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泰州中国医药城会展中心一期工程钢结构技术应用单项总结浙江精工钢结构有限公司2011年8月19日5.1钢结构CAD设计与CAM制造技术5.1.1应用概况本工程钢结构的建模、计算分析、节点设计、施工图的绘制采用CAD软件进行钢结构深化设计，保证了钢结构设计的准确性，提高设计效率。杆件与板材优化下料，钢管相贯节点下料，网架杆件与节点的加工等采用CAM钢结构辅助制造技术，显著提高了钢结构加工效率，节省钢材。应用部位为第一展区、第二、三展区、常设展区及配套服务区及连廊部分等，应用量约为7000T。5.1.2关键技术施工方法及创新点（1）对钢结构施工图纸进行深化设计，主要是整体模型的建立、节点模型的建立、构件截面选型、节点连接方式的深化设计。深化设计完成后，先与施工技术人员对深化设计图纸进行分析，主要从施工角度考虑钢结构连接节点的合理性及可操作性，根据设计、施工人员对深化设计图的优化建议，设计人员再次对深化设计图纸进行修改，然后报苏州东吴建筑设计院有限公司审核，根据审核意见对深化图纸再次进行优化，然后出图报审。（2）本工程的屋面主体结构为管桁架结构，节点均为多根钢管相贯于同一位置，多管相贯顺序既直接影响节点受力性能，又影响到现场装配和焊接顺序，甚至可能出现支管装配不上和存在焊接死角的情况。针对以上问题，深化设计时按照主管贯通、小管贯大管、薄壁管贯厚壁管的原则对所有相贯圆管进行先后相贯顺序编号，按照圆管的编号顺序依次进行圆管相贯线数控切割，力求次管与主管近可能相接，增大次管与主管间的焊缝长度，使节点受力更合理。现场按照圆管的编号顺序依次焊接次管，提高现场的拼装速度，增大焊接空间,减少焊接死角。5.1.3质量保证措施（1）深化设计三级审核制度除了人员能力，对深化设计来说严格合理的工作流程、体制和控制程序是保证深化设计质量的关键因素。我公司根据中国钢结构行业的具体情况，制定了符合建设部颁布的各项制图标准和设计规范的本公司的深化设计标准，建立起了完善的三级审核制度。设计制图人员根据设计图纸、国家和部委的规范、规程以及本公司的深化设计标准完成自己负责的设计制图工作后，要经过以下检查和审核过程：a、设计制图人自审b、审图人员的校对检查c、审定时的审图以深化设计图的底图和二次审图单为依据，对图纸的加工适用性和图纸的表达方法进行重点审核。对于不妥处，根据情况决定重复从审图人员开始或制图人员开始的上述工作。（2）及时的通知、反馈、处理当深化设计出现质量问题，在生产放样阶段被发现时，及时通知该工程深化设计项目部。深化设计项目部会立即组织人员对问题进行分析，如果判断属于简单的笔误，就迅速修改错误，出新版图，并立即发放给生产和质量控制等相关部门，同时收回原版图纸。当质量问题判断为对设计的理解错误或工艺上存在问题时，重新认真研究设计图纸或重新分析深化设计涉及到的制作工艺，及时得出正确的认识，并迅速修改图纸，出新版图，并立即发放给生产和质控等相关部门，同时收回原版图纸。当在构件制作过程中或安装过程中，根据现场反馈的情况发现深化设计的质量问题时，立即通知现场停止相关部分的作业。同时组织技术力量会同有关各方研究出处理措施和补救方案，在征得设计和监理同意后，及时实施，尽可能将损失减少到最小，并将整个过程如实向业主汇报。（3）出错补救措施成立专门联系人与设计院、业主保持不间断的联系，尽量减少深化设计的错误；在设计中发现深化图出错，此时尚未下料开始制作，立即对错误进行修改，在确认无误后再进行施工；如果深化设计发生错误，且工厂已经下料开始制作，在发现错误后，立即停止制作，并向设计院和业主报告，与设计人员共同商讨所出现错误的性质，如果所发生的错误对整体结构不造成安全影响，在设计院、业主的认可、批准后继续施工；否则对已加工的构件实行报废处理。采用钢结构CAD设计技术设计的常设展区（C区）整体模型5.1.4直接经济效益和社会效益（1）钢结构CAD设计与CAM制造技术的应用不仅提高了成品几何尺寸的精度，降低了材料损耗率，并且加快了施工进度，具有较好的经济效果。