

＞10～30

±0.40mm

±0.20mm

＞30～50

±0.45mm

±0.25mm

＞50

±1%

±0.5%

壁厚

s

≤1

±0.15mm

±0.12mm

＞1～3

+15%；-10%

±10%

＞3

+12.5%；-10%

±10%

注：

对外径不小于351mm的热扩管，壁厚允许偏差为±18%

6.3直缝电焊钢管外径和壁厚的允许偏。

钢管尺寸mm

允许偏差（mm）

高精度

较高精度

普通精度

外径

D

5～20

±0.10

±0.20

±0.30

21～30

±0.10

±0.25

±0.50

31～40

±0.15

±0.30

±0.50

41～50

±0.20

±0.35

±0.50

51～323.9

±0.5%

±0.8%

±1.0%

＞323.9

±0.7%

±0.8%

±1.0%

壁厚

s

0.50

+0.03；–0.05

±0.06

±0.10

0.60

+0.04

-0.07

±0.07

0.80

±0.08

1.0

+0.05

-0.09

±0.09

±10%

1.2

±0.11

1.4

+0.06

-0.11

±0.12

1.5

±0.13

1.6

+0.07

-0.13

±0.14

1.8

2.0

±0.15

2.2

±0.16

2.5

+0.08

-0.16

±0.17

2.8

±0.18

3.0

3.2

+0.10

-0.20

±0.20

3.5

3.8

±0.22

4.0

4.2～5.5

-

±8%

＞5.5

-

±10%

±15%

7、材料矫正

火焰矫正的最高温度不得大于900℃，不可用压缩空气或水急冷。

弯曲加工为常温或热加工，热加工时，要在850-1000℃下进行，不可在蓝脆区200-400℃进行。

8、材料使用

料来货验收确认后，由保管员作好验收标记并按规定进行材料保管和发放，选取合适的场地或包件储存该工程材料，此项工程涉及多种规格钢管，品类繁多，要求按品种规格分别堆放。

并按规定顺序进行材料保管和发放。

四.加工制作

1.钢结构制作重点和技术难点

1.1管子相贯线剖口切割

此项工程腹杆有大量的管子相贯剖口。

管子相贯线是一个空间曲线，且其坡口角度是随曲线的变化而变化的，管子相贯线的切割好坏直接关系到桁架的焊接质量及外观质量，是制作过程的关键。

采用数控相贯线切割机进行切割，能够根据放样程序在电脑上控制自动切割，并能一次性坡口成形，坡口角度可随圆周变化，以满足相贯线接头处趾部、根部和侧部的不同焊接要求。

1.2管子线型加工

桁架是空间桁架，主桁架弦杆是一空间曲线，管子的线型必须光顺美观且要达到标准要求，为确保钢管弯曲圆滑成形，必须防止起鼓、起皱。

此工程管径范围在φ95–φ245mm之间。

采用火工折弯处理，以满足现场要求。

1.3焊接变形控制和制作精度控制

采取双面对称焊接及合理的拼装顺序，以减少焊后变形。

先焊接变形大的部位，后焊接变形小的部位。

钢柱采取整体放样，以保证精度。

1.4铸钢节点较复杂，装配精度要求较高。

1.5张弦拉结构，跨度较大，制作加工要求精度高。

2、各工序加工要领

2.1放样

2.1.1放样基本要求

所有构件应按照细化设计图纸及制造工艺的要求，进行手工1：

1放大样或计算机的模拟放样，核定所有构件的几何尺寸。

放样检验合格后，按工艺要求制作必要的角度、槽口、制作样板和胎架样板。

样板的允许偏差如下表

项目

平行线距离和分段尺寸

对角线差

宽度长度

孔距

样板角度

允许偏差

±0.5mm

1.0mm

±0.5mm

±0.5mm

±20’

