管桁架结构制作与安装施工工艺.docx

1、管桁架结构制作与安装施工工艺 钢管桁架结构制作与安装施工工艺1 一 般 规 定1。1 适用范围本施工工艺规程适用于大型体育场馆、公共建筑和各种用圆管、矩管作为骨架构成各类形状的空间结构的建筑物以及构筑物。1。2 编制依据的标准与规范优质碳素结构钢 GBT6991999普通碳素结构钢 GBT7001998低合金高强度结构钢 GBT1591-1994一般工程用铸造碳素钢 GB 55761997铸件尺寸差 GB 641486结构用冷弯空心型钢 GBT67281986铸钢件超声探伤方法及质量评级方法 GB 723387焊接结构用碳素钢铸件 GBT76591987结构用无缝管 GBT81621999铸件

2、重量公差 GBT11351-89直缝焊管 GBT137931992结构用不锈钢无缝钢管 GBT149751994钢结构工程施工质量验收规范 GB 502052001建筑工程施工质量验收统一标准 GB 503002001建筑钢结构焊接技术规程 JGJ 81-2002合金钢铸件 JBZQ4297-1986铸件质量分等通则 JBJQ82001901.3 材料要求管桁架使用的管材、板材、焊材、铸钢，除材料牌号、型号规格和质量等级应符合相应设计文件的要求，还必须符合下述规定：1 管材1） 材质：必须符合优质碳素结构钢GBT6991999、普通碳素结构钢GBT7001998、低合金高强度结构钢GBT159

3、1-1994和结构用不锈钢无缝钢管GBT149751994的规定；2） 型材规格尺寸及其允许偏差：矩管必须符合结构用冷弯空心型钢GBT67281986标准规定,无缝钢管必须符合结构用无缝管GBT81621999标准规定,焊管必须符合直缝焊管GBT13793-1992标准规定,不锈钢无缝钢管必须符合结构用不锈钢无缝钢管GBT14975-1994标准规定。2 板材1） 材质：必须符合普通碳素结构钢GBT7001998和低合金高强度结构钢GBT15911994标准的规定;2） 规格尺寸和允许偏差：必须符合碳素结构钢和低合金钢热轧厚板和钢带GBT32741988和热轧钢板和钢带的尺寸、外形、重量及允许

4、偏差GBT7091988标准规定.3 焊材1) 焊条：分别应符合碳钢焊条GBT5117-1995、低合金钢焊条GBT5118-1995和不锈钢焊条GBT9831995标准规定;2） 焊丝 分别应符合熔化焊用钢丝GBT14957、气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝GBT8110、碳钢药芯焊丝GBT10045、低合金钢药芯焊丝GBT17493标准规定。3） 焊剂 分别应符合碳素结构钢埋弧焊用焊剂GB5293、低合金钢埋弧焊用焊剂GBT12470标准规定。4 铸钢1） 化学成分、力学性能 管桁架所使用铸钢节点铸件材料采用ZG25、ZG 35、ZG 22Mn等，优先采用ZG 35、ZG 22Mn铸钢，

5、其化学成分、力学性能分别应符合一般工程用铸造碳素钢GB 55761997、焊接结构用碳素钢铸件GBT7 659-1987和合金钢铸件JBZQ 4297-1986标准规定. 注：管桁架所使用的钢支座通常也采用35号、45号结构钢锻件，其化学成分、机械性能符合优质碳素结构钢GBT6991999的要求。辊轴锻件用钢锭锻造时,锻造比不少于2.5，锻造过程中应控制锻造最终温度，锻件应进行正火处理后回火处理.锻件不得有超过其单面机加工的余量的50的夹层、折叠、裂纹、结疤、夹渣等缺陷，不得有白点，且不允许焊补。2)尺寸公差和未注尺寸公差 管桁架所使用的铸钢构件的尺寸公差应满足设计文件的规定。当设计无规定时，