（2）通过计算机辅助设计最大限度地优化钢结构设计，节约钢材约20％，并保证结构安全，采用计算机控制杆件和球节点的加工精度，采用计算机模拟拼装优化方案，保证了安装质量和结构安全。5.2钢结构施工安装技术5.2.1厚钢板焊接技术5.2.1.1应用概况本工程钢构件材质主要为Q235B、Q345B，最厚焊接钢板为36mm，现场焊接工程量大，焊接质量要求高。主桁架和钢挑梁焊缝均采用坡口全熔透焊缝，焊缝质量等级为一级。所有对接焊缝质量等级为一级，其他坡口全熔透焊缝，质量等级二级。钢挑梁全熔透对接焊缝尚应满足-20℃时不低于27J冲击韧性的要求。角焊缝质量等级三级，其外观质量需符合《钢结构工程施工质量验收规范》二级焊缝的规定。所有焊缝的坡口形式，构造细节除注明外均按照《多、高层民用建筑钢结构节点构造详图》（01（04）SG519）的规定。应用部位：第二、三展区及常设展区。应用量：约为3000余吨。5.2.1.2关键技术施工原则、施工工艺及创新点（1）焊接原则焊接是一个不均匀加热和冷却的冶金反应过程，不仅存在着焊缝的质量问题，而且存在着焊接残余应力和焊接变形的影响。由于常设展区C区桁架跨度达84米，如果不能采取科学的焊接方案，则会导致结构收缩变形，影响安装精度和外观成型。本工程焊接总体原则：分区进行、每步归零；单杆双焊、双杆单焊；先栓后焊、对称施工。①分区进行、每步归零即吊装以每一框架刚度单元轴线位置为基本区域，在圆管柱就位后，开始吊装相应楼层梁，最后桁架分段吊装就位后仅用临时连接耳板固定或点焊，再次复核桁架轴线及标高，并校正偏差，然后进行桁架的完全焊接。每个区域完成全部焊接后，再吊装其区域的次结构及檩条等。在这个过程中，把次结构及檩条等构件的制造及安装带来的误差进行归零，即每步归零，不使误差累计。吊装次桁架并采用连接耳板临时固定后，开始焊接主桁架。主桁架焊接次序从一侧开始向另一侧推进。这样的焊接方式可以用次桁架作为主桁架的拘束度，以减小主桁架焊接变形；同时，避免了“双杆单焊”所可能造成的热裂纹。总之，“分区进行、每步归零”的焊接原则，有效避免了长大距离累计误差积累，同时，在相对较短的区域和时间段内进行局部“合拢”，避免了结构内产生较大应力。②单杆双焊、双杆单焊单杆双焊即连接于同一构件的两对称焊缝，采用两人对称焊，要求保证焊接速度一致，焊接电流、电压参数一致。双杆单焊即一根两端均有较大拘束度的杆件，先焊接一端，待焊缝温度冷却至常温方可进行另一端的焊接。③先栓后焊、对称施工工程中栓焊连接节点，先将高强螺栓初拧30%，之后进行焊接，焊接结束，待焊缝冷却之后，再对高强螺栓进行终拧。焊接过程中，由于热输入量的存在，构件及结构会产生变形。对于类似桁架圆管对接的焊缝，应尽可能采取对称施工的方式，以减小焊接变形。（2）钢柱焊接工艺外径为Φ1200—Φ500的圆管。对接焊接时在柱对接位置以下约1.3m处，配备两名焊工。施焊前，焊工应检查焊接部位的组装质量，如不符合要求，应修磨补焊合格后方能施焊。坡口表面不允许带有污泥杂质、油污、氧化皮等影响焊接的物体。焊接时，2人对称施焊。每层起弧点要相距30～50ｍｍ，避免缺陷集中在一处。每焊一层要认真清渣。图：圆管柱对接焊接顺序（3）钢梁焊接工艺钢梁与钢柱牛腿焊接采取先焊下翼缘，再焊上翼缘；焊好梁的一段后再焊接另一端。（4）钢管相贯线节点焊接工艺钢管相贯线焊缝分为三个区：根部施焊、次层焊接、填充层焊接及面层焊接。根部施焊应自下部起始处超越中心线10mm起弧，与定位焊接头处应前行10mm收弧，再次施焊应在定位焊缝上退行10mm引弧，在顶部中心处熄弧时应超越中心线至少15mm并填满弧坑；另一半焊接前应将前半部施焊及收弧处修磨成较大缓坡状并确认无未熔合及未熔透现象后在前半部焊缝上引弧。仰焊接头处应用力上顶，完全击穿；上部接头处应不熄弧连续引带到至接头处5mm时稍用力下压，并连弧超越中心线至少一个熔池长度(10～15mm)方允许熄弧。