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武漢新芯FAB12B鋼桁架制作技術(shù)

作者：建筑鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)    
時(shí)間：2009-12-22 20:26:20 [收藏]

    摘 要：本文介紹大跨度鋼桁架的加工工藝及成型后的預(yù)拼裝等新技術(shù)。
    關(guān)鍵詞：鋼桁架 預(yù)拼裝

    一、工程概況
    武漢新芯集成電路制造有限公司FAB12B鋼結(jié)構(gòu)工程為鋼桁架結(jié)構(gòu)，其鋼桁架位于15.5m標(biāo)高砼結(jié)構(gòu)樓層上，桁架下弦做為設(shè)備技術(shù)層、上弦做為屋蓋。工程建筑總長(zhǎng)126米，跨度94米，柱距8.4米，鋼桁架高度8-9米，建筑面積約12000平方米，屋面坡度1：30。主體結(jié)構(gòu)采用焊接H型鋼組合式桁架，桁架之間設(shè)置水平支撐體系及垂直支撐體系，所有坡口及節(jié)點(diǎn)區(qū)焊縫均為熔透焊縫，焊縫等級(jí)為一級(jí)，焊接要求較高。鋼桁架材質(zhì)均采用Q345B，結(jié)構(gòu)總用鋼量為3200噸。

    二、工程特點(diǎn)及難點(diǎn)分析
    本工程結(jié)構(gòu)用鋼量大，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、設(shè)計(jì)理念、建筑使用要求，使其鋼結(jié)構(gòu)工程富有個(gè)性，特別是桁架結(jié)構(gòu)其獨(dú)特的技術(shù)層構(gòu)造，更顯示鋼結(jié)構(gòu)造型的獨(dú)有風(fēng)格，也造成了其制造難度的增大。現(xiàn)從結(jié)構(gòu)制造的角度淺析其技術(shù)難度，總結(jié)如下：
    1.由于主桁架、次桁架的縱橫交錯(cuò)，組成桁架的桿件規(guī)格多樣，星羅棋布的結(jié)構(gòu)式特點(diǎn)，使結(jié)構(gòu)的形式變得復(fù)雜多樣，致使多腹桿交匯處的處理較為復(fù)雜。對(duì)于節(jié)點(diǎn)處的桿件重疊，分主次焊接，主焊縫先焊，再裝次桿件。
    2.鋼結(jié)構(gòu)加工焊縫技術(shù)難度較大
    由于本工程屋面鋼桁架上下弦桿均采用焊接H型鋼，且對(duì)接焊縫均為一級(jí)焊縫，構(gòu)件加工制作焊接要求較高。同時(shí),由于構(gòu)件截面存在部分厚板與薄板焊接，焊接時(shí)需考慮厚板焊接工藝。所有坡口焊均為全熔透等強(qiáng)焊縫，焊縫等級(jí)為一級(jí)。
    3.本工程桁架跨度為94m，在制作前須預(yù)先確定起拱值，并且針對(duì)本工程桁架撓度控制，經(jīng)過(guò)和設(shè)計(jì)及安裝單位協(xié)商討論、荷載分析后，給出了每個(gè)桁架各個(gè)部分的起拱值，相對(duì)于其正常標(biāo)高有正有負(fù)，并確定了在桁架節(jié)點(diǎn)處實(shí)施撓度控制的原則。在桁架制作前，根據(jù)各節(jié)點(diǎn)撓度控制值，同時(shí)在制作時(shí)根據(jù)工藝考慮焊接收縮量，在放樣、下料組裝時(shí)加入，這樣可有效的解決找度控制的難題。
    4.構(gòu)件加工制作精度控制
    桁架弦桿在工廠分段制作，長(zhǎng)度不大于18m,腹桿散件加工，每榀桁架在生產(chǎn)車間均實(shí)行整體預(yù)拼裝，且桁架起拱及標(biāo)識(shí)均在車間制作完成。