6、未注尺寸公差按GB6414-86CT13级，壁厚公差按GB641486CT14级，错型值为1.5mm；未注重量公差按GBT1135189MT13级。1.4 截面形式管行架单元断面形式一般采用三角形、矩形、梯形及其组合形式（图1.4-1）。图1。41 管行架单元断面形式注三角形断面;矩形断面；梯形断面;组合断面。1。5 构件类型 管行架组成构件分类一般有上弦杆、下弦杆、竖腹杆、斜腹干、横联杆、斜联杆， 如图9.1。51所示。图1。5-1 管桁行架组成构件分类1。6 腹杆及联杆组和类型管桁架的腹杆和联杆根据建筑要求、受力大小以及方便相贯节点处理,一般可采用单斜式或双斜式两种组合形式，如图1。6-1

7、和图1.62所示。 图1。61 单斜式 图1。62 双斜式1.7 节点及其形式 管桁架节点分为球节点、板节点、铸钢节点、鼓节点、法兰节点和相贯节点等.其相贯基本节点形式有T、K、Y;复合节点形式有TY、TK、X等。2 施 工 准 备2。1 材料准备1 管桁架制造使用的钢材、焊接材料、涂装材料和紧固件等必须符合设计要求和现行标准的规定。2 材料代用，采用等截面和等强度的原则，任何材料代用均必须经设计单位核算认可，并按有关规定办理审批手续。3 进厂的原材料除必须有生产厂的出厂质量证书，还应按合同要求和有关现行标准进行检验和验收，做好检查记录。4 钢材当钢材的平直度不能满足工艺要求时，应先行矫正.其

8、钢材矫正后，应符合表9。2-1规定的允许偏差要求。表2-1 钢材经矫正后允许偏差项目允许偏差钢板，型钢的局部绕曲矢高f在1m范围内厚度（t）矢高（f）14mm1.5mm14mm1。0mm角钢、槽钢、工字钢绕曲矢高f长度的1/1000,但不大于5。mm管材绕曲矢高f15mm1。5mm15mm2。0mm5 焊条 钢管焊条出厂必须按照标准进行严格检查,各项指标达到标准方能容许出厂。使用单位在焊条入库前，应按焊条质量保证书检查焊条质量是否合乎要求，型号、牌号是否符合要求。对于管桁架等重要结构的焊条,应按规定经质量复检合格后验收入库。2.2 焊接准备1 管桁架结构焊接全过程，均应在焊接责任工程师的指导下

9、进行。焊接责任工程师必须具备工程师以上技术职称（或焊接技师），并依据工程的具体要求及设备能力，编制焊接工艺指导书。2 焊接责任工程师和其它焊接技术人员，应具有承担焊接工程师的总体规划、管理和技术指导的能力。3 焊接责任工程师和其它焊接技术人员应具有钢结构、焊接冶金、焊接施工等方面的知识和经验，并具有焊接施工的计划管理和施工技术指导的能力。4 无损检验员必须经过培训,其资格应有文件或证书确认。若规定由业主委派人员进行检验,应在合同文件中声明。中级以上无损检验员可以在其监督下，让助理检验员完成具体工作,助理检验员同样仍需经过专业培训、考核和实践，取得相关资格方能进行相关的检验工作。中级以上无损检验

10、员应对无损检测结果进行审查、判定，并应对出具的监测报告签证、盖章、存盘、呈报。2.3 深化设计1 管桁架结构一般均需钢结构施工单位进行深化设计，因此要求管桁架结构施工单位应具有相应工程等级的钢结构专项设计资质.2 管桁架结构深化设计的要求如下：1） 应该建立结构整体三维线框模型，对重要部位的复杂节点,还应进行三维实体仿真放样，条件允许时宜建立整体结构三维实体仿真模型。2) 合理选用正确的结构节点形式，重要节点部位应该进行复核计算.3) 根据材料定尺长度，正确确定桁架弦干拼接点位置，同时根据安装条件,确定桁架节段拼接位置。4) 多根杆件相贯时，为保证节点施焊方便，同时保证焊缝质量,应该和结构设计

