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临港海洋工程屋面管桁架工厂制作与质量控制 摘要：介绍了大跨度空间管桁架的制作过程以及桁架整体结构尺寸和焊接质量的控制。 关键词：管桁架 相贯线 焊接质量 结构尺寸 一、概述 工程概况 上海临港海洋工程及高技术船舶工程配套项目浮体工场工程（图1）位于南汇临港新城重装备产业区，基地南侧临杭州湾、东侧为E71路、北侧D1路、西侧为E7路，占地面积约69530平方米， 总建筑面积约为67860平方米。
图1厂房剖面图 本工程主要为钢结构，设有给排水、工艺管道系统，电气工程包括电力、照明、防雷、接地系统、空调系统、通风排烟系统，室外总体工程道路工程等。浮体工场轴线长390m；宽174m；基础为钢筋混凝土杯口基础，上部结构为单层多跨钢结构厂房，屋架形式为倒三角锥形空间桁架，单榀屋架最大跨度为51m，安装高度为32m，最高点标高为37.9m。屋面桁架的加工制作由国内在钢结构网架、桁架制作比较有知名度的江苏天地钢结构工程集团加工制作，天地集团为钢结构一级资质，多年来一直享有较高的社会声誉。 管桁架的倒三角形截面空间钢管相贯桁架具有以下特点: 节点刚域大，使管桁架的上下弦杆及腹杆的用钢量节省，钢管结构中钢管截面惯性半径较大,可减轻自重，外露面积小，受力简单明确;刚度大,抗震性能好,适用于大跨度,大空间;建筑物的表现效果较为丰富。因此,近几年在我国发展非常迅速,已开始大规模地应用，本工程管桁架制作主要工艺流程如下（图2）：
图2管桁架制作主要工艺流程 1 二、工厂加工前的准备工作 本人为总包方驻钢构厂代表，参与了构件加工制作前的图纸会审及加工方案的制定，制作厂对如何设置拼装胎架以及一些需要重点控制的连接节点的施工工艺做了认真仔细的研究，主要包括下弦杆、直腹杆、斜腹杆与焊接球连接节点，此处汇集了9条焊缝，施工工艺复杂，虽然设计焊缝等级为二级，但考虑制作为主要受力点且焊缝比较集中，焊缝均100%UT探伤。上弦杆与中间法兰摩擦板之间的连接同样为二级焊缝。 对于以往类似的构件,制作整体胎具时,通常都是先利用上弦平面胎具做出上弦单片桁架,将一根上弦和一根下弦平行地面放置,设立组装胎具(图3) 。
图3通常设置组装胎具法 这种做法的优点是桁架侧面装配都可在地面进行,装配和焊接比较方便。但由于本工程的桁架上、下弦起拱后,空间几何信息变得比较复杂,起拱方法见图见（图4）。且上弦杆与下弦杆不在同一平面内，所以,我们决定制作上、下弦倒置的空间三维胎具进行桁架的拼装（图5）。这样,虽然在装配时有些麻烦,却可以有效地保证构件的尺寸精度，胎架断面图见（图6）。
图4起拱前后轴线位置对比
图5 胎架现场拼装图及立面示意图 2 图6胎架断面示意图 三、工厂加工制作 1、材料进场 本工程所使用的大部分材料采用Q235B直缝钢管，主要弦杆采用无缝钢管，材料进厂后组织监理工程师、甲方代表、项目部质检人员对到货的材料进行初验,核对合格证书、炉号、规格品种、主要技术性能是否符合设计要求,对材料的外观和尺寸进行检查,要求表面无明显锈蚀、麻坑等缺陷，同时加工厂对来料的材质进行了复检，将复检结果报予总包单位，材料复检均合乎要求。 根据《钢结构工程施工质量验收规范》(GB50205 - 2001)的要求对材料进行抽样送检,经检测合格,监理工程师签字同意后方可进行下料加工。焊接材料电焊条进场时要检查材料的质量证明书并对焊条进行外观检查,要求所有的焊条药皮应干燥牢固、完整、不能有裂纹、气孔及刻痕等。 另外，由于本工程直缝焊管量比较大，业主指定专门的检测单位上海众合检测公司对本工程的壁厚大于8mm的直缝隙进行20%MT，检查直缝焊管是否存在表面缺陷，在3200多米的直缝管探伤过程中没有发现缺陷磁痕，评定合格！ 2、下料 2.1 腹杆下料：腹杆管材下料均采用数控相贯线切割机（图7），
图7数控相贯线切割机下料 图8 管道气割机下料
本工程采用北京林克曼数控技术有限公司生产的LMGQ/P-A型(四轴)数控管相贯线切割机，配用FASTFRAME空间桁架制造软件进行切割下料。该设备为数控等离子切割,可自动切割多种钢管及各种坡口型式、相贯端头等,可满足本工程钢管原材加工要求。在设计相贯线下料切割参数时应考虑桁架的起拱的影响（如图9），在确定杆件长度时考虑焊接收缩量,按《建筑钢结构焊接规程》( JGJ81 - 2002 ) 3 执行, 各杆件每个接口的收缩为1mm。 2.2 弦杆下料：用管道气割机（图8），两端齐头并开坡口，长度尺寸控制在±1.5mm。 2.3 板材下料：主要采用数控直条切割机及剪板机，部分摩擦面连接板采用数控转床制孔，下料尺寸及制孔精度达到规范要求， 3、拼装 拼装在相应的拼装架和胎架上按照设计图纸要求进行,并拼装至整长。由于该桁架空间尺寸大，宽高各在4m多，最高点离地面达到6m，拼装每一根腹杆都要借助行车，拼装难度比较大，在拼装过程中重点控制以下几点： 3.1 严格按照设计要求及相贯节点限定条件拼装，钢管对接焊缝距弦、腹杆节点≥300mm（如图9）。 3.2 由于腹杆对接量比较大，拼装时要将相邻腹杆的对接焊缝错开，并且整杆与对接杆穿插配置，避免出现受力的薄弱环节。
图9 拼装节点限定示意图 3.3 拼装完成后,本人及监理工程师先后到场验收,检查桁架的整体结构尺寸、高度、起拱、接口偏差、坡口间隙等（见表一）是否满足钢结构工程施工质量验收规范要求。同时拼装过程中做好拼装顺序、构件编号、质量流转卡等各项记录。
表一 屋架拼装尺寸允许偏差 序号 项目 允许偏差 检查方法 1 屋架最外端两个孔或两端+5 -10 用钢尺检查 支承面最外侧距离 2 屋架跨中高度 ±10 用钢尺检查 3 起拱 ±L/5000 用钢尺检查 4 相邻节间弦杆的弯曲 L/1000 拉线及钢尺检查 5 固定檩条的连接件间距 ±5 用钢尺检查 6 支承面到第一个安装孔距 ±1 用钢尺检查 7 节点杆件轴线交点错位 3 用钢尺检查 3.4 下架前注意事项： 4 |