    三、桁架的制作工藝
    1.制作準(zhǔn)備
    1.1桁架制作前必須熟悉圖紙，仔細(xì)核對(duì)零件的幾何尺寸和零件之間的連接尺寸；核對(duì)零件的編號(hào)、材質(zhì)、數(shù)量等，熟悉相應(yīng)的制造工藝和焊接工藝，以便明確各構(gòu)件的加工精度和焊接要求。
    1.2制作用的工具（卷尺、角尺等）必須事先檢驗(yàn)合格，組裝用的平臺(tái)和胎架應(yīng)符合構(gòu)件裝配的精度要求（胎具的水平應(yīng)在0～2mm之間）并具有足夠的強(qiáng)度和剛度。
    1.3構(gòu)件制作前要按照工藝流程進(jìn)行，零件連接處的焊縫兩則各30～50mm范圍以內(nèi)的毛刺、水份、氧化皮、油污和垃圾等應(yīng)清理干凈。
    1.4零、部件在裝配前的加工中發(fā)生了變形時(shí)，如該變形量不能確保所定的制品精度，要在無(wú)損于材質(zhì)的情況下用加壓矯正、加熱法矯正，常溫加壓矯正可用翼緣矯正機(jī)或1400t油壓機(jī)；加熱矯正可采用火焰矯或電加熱，但加熱溫度不得超過(guò)800℃，加熱矯正應(yīng)避開藍(lán)脆區(qū)溫度（200℃～400℃）。
    1.5構(gòu)件制作時(shí)應(yīng)進(jìn)行自檢和互檢，準(zhǔn)確無(wú)誤后再提交專檢人員驗(yàn)收，若在檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，應(yīng)及時(shí)向上反映，待處理方法確定后進(jìn)行修理和矯正。
    1.6 H型鋼的焊接應(yīng)優(yōu)先在焊接生產(chǎn)線上進(jìn)行，構(gòu)件的外形尺寸超出BH生產(chǎn)線范圍時(shí)，在組裝胎架上進(jìn)行組裝，組裝后按焊接工藝進(jìn)行焊接和矯正，然后在翼板上標(biāo)出中心線的位置作為構(gòu)件組裝時(shí)的基準(zhǔn)。
    2. 放樣與下料
    2.1三維空間放樣
    2.1.1依據(jù)設(shè)計(jì)圖和節(jié)點(diǎn)圖,,采用電腦繪制桁架的整體空間圖形,確定各桿件的具體尺寸和相交節(jié)點(diǎn)的零件外形。
    2.1.2桁架整體放樣時(shí)，水平方向以桁架底面與獨(dú)立柱之間的連接節(jié)點(diǎn)為基準(zhǔn)，垂直方向以軸線中心為基準(zhǔn)。將起拱值計(jì)入上、下弦桿節(jié)點(diǎn)處的放樣，以節(jié)點(diǎn)起拱控制整個(gè)桁架的起拱值。
    2.1.3弦桿在不同節(jié)點(diǎn)處分別加放不同的焊接收縮量，與弦桿焊接的腹桿裝有節(jié)點(diǎn)板并要求全熔透時(shí)，腹桿節(jié)點(diǎn)處加放0.5mm焊接收縮量，未要求全熔透時(shí)長(zhǎng)度可不加余量。
    2.2下料
    下料前檢查材料的牌號(hào)、規(guī)格、厚度是否滿足設(shè)計(jì)要求，長(zhǎng)、寬是否與領(lǐng)料單相符，材料表面是否有超出標(biāo)準(zhǔn)的缺陷，確認(rèn)后方可下料。并做爐批號(hào)移植，下料后按原尺寸資料打鋼印，并用白漆圈出。
    2.2.1按照批準(zhǔn)的工廠加工圖，用數(shù)控裝置制作樣板，樣板檢查合格后劃線；下料要按照先大后小、大中套小的原則合理配料套裁，并預(yù)留焊接收縮余量和切割加工余量；
    2.2.2需拼接的鋼板接口為全溶透焊縫，在對(duì)接接口焊接完畢，外觀處理、變形矯正后進(jìn)行超聲波探傷檢查，合格后焊縫磨平，以備拼裝；
    2.2.3檢查板件寬度、長(zhǎng)度、對(duì)角線和加工邊直線度，合格后統(tǒng)一編號(hào)、合理堆放備拼裝；
    2.3 H型鋼制作順序如下圖：

    2.4 H型構(gòu)件焊接
    2.4.1H型構(gòu)件的焊接工作在H型鋼焊接生產(chǎn)線上進(jìn)行。
    2.4.2對(duì)有坡口的焊縫在流水線上構(gòu)件傾斜角度以α=25～35º為宜，無(wú)坡口的焊縫以35～45º為宜。
    3.桁架預(yù)拼裝
    3.1預(yù)拼裝目的
    預(yù)拼裝目的在于檢驗(yàn)工廠加工的構(gòu)件能否保證現(xiàn)場(chǎng)拼裝、安裝的質(zhì)量要求，確保下道工序的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和安裝質(zhì)量達(dá)到規(guī)范、設(shè)計(jì)要求，能滿足現(xiàn)場(chǎng)一次吊裝成功率，減少現(xiàn)場(chǎng)安裝誤差。
    3.2預(yù)拼裝要求
    構(gòu)件進(jìn)行預(yù)拼裝時(shí)，要求在保證構(gòu)件外形尺寸的前提下，將主要的拼接接口進(jìn)行試組裝，檢查所有連接接口的板邊差、坡口間隙尺寸、截面的錯(cuò)位、劃出構(gòu)件預(yù)拼裝后的現(xiàn)場(chǎng)組拼對(duì)合線、定位中心線，水平檢驗(yàn)線等標(biāo)記以此作為現(xiàn)場(chǎng)拼裝的基準(zhǔn)。
    3.3 桁架工廠整體預(yù)拼裝
    3.3.1 整體預(yù)拼裝胎架面的選擇及胎架的設(shè)置
    桁架預(yù)拼裝在專用的拼裝場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行，桁架拼裝采用臥式拼裝的方法進(jìn)行拼裝。在車間平臺(tái)上劃出預(yù)拼桁架平面投影線（中心線、標(biāo)高線、端部企口線及構(gòu)件位置線）形成田字形控制網(wǎng)，并提交驗(yàn)收，然后豎胎架直桿，根據(jù)支點(diǎn)處的標(biāo)高設(shè)置胎架模板及斜撐，模板上口水平度控制在1mm以內(nèi)，胎架搭設(shè)后不得有明顯的晃動(dòng)狀，并經(jīng)驗(yàn)收合格后方可使用。如圖1所示：
    3.3.2桁架水平鋼梁的定位
    上、下弦水平鋼梁用行車吊上胎架定位安裝，定位時(shí)必須定對(duì)平臺(tái)上的水平投影線，組裝順序先組對(duì)下弦桿，后上弦桿，后腹桿，如下圖示。