11、师充分讨论，确定节点工作点的定位以及允许偏心量。5) 对三维的曲线桁架，宜将其弦杆进行二维弧形展开，展开放样时应该充分考虑桁架拼接节点的安装精度与难度,和结构设计师充分讨论，选用合理的拼接节点形式。当二维展开难以满足设计曲线形状时，除考虑三维成型的加工设备条件外,宜和结构师进行充分交流,对加工曲线进行调整.6） 确定全部节点的合理焊缝形式,针对不同焊接部位制定相适宜的焊接工艺.7) 对于复杂节点，必须明确节点的装配关系。8） 确定重要零件、构件的加工工艺。3 相贯线绘制 在具有结构三维实体仿真模型和五轴以上数控相贯线切割机条件下，可以不进行专门的相贯线绘制，当不具备数控相贯线切割机条件时,必须

12、进行相贯线绘制.1) 深化设计常用节点形式：图2。31 主管支管直接相贯图2.32 带加强套管相贯图2。33 球管相贯图2.3-4管鼓相贯过渡板加劲板图2.35 管板相贯节点图2。36 管筒相贯节点 图2。37 法兰连接节点说明:1。 上图中的节点形式为管桁架深化设计过程中常采用的节点形式，其构造要求以及计算原则按钢结构设规范GB500172003和网架结构设计与施工规程JGJ7-91以及相关的钢结构设计构造手册内容执行.2. 对于某些重要部位的特殊节点形式,当难以采用手册简化计算公式确定其节点强度时，必须采取辅助手段提供其承载能力数据作为安全保障，一般的手段为有限元仿真计算或实验检测。2)

13、支座节点 管桁架结构采用的支座节点形式较多,对于一些新型的支座形式,如板式橡胶支座、万向球铰支座、滚轴支座、铸钢支座等应该通过与支座生产专业厂家的沟通,在深化设计阶段应该明确其构造要求,装配关系等,特别是支座安装后钢结构二次施工对支座的不利影响因素以及相应采取的工艺措施必须明确.2。4 制作准备1 放样和号料是管桁架结构制作工艺中的第一道也是至关重要的一道工序，从事放样、号料的技术人员和操作工人要求必须熟悉图纸,仔细了解技术要求，对图纸构件的尺寸和定位方向进行仔细核对。2 对于结构杆件空间关系复杂、连接节点呈空间定位、杆件之间或者杆件与相邻建筑体干涉较多的管桁架结构，宜采用三维实体放样,三维实

14、体放样分为整体实体放样和节点局部实体放样，如图2.4a和图2.4b所示。图2.4a整体实体放样 图2.4b节点实体放样3 由放样图进行胎架平台制作时,胎架平台工艺补偿尺度一般不得超过2mm。4 构件放样尺寸确定以后,为保证放样准确，应该进行自检,检查样板是否符合图纸要求,核对样板数量，并且报专职检验人员检验。5 下料加工之前，宜在计算机上进行电子图预拼装,当基于三维仿真实体模型条件下放样，可以直接进行数控切割.3 制 作3。1 工艺流程 管桁架加工制作,可以根据具体工程情况在工厂或工地现场进行,其工艺流程见图3.11.3.2 工作细则1 喷丸（砂)除锈 管桁架的构件推荐使用喷丸除锈,允许使用其

15、他方法,如喷砂除锈、手工除锈、酸洗除锈等,但必须达到设计要求的除锈等级。其除锈等级必须满足GB8923标准的规定.2 接管1） 管材对接，必须按JGJ81-2002标准规定进行焊接工艺评定，确定焊接材料、焊接方法以及焊接工艺参数，以保证接管的质量.2） 管材对接焊缝，通常采用加内衬管(板）（见图3。2-1）和加隔板焊（见图3.22）的等强度全熔透焊接以及加外套筒（见3.23）和插入式的等强度角焊缝焊接，焊缝的质量等级必须达到设计图纸具体要求。3) 相同管材（同管径同壁厚）对接形式：见图3。2-1、图3.2-2、图3。23所示.图3.1-1 加工制作工艺流程图3。2-1 加内衬管（板）的单面焊示

