管桁架结构制作与安装施工技术工艺

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GB／T699—1999

普通碳素结构钢GB／T700—1998

低合金高强度结构钢GB／T1591—1994

一般工程用铸造碳素钢GB 5576—1997

铸件尺寸差GB 6414—86

结构用冷弯空心型钢GB／T6728—1986

铸钢件超声探伤方法及质量评级方法GB 7233—87

焊接结构用碳素钢铸件GB／T7659—1987

结构用无缝管GB／T8162—1999

铸件重量公差GB／T11351—89

直缝焊管GB／T13793—1992

结构用不锈钢无缝钢管GB／T14975—1994

钢结构工程施工质量验收规范GB 50205—2001

建筑工程施工质量验收统一标准GB 50300—2001

建筑钢结构焊接技术规程JGJ 81—2002

合金钢铸件JB／ZQ4297—1986

铸件质量分等通则JB／JQ82001—90

1.3 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》GB／T699—1999、《普通碳素结构钢》GB／T700—1998、《低合金高强度结构钢》GB／T1591—1994和《结构用不锈钢无缝钢管》GB／T14975—1994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》GB／T6728—1986标准规定，无缝钢管必须符合《结构用无缝管》GB／T8162—1999标准规定，焊管必须符合《直缝焊管》GB／T13793—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》GB／T14975—1994标准规定。

2板材

1) 材质：必须符合《普通碳素结构钢》GB／T700—1998和《低合金高强度结构钢》GB／T1591—1994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》GB／T3274—1988和《热轧钢板和钢带的尺寸、外形、重量及允许偏差》GB／T709—1988标准规定。

3焊材

1) 焊条：分别应符合《碳钢焊条》GB／T5117—1995、《低合金钢焊条》GB／T5118—1995和《不锈钢焊条》GB／T983—1995标准规定；

2) 焊丝分别应符合《熔化焊用钢丝》GB／T14957、《气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝》GB ／T8110、《碳钢药芯焊丝》GB／T10045、《低合金钢药芯焊丝》GB／T17493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》GB／T12470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ZG25Ⅱ、ZG 35Ⅱ、ZG 22Mn等，优先采用ZG 35Ⅱ、ZG 22Mn铸钢，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 5576—1997、《焊接结构用碳素钢铸件》GB／T7 659—1987和《合金钢铸件》JB／ZQ 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》GB／T699—1999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，未注尺寸公差按GB6414—86CT13级，壁厚公差按GB6414—86CT14级，错型值为1.5mm。未注重量公差按GB／T11351—89MT13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）。

)(a )(b )(c )(d

图1.4-1 管行架单元断面形式

注)(a 三角形断面。)(b 矩形断面。)(c 梯形断面。)(d 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9.1.5—1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和图1.6—2所示。

图1.6-1 单斜式 图1.6-2 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T —Y 、T —K 、＋、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

5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，必须进行相贯线绘制。

1) 深化设计常用节点形式：

图2.3—1 主管支管直接相贯

图2.3—2 带加强套管相贯

图2.3—3 球管相贯

图2.3—4管鼓相贯

图2.3—5 管板相贯节点

图2.3—6 管筒相贯节点

图2.3—7 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》GB50017-2003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) 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3.1-1。

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3.2-2）的等强度全熔透焊接以及加外套筒（见3.2-3）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3.2-3所示。