次层焊接，焊接前剔除首层焊道上的凸起部分及引弧收弧造成的多余部分，仔细检查坡口边沿有无未熔合及凹陷夹角，如有必须除去。飞溅与雾状附着物，采用角向磨光机时，应注意不得伤及坡口边沿。次层的焊接在仰焊部分时采用小直径焊条，仰爬坡时电流稍调小，立焊部位时选用较大直径焊条，电流适中，焊至爬坡时电流逐渐增大，在平焊部位再次增大。其余要求与首层相同。填充层的焊接工艺过程与次层焊接完全相同，仅在接近面层时，注意均匀留出1.5～2mm的深度，且不得伤及坡边。管、管面层焊接，直接关系到该接头的外观质量能否满足质量要求，因此在面层焊接时，应注意选用较小电流值并注意在坡口边熔合时间稍长，接头时换条与重新燃弧动作要快捷。5.2.1.3质量保证措施（1）根据TQC的基本思想，全员、全面、全过程抓好各项质量管理工作，强化焊接质量管理，对影响焊接工程质量的“人、机、料、法、环”五要素做出重点预控。（2）焊口周围用防风塑料布围成栅栏采取局部防风措施。（3）对主要焊接工艺制定缺陷对策。夹渣和未熔合未焊透咬边气孔坡口清理钝边过大或根部间隙过小，不可防止污染，清理表面焊条(选择使用)正确选用焊条信号和焊条直径焊条直径须适应坡口直径须适当，小直径较好适用型号防潮，勿过烘干运条操作线能量足够大保证电流和线能量电流不可过大电流过大或线能量过小，均不宜弧长不可过大弧长正常弧长正常弧长不可过大运条适当运条正常运条正常不可跳焊防止渣赶前防止熔渣赶前不用过大的焊接速度电弧保持正确位置电弧对准电弧保持正确位置焊接参数适应施焊位置焊接电流及速度适应施焊位置施焊位置改善多层焊前层焊道除渣良好成形正常预热有时有效有效（4）焊接缺陷及修复。焊缝表面缺陷超过相应的质量验收标准时，对气孔、夹渣、焊瘤、余高过大等缺陷应用砂轮打磨、铲凿、钻、铣等方法去除，必要时应进行焊补；对焊缝尺寸不足、咬边、弧坑未填满等缺陷应进行焊补。经无损检测确定焊缝内部存在超标缺陷时应进行返修。缺陷对策分类（5）在负温焊接条件下进行焊前预热及焊后热处理。（6）严禁雨天露天焊接，若要焊接必须搭设防雨棚，做好除湿、保温设施。5.2.1.4直接经济效益和社会效益本工程通过采用了厚钢板焊接技术，焊缝质量经江苏省建筑工程质量检测中心和质检站检测均一次性合格，解决了焊前预热，焊后保温等技术难题，获得了良好的经济效益，以及保证了工程的质量。5.2.2钢结构安装施工仿真技术5.2.2.1应用概况本工程钢结构主要分布在第一展区、第二、三展区、常设展区及配套服务区及连廊部分。第一展区钢结构结构形式为型钢混凝土结构，其钢结构构件主要由十字柱400*250*8*12、工字钢斜柱350*220*8*12、H型钢梁600*200*8*12，十字钢柱采取刚性连接，十字柱与H型钢梁腹板采取高强螺栓铰接、翼缘板采取刚性连接。第二、三展区钢结构形式为支撑在混凝土结构上的钢管桁架体系结构，单榀桁架截面为倒三角形，桁架最大跨度为48米。桁架上弦中心标高为19.650米。常设展厅区钢结构平面投影尺寸107.55m×96m，桁架顶部标高22.70m，跨度约84米，采用钢管桁架承重结构形式；常设展区入口大厅为钢网架结构，跨度为18m-35m，网架高度1.8m-2.5m，网架顶部标高19.00m，支座采用球铰减震支座。会展服务区（餐饮）为钢网架结构，网架高度3m，网架顶部标高22.50m。连廊为会展办公区和常设办公区的空中走廊，跨度为28.20米，高度为4.77米，构件为方钢管300*12。钢结构安装施工仿真技术就是利用CAD创建模型，导入ANSYS中实现分析计算前处理的建模工作的技术；然后再利用ANSYS的单元“生死”技术进行施工过程模拟分析技术。应用部位为各个展区，应用量约为7000吨。5.2.2.2关键技术施工工艺及创新点5.2.2.2.1常设展区（C区）钢结构安装施工仿真技术流程图及创新点第一步：吊装桁架底部钢管柱钢管柱的吊装方法类似于高层中的钢柱吊装。吊装一般采用吊耳进行吊装，吊耳可利用钢柱与钢柱临时对接的连接板。如下