16、意图图3。22 加隔板焊示意图图3。23 加外套筒角焊示意图4） 不同管材对接形式分为：内径相同壁厚不同、外经相同壁厚不同和内径外经均不同三种情况。不同管材对接，分别应采取下述措施达到管材之间的平缓过渡。详见图3.24、图3。25、图3。26所示。图3.2-4内径相同壁厚不同管材对接示意图图3.25 外径相同壁厚不同管材对接示意图图3.2-6 内径外经均不同管材对接示意图5） 焊缝的坡口形式,在管壁厚度不大于6mm时，可用I形坡口，其坡口宽度b应控制在4mm8mm，见图3。27。在在管壁厚度大于6mm时，可用V形坡口，间隙应控制在25mm内，坡口角度应根据管壁厚度和使用焊条或焊丝直径，在558

17、0内选择，见图3.28.6） 内衬管一般选用壁厚410mm,长度4060mm为宜。图3.27I形坡口管对接图 图3。28V形坡口管对接图7) 管材焊接，可以采用二氧化碳气体焊和手工电弧焊.接管焊缝应冷却到环境温度后进行外观检查，Q195、Q235、20材质的管材应在焊接后焊缝自然冷却到环境温度；Q295、 Q345、09MnV、09MnNb、12Mn、12Mn、14MnNb、16Mn、16MnRE、18Nb材质的管材应在焊接完成24h后；Q390、Q420、Q460、15MnV、15MnTi、16MnNb、15MnVN、14MnVTiRE材质的管材应在焊接完成48h后，进行超声波探伤检查.8）

18、 管材的最短接长为二倍D（管材外经）且不得小于600mm.管材接管后，每10000mm的对接接头不得超过3个;每5000mm的对接接头不得超过2个；每3000mm的对接接头不得超过1个。且对接接头处焊缝应与节点焊缝错开为1D并不得小于200mm的距离，如图3。2-9所示.图3。2-9 对接接头焊缝与节点焊缝错开示意图9） 相同管材（同管径同壁厚）对接，接口错边小于0。15t（t为壁厚）且小于等于3mm。3 相贯线切割1） 相贯线的切割,必须采用专用数控相贯线切割机进行。管件在切割前，必须用墨线弹出基准线,作为相贯线切割的起止和管件拼装的定位线。并保证相交管件的中心轴线交汇于一点。如果管桁架中,

19、斜腹杆中心线交汇于弦杆中心线的外侧（即正偏心)或内侧（负偏心），则应使交汇的偏心距最小,且应满足：0。55d0e0。25 d0或-0。55h0e0。25 h0，如图3.210所示。相贯线的切割,应按照先大管后小管、先主管后支管、先厚壁管后薄壁管的顺序进行.图3。2-10 斜腹杆、弦杆中心线的偏心示意图注：d0为圆管直径；h0为矩管高度;e为偏心距。2) 管件壁厚大于6mm，应按图3.227、图3。228、图3。2-29和表3。25的坡口要求,采用定角、定点、固定坡口的方式与相贯线配套切割相贯节点焊接坡口。3) 相贯线形式主要分为：（1） 二管相贯线a 垂直相交相贯线如图3。211 所示.b 斜

20、交相贯线如图3。212 所示。c 偏心相交相贯线如图3。213所示。图3.211 垂直相交相贯线 图3.2-12 斜交相贯线 图3。2-13 偏心相交相贯线(2） 三管相交相贯线和多管交相相贯线如图3。2-14,图3。215所示。图3.2-14 三管相交相贯线 图3.2-15 多管相贯线（3) 与环管或球相贯线a. 与外环管相贯线如图3.2-16所示.b。 与内环管相贯线如图3。2-17所示.c. 与球相贯线如图3.2。17-18所示。图3。216外环管相贯线 图3.2-17内环管相贯线 图3.2。318管球相贯线4) 若采用火焰或等离子数控相贯线切割机进行相贯线切割，切割后必须将相贯线周围残