2.1.2构件收缩余量的要求

构件收缩余量图纸和工艺文件有要求时按照要求执行，没有要求时按照下表执行：

mm

板厚

每个对接缝收缩余量

每个环缝接口收缩量

≤16

1.5

1.0

＞16

2.5

1.5

2.2下料

2.2.1钢管件应采用管子切割机或锯床下料，钢管两端坡口30度；

2.2.2对主管原则上长度按定尺采购，下料时放焊接收缩余量，焊接收缩量根据图纸或工艺要求进行预留，无要求是按照以下要求进行预留：

钢管壁厚≤6mm，每个节点预留1mm；钢管壁厚≥8mm，每个节点预留1.5mm；

2.2.3原材料的对接

腹杆不允许接长。

如由于材料原因必须接长，则由生产部门提出对接要求，由技术部门出通知，确定对接缝的形式和要求。

生产部排版下料人员，进行排版下料。

对接接头具体坡口如下图,并在工装划出纵向直线，相隔900、四条及节点圆周环线，打样冲眼。

主管端头示意图

对于支撑杆件，下料时，焊接收缩量根据图纸或工艺要求进行预留，无要求是按照以下要求进行预留：

钢管壁厚≤6mm，预留1-1.5mm；钢管壁厚≥8mm，预留1.5-2mm；如下图为相贯线切割机下料后端头的形状示意图。

支管端头示意图

下料后，必须立即对构件或杆件进行检验，当钢管不平直及有局部凹陷时，应对钢管进行矫正；

2.2.4钢管、型钢切割前应事先排料，钢管桁架分段弦杆应以钢管最大利用长度对接，但应使接头至腹杆与弦杆节点的距离大于或等于500mm。

腹杆原则上不允许对接时，如果必须对接时接头位置应位于杆件长度的三分之一（具体视管子来料情况定）。

且每根腹杆中最多只允许有一个对接接头，最短的管子不能小于2倍的管子直径且不能小于800mm。

对接接头要求为一级焊缝（设计有特别要求的按设计执行）。

2.2.5钢板的切割，应根据放样套料图及数控切割下料图，分别进行数控自动切割、半自动切割。

2.2.6节点板和加劲板用剪板机、数控火焰切割机、半自动切割机下料。

，不允许采用手工切割下料。

2.3屋架弦杆的弯圆

杆件弯圆采用钢管弯圆机进行加工。

弯曲后，钢管直径变化不大于3mm，壁厚变化不大于1mm，钢管表面不能出现折痕和凹凸不平的现象。

然后切割端头，按前述方法下料。

较大半径和板厚的圆管在工厂内一般采用火焰煨弯，热煨弯一过程具体工艺要求如下：

1）胎架的制备

弯管胎架应根据图纸确定支点的矢高，支点距离d一般不大于1000-1500mm，具体距离视工程的具体情况而定。

用水准仪测量测定各点的位置，矢高误差不超过2mm。

胎架示意图如下：

2）划线

（1）在准备好起拱的圆管上垂直对称划四条母线，然后用粉笔标识出烤火点范围，烤火点之间距离不大于100mm，俯视示意图如下：

为了保证钢管圆弧均匀过渡，烤火点应超过钢管的母线10-15。

，如下图示：

（2）烤火

加热时应用两把烤枪从中间向两侧对称加热，从而保证在烤火过程中构件不至于扭曲变形，烤火过程中用不小于1.5m长的样板，样板的半径偏差应在2mm以内。

进行测量，保证弯制的弧度在规定值范围内。

3）如果管壁较厚，烤火效果不明显时，应增加外力，示意图如下：

施加外力时，外力点不能和管壁直接接触，应加好垫铁（垫铁应和圆管面接触密实，并应大于1.5外力点的作用范围），垫铁内径和管壁接触良好。

避免局部受力产生凹坑。

（3）当各个支撑点都与管壁接触后，应停止加热，外力不能立即去除，在钢管冷却至室温后，再去除外力。

（4）钢管弯制结束，检查弧度合格后，应根据上下弧长进行切头、开坡口。

（5）检查杆件合格后按照规定做好标识。

放于胎架上分类摆放。

弯曲过程是在材料弹性变形后再达到塑性变形的过程，拉伸和压缩使材料内部产生应力，从而引起材料的一定的弹性变形，一旦外力作用（或同时降温），材料会产生一定的回弹,回弹量一般为0.04-0.06R（R为半径）。

