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武漢新芯FAB12B鋼桁架制作技術

作者：建筑鋼結構網    
時間：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拼裝等新技術。
    關鍵詞：鋼桁架 預拼裝

    一、工程概況
    武漢新芯集成電路制造有限公司FAB12B鋼結構工程為鋼桁架結構，其鋼桁架位于15.5m標高砼結構樓層上，桁架下弦做為設備技術層、上弦做為屋蓋。工程建筑總長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。主體結構采用焊接H型鋼組合式桁架，桁架之間設置水平支撐體系及垂直支撐體系，所有坡口及節點區焊縫均為熔透焊縫，焊縫等級為一級，焊接要求較高。鋼桁架材質均采用Q345B，結構總用鋼量為3200噸。

    二、工程特點及難點分析
    本工程結構用鋼量大，其結構特點、設計理念、建筑使用要求，使其鋼結構工程富有個性，特別是桁架結構其獨特的技術層構造，更顯示鋼結構造型的獨有風格，也造成了其制造難度的增大。現從結構制造的角度淺析其技術難度，總結如下：
    1.由于主桁架、次桁架的縱橫交錯，組成桁架的桿件規格多樣，星羅棋布的結構式特點，使結構的形式變得復雜多樣，致使多腹桿交匯處的處理較為復雜。對于節點處的桿件重疊，分主次焊接，主焊縫先焊，再裝次桿件。
    2.鋼結構加工焊縫技術難度較大
    由于本工程屋面鋼桁架上下弦桿均采用焊接H型鋼，且對接焊縫均為一級焊縫，構件加工制作焊接要求較高。同時,由于構件截面存在部分厚板與薄板焊接，焊接時需考慮厚板焊接工藝。所有坡口焊均為全熔透等強焊縫，焊縫等級為一級。
    3.本工程桁架跨度為94m，在制作前須預先確定起拱值，并且針對本工程桁架撓度控制，經過和設計及安裝單位協商討論、荷載分析后，給出了每個桁架各個部分的起拱值，相對于其正常標高有正有負，并確定了在桁架節點處實施撓度控制的原則。在桁架制作前，根據各節點撓度控制值，同時在制作時根據工藝考慮焊接收縮量，在放樣、下料組裝時加入，這樣可有效的解決找度控制的難題。
    4.構件加工制作精度控制
    桁架弦桿在工廠分段制作，長度不大于18m,腹桿散件加工，每榀桁架在生產車間均實行整體預拼裝，且桁架起拱及標識均在車間制作完成。

    三、桁架的制作工藝
    1.制作準備
    1.1桁架制作前必須熟悉圖紙，仔細核對零件的幾何尺寸和零件之間的連接尺寸；核對零件的編號、材質、數量等，熟悉相應的制造工藝和焊接工藝，以便明確各構件的加工精度和焊接要求。
    1.2制作用的工具（卷尺、角尺等）必須事先檢驗合格，組裝用的平臺和胎架應符合構件裝配的精度要求（胎具的水平應在0～2mm之間）并具有足夠的強度和剛度。
    1.3構件制作前要按照工藝流程進行，零件連接處的焊縫兩則各30～50mm范圍以內的毛刺、水份、氧化皮、油污和垃圾等應清理干凈。
    1.4零、部件在裝配前的加工中發生了變形時，如該變形量不能確保所定的制品精度，要在無損于材質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或1400t油壓機；加熱矯正可采用火焰矯或電加熱，但加熱溫度不得超過800℃，加熱矯正應避開藍脆區溫度（200℃～400℃）。
    1.5構件制作時應進行自檢和互檢，準確無誤后再提交專檢人員驗收，若在檢驗中發現問題，應及時向上反映，待處理方法確定后進行修理和矯正。
    1.6 H型鋼的焊接應優先在焊接生產線上進行，構件的外形尺寸超出BH生產線范圍時，在組裝胎架上進行組裝，組裝后按焊接工藝進行焊接和矯正，然后在翼板上標出中心線的位置作為構件組裝時的基準。
    2. 放樣與下料
    2.1三維空間放樣
    2.1.1依據設計圖和節點圖,,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點的零件外形。
    2.1.2桁架整體放樣時，水平方向以桁架底面與獨立柱之間的連接節點為基準，垂直方向以軸線中心為基準。將起拱值計入上、下弦桿節點處的放樣，以節點起拱控制整個桁架的起拱值。
    2.1.3弦桿在不同節點處分別加放不同的焊接收縮量，與弦桿焊接的腹桿裝有節點板并要求全熔透時，腹桿節點處加放0.5mm焊接收縮量，未要求全熔透時長度可不加余量。
    2.2下料
    下料前檢查材料的牌號、規格、厚度是否滿足設計要求，長、寬是否與領料單相符，材料表面是否有超出標準的缺陷，確認后方可下料。并做爐批號移植，下料后按原尺寸資料打鋼印，并用白漆圈出。
    2.2.1按照批準的工廠加工圖，用數控裝置制作樣板，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，在對接接口焊接完畢，外觀處理、變形矯正后進行超聲波探傷檢查，合格后焊縫磨平，以備拼裝；
    2.2.3檢查板件寬度、長度、對角線和加工邊直線度，合格后統一編號、合理堆放備拼裝；
    2.3 H型鋼制作順序如下圖：