21、留熔渣清除干净,防止焊接缺陷产生。5）管件切割时应根据不同的节点形式，参考下述规定预留焊接收缩余量：钢管球节点加衬管时,每条焊缝收缩余量应留1.53.5mm，不加衬管时，每条焊缝收缩余量应留1.02。0mm。焊接钢板节点，每个节点焊缝收缩余量应留2。03。0mm。相贯节点,每条焊缝收缩余量应留1.02.0mm。4 弯管1)弯管可以采用冷弯和热弯的方法.但对于管径较大和壁厚较厚弯曲半径较小（通常R20m）的管件推荐使用较为先进的中频热弯工艺。2）弯管工艺流程：3）弧形、平面内函数曲线或平面内自由曲线的管件在弯制成形之前必须进行详细的控制点坐标计算，对单曲率杆件，每根下料杆件的弯曲前控制计算点不得

22、少于5个点,对于曲率较大的杆件或多曲率杆件，其形状控制点相应增加.同时要求弯管成形后的检查控制点应不少于桁架上下弦杆节段控制点，检查时可以采用节点相对坐标进行校核（图3。219）。4）弯管的质量应满足表3.2-1规定的加工公差要求。（） （）(c)图3。219 曲线桁架成形控制点表3。2-1 弯管加工公差要求项目允许偏差备注管径的椭圆率（Dmax-Dmin)/Dmax8矢（弦）高020mm弧长L1500，且20mm壁厚减薄量13t，且1.5mm 注： 1、Dmax、Dmin为管测点的最大、最小直径； 2、t为管壁厚度。5 节点板或节点球加工1) 节点板（1）焊接钢板节点分为单板和十字节点板，用

23、于连接管桁架杆件(图3。220）。十字节点板宜由二块带企口的钢板对插而成,也可以由三块钢板焊接而成.十字节点板 构造如图3。2-21（a)、（b)所示。图3。2-20 单板节点示意图（） （)图3.221 十字节点板构造示意图（2) 板节点所用的钢材应同管桁架杆件钢材一致，板材厚度由设计根据内力计算确定，一般比连接杆件厚度大2mm,但不得小于6mm。节点板大小尺寸由设计确定。十字节点板的竖向焊缝宜采用V形或K形坡口的全熔透对接焊缝.（3) 钢板节点的节点板长度尺寸允许偏差为2mm，角度允许偏差为20，可用角尺或样板检查，其接触面应密合.2） 节点球加工焊接空心球节点，是目前管桁架中应用较多的一

24、种节点。它构造简单,受力明确，球体无方向性，可以与任意方向的管件连接。（1）焊接空心球加工工艺流程：（2) 焊接空心球构造,由两个半球焊接而成，可分为不加肋（图3.2-22)和加肋（图3.223）两种。空心球外径与壁厚的比值按设计要求一般可选2545.空心球壁厚与连接管件最大壁厚的比值选用1.22。0.空心球壁厚一般不小于4mm。（3) 当空心球外径大于等于300mm,且杆件内力较大需要提高承载力时，可在球内两半球对焊处增设肋板，使肋板与两半球三者焊成一体，见图3。223。肋板厚度不小于球体壁厚；肋板本身可挖空以减轻自重，一般可挖去其直径的1312.为了方便两个半球的拼装,在肋板上可采用凸台,

25、其凸台高度不得大于1mm。内力较大的管件应位于肋板平面内。图3.222 不加肋空心球 图3。223 加肋空心球(4） 焊接空心球装配焊接前须在半球上钻一个5mm10mm的排气孔,待焊接完成检验合格后用塞焊的方式将孔封闭。(5） 焊接球节点的半球出胎冷却后,应对半圆球用样板修正弧度,然后按半径切割半圆球平面，并留出拼圆余量。半圆球修正、切割以后，宜采用机械或自动、半自动火焰切割方法打坡口。其坡口角度、钝边、间隙如图3。2-22和图3.2-23所示.(6) 加肋空心球，按加肋的形式分为加单肋和加垂直双肋。对于加垂直双肋的空心球，在圆球拼装前，应对半球进行加肋、焊接。（7） 球拼装应在胎具上进行，拼