影响回弹的因素主要有：

a）材料的机械性能：

屈服强度越大，回弹越大。

b）变形程度：

弯曲半径R和材料厚度T的比值越大，回弹越大。

c）变形区域越大，回弹越大。

材质为Q235的回弹量为0.05R，材质为Q345的回弹量为0.06R。

影响回弹量得因素很多，开始弯曲时首先选择较小的回弹量，煨制好第一根后，根据测量出的煨弯成型情况，重新确定较理想得回弹量。

材质为Q235的回弹量为0.04R，材质为Q345的回弹量为0.05R。

2.4坡口加工的要求

钢管的相贯面切割采用六维相贯线自动切割机切割成带变化坡口的与主管外表面完全吻合的空间曲线形状；支管壁厚大于等于6mm时应切坡口，支管壁厚小于等于6mm时可不切坡口，支管切割时应考虑主管为曲杆等因素对切割轨迹的影响，下料阶段不得采用人工修补的方法修正切割完的支管。

2.5圆管桁架组装

2.5.1钢管对接焊缝同其它焊缝的间距不小于200mm。

直缝电焊钢管对接时,两纵缝在圆周上的间距不小于200mm（设计有特别要求的按设计执行）。

2.5.2主管对接焊缝应距离桁架腹杆交点200mm以上（设计有特别要求的按设计执行）。

2.5.3构件不要求设引弧、熄弧板的角焊缝，终止处必须进行包角焊,引弧和熄弧端离端头10mm以上。

2.5.4圆管桁架组装、预拼转在胎架或者平台上，按照工艺规定的工序进行，组装前对零部件进行检查，组装的允许偏差见下表。

项目

允许偏差（mm）

图例

测量工具

对接接头底板错位

t≤16

1.5

角尺

16＜t＜30

t/10

t≥30

3.0

对接接头的间隙偏差

手工点弧焊

+4.0

0

钢尺、塞尺

埋弧自动焊和气体保护焊

+1.0

0

对接接头的直线度偏差

2.0

钢尺

根部开口间隙偏差

（背部加衬板）

±2.0

钢尺、角尺

钢管外径偏差

参见表3.1.2、3.1.3

钢直尺

塞尺

对口错边

t/10

且不应大于3.0

角尺

管口圆度

D/500且不大于3.0

钢尺

2.5.5由于屋架结构基本相同，将选择有代表性的桁架进行工艺分析。

为保证各主管尺寸形状的正确性，在装配前进行预拼装，在连接处增加连接耳板，用螺栓进行连接（不焊），检查其正确性，如有不符立即进行矫正、整改。

对桁架主管及相互之间的腹杆在装配平台上利用组装胎架（如下图）进行装配，装配工艺为在胎架上先组装上弦及下弦的主管，确定其空间位置，然后装配支管并定位、焊接。

三角形桁架装配胎架示意图

2.5.6桁架主管的各个部分用如下图方法用螺栓临时固定；

主管之间临时连接固定示意图

2.5.7拼装胎架将桁架主管固定在装配平台上，再用龙门吊将已接好的主管放置在如图对应位置，固定定位块，调节调整板，确保主管之间的相对位置；

桁架装配位置示意图二

桁架在胎具上的安装示意图

2.5.8在胎架上对主管的各节点的中心线进行划线；

1桁架的结构形式为弦杆贯通，腹杆焊接在弦杆上，其节点为腹杆与弦杆直

接焊接的相贯节点，其形式有如下几种：

2.5.9装配支管并定位焊，对支管接头定位焊时，不得少于4点；定位焊后检验定位焊后组件的正确性。

定位好后，对纵横桁架进行焊接，焊接时，为保证焊接质量，尽量避免仰焊、立焊。

2.5.10焊接工作应尽量在工厂或预拼装场内进行，在符合强度、刚度要求的专门的钢胎架上将散件组装成整体。

在组装时严禁强迫就位。

2.5.11采用焊接球节点处，由于体型要求，杆件在焊接球可能相碰，此时应首先保证大直径钢管与焊接球焊接，小直径管与焊接球或大直径管相贯，要求同相贯节点。

2.5.12桁架结构采用腹杆与弦杆直接焊接的相贯节点，弦杆截面贯通，腹杆焊接于弦杆之上，焊接时，对如下图所示节点，当支管与主管的夹角小于90度时，支管端部的相贯焊缝分为A，B，C，D四个区域，其中A，B区采用等强坡口对接熔透焊缝，D区采用角焊缝，焊缝高度为1.5倍管壁厚，焊缝在C区应平滑过渡。

当支管与主管相垂直时，支管端部的相贯焊缝分为A，B两个区域，当支管壁厚不大于5mm时可不开坡口，由于在趾部为熔透焊缝，在根部为角焊缝，侧边由熔透焊缝逐渐过度到角焊缝，同时考虑焊接变形，因此必须先焊趾部，再焊根部，最后焊侧边。

A：

趾部B:

侧边C：

根部

Y型节点焊缝位置分区

桁架支座节点处的焊接，其加劲肋、短钢柱与支座底板之间及加劲肋与短钢柱之间均用双面角焊缝连接，满焊。

2.6桁架的焊接要求

2.6.1人员要求

焊工应按《焊工技术考试规程》的规定，通过考试并取得合格证后，方可持证上岗从事焊接作业。

焊工资质应与施焊条件及焊缝质量等级相适应，严禁低资质焊工施焊高质量等级的焊缝。

2.6.2焊接设备和方法的要求

尽量采用工厂焊接，并优先采用自动焊接和半自动焊接。

选用的焊接设备应具满足焊接工艺要求和安全可靠的性能。

2.6.3焊接顺序的选择应考虑焊接变形的因素，尽量采用对称焊接，对收缩量大的部位应先焊，焊接过程中要平衡加热量，使焊接变形和收缩量减小。

2.6.4对厚度较大的碳钢和低合金钢应采用焊前预热和焊后热处理措施，预热及焊后热处理温度按照下表进行：

预热温度

钢材

牌号

接头最厚部件的板厚t（mm）

t<25

25≤t≤40

40

60

t>80

Q345

~

60℃

80℃

100℃

140℃

Q235

~

~

60℃

80℃

100℃

2.6.5焊后应对焊疤补焊磨平，清除焊渣和飞溅物。

2.6.6钢管等空心构件的端口采用钢板作为封头板时，采用连续焊缝密闭,使内外空气隔绝，并确保组装、安装过程中构件内不得积水。

2.6.7对接焊缝质量等级为二级，角焊缝质量等级为三级。

2.6.8钢管相贯线焊缝（包括钢管与节点板及焊接球相贯连接焊缝）要求如下：

1）相贯线焊缝，应沿全周连续焊接并平滑过渡。

焊缝的质量等级：

桁架弦杆、腹杆钢管间对接焊缝为一级；全熔透焊缝为二级，角焊缝和部分熔透焊缝为三级。

2）多层焊接应连续施悍，每一层焊缝焊完后应及时检查，如发现有影响焊缝质量的缺陷，必须清除后再焊。

3）当多根支管同时交于一节点，且支管同时相贯时，支管按大管径和壁厚优先。

支管与支管相贯处一律满焊。

4）圆管相贯时，支管端部的相贯线焊缝位置沿支管周边分为A（趾部）、B（侧面）、C（踵部）三个区域。

5）当焊管壁厚≤6mm时，采用全周角焊缝。

6）当焊管壁厚＞6mm时，所夹锐角θ≥75°时，采用全周带坡口的全熔透焊缝。

焊缝，C区采用带坡口的部分熔透焊缝（当夹角θ＜35°时可采用角焊缝），各区相接处坡口及焊缝应圆滑过渡。

7）对全熔透和部分熔透焊缝，其有效焊缝高度he>1.15t,且he<1.25t（t为支管的壁厚）。

对角焊缝，最小焊脚尺寸为1.5t（t为较厚焊件厚度）。

2.6.9钢管插入节点板连接焊缝要求如下：

1）焊缝应沿全周连续焊接并平滑过渡。

2）钢管与节点板连接焊缝为受力焊缝；封板与节点板连接焊缝为构造焊缝，保证钢管密封。

并确保组装、安装过程中构件内不得积水。

3）构造焊缝采用角焊缝；受力焊缝当焊管壁厚≤6mm时，采用双面角焊缝，焊管壁厚>6mm时，采用全熔透对接焊缝。