    3.3.3桁架的斜撐(直撐)的安裝
    腹桿（直撐）H型鋼的定位安裝必須定對(duì)平臺(tái)上的水平投影中心線，并注意與上下弦桿牛腿的組裝間隙，并保證其接口的錯(cuò)邊量≤2mm，腹桿組對(duì)按每段桁架從中心各兩邊組裝。如下圖示。

    3.3.4桁架預(yù)拼裝的測(cè)量驗(yàn)收
    桁架整體預(yù)拼裝結(jié)束后，進(jìn)行整體檢查組裝尺寸，包括：分段接縫處坡口、安裝間隙尺寸及外形尺寸，以上檢驗(yàn)內(nèi)容必須提交專職檢查員進(jìn)行驗(yàn)收，并作好試組裝記錄。檢驗(yàn)合格后焊接，焊接參數(shù)及操作規(guī)程按焊接工藝要求進(jìn)行，焊接順序從每段中心向兩邊施焊，以減小焊接變形。在分段拆開前，將所有分段上的中心線駁至分段上下端口處，同時(shí)作出各個(gè)分段間的對(duì)合標(biāo)記線（間距統(tǒng)一定為200mm）和水平標(biāo)記線，并敲上洋沖印，作為現(xiàn)場(chǎng)組裝的定位依據(jù)。

    3.4焊后檢驗(yàn)、測(cè)量和變形矯正
    3.4.1焊接完畢，圖1平面桁架現(xiàn)場(chǎng)拼裝胎架設(shè)置示意圖
    縫磁粉探傷，抽檢率為10%；對(duì)接焊縫進(jìn)行超聲波探傷，抽檢率為每條焊縫的100%；
    3.3.3分段端口截面用型材固定，保持?jǐn)嗫诮孛嫘螤畛实妊切?，利于整體吊裝和拼裝；
    3.4.4上弦平面在吊點(diǎn)位置適當(dāng)加強(qiáng)，采用多吊點(diǎn)捆綁吊索，減少變形并防止吊離胎架時(shí)扭曲失穩(wěn)；
    4.標(biāo)識(shí)發(fā)運(yùn)
    出廠桁架桿件按工作圖和原圖資料的編號(hào)辦法打鋼印和對(duì)中標(biāo)記,并用白色油漆在構(gòu)件醒目處書寫桿件編號(hào),發(fā)運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)。

    四、結(jié)束語(yǔ)
    武漢新芯FAB12B鋼大跨度桁架工程按照上述工藝制作完成后，在現(xiàn)場(chǎng)一次安裝成功。在結(jié)構(gòu)安裝完成后，桁架各項(xiàng)標(biāo)高完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求，贏得了設(shè)計(jì)、監(jiān)理及業(yè)主的高度好評(píng)。本工程在制作過(guò)程中，除采取先進(jìn)合理的制作工藝，而且構(gòu)件加工過(guò)程中沒有僅考慮制作，而是為了安裝及使用后效果，最終確定先進(jìn)制作工藝的通盤考慮方案，把構(gòu)件在安裝中可能出現(xiàn)的問(wèn)題完全控制中在制作過(guò)程中，保證了現(xiàn)場(chǎng)安裝的順利進(jìn)行。

    參考文獻(xiàn)：
    1、《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB50205
    2、馬武社，《首都博物館新館鋼結(jié)構(gòu)工程大跨度鋼桁架制作難點(diǎn)分析及對(duì)策》，2006年全國(guó)建筑鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)大會(huì)論文集
    3、《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程》（JGJ81-91）北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社
    4、《建筑鋼結(jié)構(gòu)施工手冊(cè)》北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2002
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