    2.4 H型構件焊接
    2.4.1H型構件的焊接工作在H型鋼焊接生產線上進行。
    2.4.2對有坡口的焊縫在流水線上構件傾斜角度以α=25～35º為宜，無坡口的焊縫以35～45º為宜。
    3.桁架預拼裝
    3.1預拼裝目的
    預拼裝目的在于檢驗工廠加工的構件能否保證現場拼裝、安裝的質量要求，確保下道工序的正常運轉和安裝質量達到規范、設計要求，能滿足現場一次吊裝成功率，減少現場安裝誤差。
    3.2預拼裝要求
    構件進行預拼裝時，要求在保證構件外形尺寸的前提下，將主要的拼接接口進行試組裝，檢查所有連接接口的板邊差、坡口間隙尺寸、截面的錯位、劃出構件預拼裝后的現場組拼對合線、定位中心線，水平檢驗線等標記以此作為現場拼裝的基準。
    3.3 桁架工廠整體預拼裝
    3.3.1 整體預拼裝胎架面的選擇及胎架的設置
    桁架預拼裝在專用的拼裝場內進行，桁架拼裝采用臥式拼裝的方法進行拼裝。在車間平臺上劃出預拼桁架平面投影線（中心線、標高線、端部企口線及構件位置線）形成田字形控制網，并提交驗收，然后豎胎架直桿，根據支點處的標高設置胎架模板及斜撐，模板上口水平度控制在1mm以內，胎架搭設后不得有明顯的晃動狀，并經驗收合格后方可使用。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，定位時必須定對平臺上的水平投影線，組裝順序先組對下弦桿，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平臺上的水平投影中心線，并注意與上下弦桿牛腿的組裝間隙，并保證其接口的錯邊量≤2mm，腹桿組對按每段桁架從中心各兩邊組裝。如下圖示。

    3.3.4桁架預拼裝的測量驗收
    桁架整體預拼裝結束后，進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，以上檢驗內容必須提交專職檢查員進行驗收，并作好試組裝記錄。檢驗合格后焊接，焊接參數及操作規程按焊接工藝要求進行，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，同時作出各個分段間的對合標記線（間距統一定為200mm）和水平標記線，并敲上洋沖印，作為現場組裝的定位依據。

    3.4焊后檢驗、測量和變形矯正
    3.4.1焊接完畢，圖1平面桁架現場拼裝胎架設置示意圖
    縫磁粉探傷，抽檢率為10%；對接焊縫進行超聲波探傷，抽檢率為每條焊縫的100%；
    3.3.3分段端口截面用型材固定，保持斷口截面形狀呈等腰三角形，利于整體吊裝和拼裝；
    3.4.4上弦平面在吊點位置適當加強，采用多吊點捆綁吊索，減少變形并防止吊離胎架時扭曲失穩；
    4.標識發運
    出廠桁架桿件按工作圖和原圖資料的編號辦法打鋼印和對中標記,并用白色油漆在構件醒目處書寫桿件編號,發運至施工現場。

    四、結束語
    武漢新芯FAB12B鋼大跨度桁架工程按照上述工藝制作完成后，在現場一次安裝成功。在結構安裝完成后，桁架各項標高完全達到設計要求，贏得了設計、監理及業主的高度好評。本工程在制作過程中，除采取先進合理的制作工藝，而且構件加工過程中沒有僅考慮制作，而是為了安裝及使用后效果，最終確定先進制作工藝的通盤考慮方案，把構件在安裝中可能出現的問題完全控制中在制作過程中，保證了現場安裝的順利進行。

    參考文獻：
    1、《鋼結構工程施工質量驗收規范》GB50205
    2、馬武社，《首都博物館新館鋼結構工程大跨度鋼桁架制作難點分析及對策》，2006年全國建筑鋼結構行業大會論文集
    3、《建筑鋼結構焊接技術規程》（JGJ81-91）北京：中國建筑工業出版社
    4、《建筑鋼結構施工手冊》北京：中國計劃出版社，2002
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