焊缝其他要求同钢管相贯焊缝。

2.6.10主钢管与节点板连接焊缝要求如下：

1）主钢管拼接处钢管断开，钢管坡口与节点板采用全熔透对接焊缝。

2）其他部位钢管连续，采用如下图所示对接焊缝。

h=min（t,t1/2）

3）所有主钢管与节点板连接焊缝质量等级为二级。

其他要求同钢管相贯焊缝。

2.6.11节点板之间连接焊缝要求如下：

1）节点板之间连接焊缝尽量采用图所示对接焊缝。

焊缝等级要求二级。

2）采用其他连接方式要求连接板与连接焊缝等强。

3）其他要求同钢管相贯焊缝。

2.6.12定位焊

⑴定位焊焊缝所采用的焊接材料及焊接工艺要求应与正式焊缝的要求相同。

⑵定位焊焊缝的焊接应避免在焊缝的起始、结束和拐角处施焊，弧坑应填满，严禁在焊接区以外的母材上引弧和熄弧。

⑶定位焊尺寸参见下表要求执行。

母材厚度

（mm）

定位焊焊缝长度（mm）

焊缝间隙

（mm）

手工焊

自动、半自动

t≤20

40－50

50－60

300－400

20

50－60

50－60

300－400

t>40

50－60

60－70

300－400

⑷定位焊的焊脚尺寸不应大于焊缝设计尺寸的2/3，且不大于8mm，但不应小于4mm。

⑸定位焊焊缝有裂纹、气孔、夹渣等缺陷时，必须清除后重新焊接，如最后进行埋弧焊时，弧坑、气孔可不必清除。

d.引弧和熄弧板

重要的对接接头和T接头的两端应装焊引弧板和熄弧板，其材料及接头原则上应与母材相同，其尺寸为：

手工焊、半自动—50×30×6mm；自动焊—100×50×8mm；焊后用气割割除，磨平割口。

e.焊缝清理及处理

⑴多层和多道焊时，在焊接过程中应严格清除焊道或焊层间的焊渣、夹渣、氧化物等，可采用砂轮、凿子及钢丝刷等工具进行清理。

⑵从接头的两侧进行焊接完全焊透的对接焊缝时，在反面开始焊接之前，应采用适当的方法（如碳刨、凿子等）清理根部至正面完整焊缝金属为止，清理部分的深度不得大于该部分的宽度。

⑶每一焊道熔敷金属的深度或熔敷的最大宽度不应超过焊道表面的宽度。

⑷同一焊缝应连续施焊，一次完成；不能一次完成的焊缝应注意焊后的缓冷和重新焊接前的预热。

⑸加筋板、连接板的端部焊接应采用不间断围角焊，引弧和熄弧点位置应距端部大于100mm，弧坑应填满。

⑹焊接过程中，尽可能采用平焊位置或船形位置进行焊接。

f.工艺的选用

⑴不同板厚的接头焊接时，应按较厚板的要求选择焊接工艺。

⑵不同材质间的板接头焊接时，应按强度较高材料选用焊接工艺要求，焊材应按强度较低材料选配。

（3）钢管相贯线焊接要领：

钢管对接：

钢管对接焊缝主要为桁架上下弦杆、大直径管材，现场焊接方式主要为手工电弧焊。

对接焊接是本次安装焊接的重中之重，必须从组对、校正、复验、预留焊接收缩量、焊接定位、焊前防护、清