26、装应保持球的直径尺寸和圆度一致.（8） 空心球焊接可用手工电弧焊或CO2保护焊的多层焊。壁厚大于16mm的大型空心球焊接时，为了保证质量，宜先采用CO2保护焊或手工电弧焊小直径焊条打底，再用埋弧焊填充、盖面.其焊接工艺参数与对应的平板焊接相近。拼装好的球体，应放在焊接胎架上转动（手工或机械)，采用180对称顺序焊法，见图9。3。224。图3.224 球体转动对称焊接顺序示意图 (9) 焊接空心球，焊接后的球表面应光滑平整，不得有局部凸起或折皱,其加工的尺寸公差必须符合表3。22规定.表3.2 焊接空心球加工尺寸公差球直径（mm）直径公差(mm）圆度(mm）壁厚减簿量(mm）两半球对口错边量（m

27、m)3001.51。513t且1.51.03002.52。5注：t为空心球壁厚。（9)焊接球焊缝应按JGT3034.1标准进行超声波探伤检查，其质量应符合设计要求，当设计无要求时,应符合GB502005-2001标准规定的二级焊缝标准。3) 铸钢件加工（1）管桁架铸钢节点构件铸造一般工艺流程:（2) 管桁架铸钢件铸造模型尺寸应考虑铸件的收缩量,砂必须采用优质砂.为保证铸件表面光滑、不粘砂，砂型应用干燥型或自硬型。(3） 铸造钢水应充分精炼纯净,尽量减少非金属夹杂物，应从炉中取样进行化学成分分析，保证钢水质量.（4) 应采用高强度的耐火釉砖作烧口系统，并保证钢水能顺利凝固和充分的补灌，防止浇铸系

28、统中的型砂剥落而使铸件夹砂.（5） 浇铸完成的铸件应逐渐冷却，避免由于铸件应力或局部冷却产生的热应力使铸件变形或开裂.拆箱后应全面清砂，去除冒口、飞溅等附属物。（6） 管桁架铸钢件清砂后，必须经整体退火处理，以消除铸造应力，整形或缺陷修补后再经正火加回火处理。正火处理过程中，保温时间不少于4h。(7） 管桁架铸钢件不允许有冷裂、热裂、白点（发裂）、和热处理裂纹存在。如有裂缝应铲除焊补,其铲削深度和铲削面大小必须满足如下要求：在支座、节点主要受力部位及其周围50mm范围内，经铲削后缺陷面积不超过该面积的10%，断面减弱不超过10.（8） 管桁架所使用的铸钢件成品的外观质量和内在质量分别应符合表9

29、。3.23、表9.3.24的规定。表3。2-3 管桁架铸件外观质量要求序号项目要求备注1形状尺寸形状铸钢件的形状必须符合设计规定。其基本尺寸公差符合设计要求，或符合GB6414-86GT13级规定（壁厚公差符合GB641486GT14级规定)。基本尺寸公差符合设计要求，或符合GB641486GT13级规定。壁厚公差符合设计要求，或符合GB641486GT14级规定。错型值1。5mm2重 量重量公差符合设计要求,或符合GBT1135189MT13级规定。3表面粗糙度Ra与其它管件连接部位12。5m其它部位50m4表面缺陷飞翅、毛刺、抬型、胀砂、冲砂、掉砂、外渗物、冷隔、浇注断流、表面裂纹、鼠尾、沟槽、夹砂结疤、粘砂、皱皮、缩陷、浇不到、未浇满、跑火、型漏、变形翘曲、冷豆，以及表面夹杂物、气孔、缩孔、砂眼等缺陷。符合设计要求和JBJQ8200190合格品的规定.表3.2-4 管桁架铸件内在质量要求序号项目要求备注1力学性能屈服强度符合设计和一般工程用铸造碳素钢GB55761997、焊接结构用碳素钢铸件GBT76591987和合金钢铸件JBZQ42971986标准规定。抗拉强度伸长率断面收缩率冲击韧性硬度2化学成分符合设计和一般工程用铸造碳素钢GB5576-1997、焊接结构用碳素钢铸件GBT76591987和合金钢铸件JBZQ