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長(zhǎng)廊鋼結(jié)構(gòu)工程加工制作技術(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：本文介紹航站樓長(zhǎng)廊鋼結(jié)構(gòu)，本文雙向彎曲箱型構(gòu)件及樹狀柱的加工制作工藝，并結(jié)合工程中過渡段的三維建模，給出了運(yùn)用常用繪圖軟件AutoCAD繪制斜圓錐的方法。
    關(guān)鍵詞：雙向彎曲 樹狀柱 斜圓錐

    1. 工程概況
    上海浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)二期航站樓工程建設(shè)規(guī)模與一期相當(dāng)，建筑外形猶如飛翔的海鷗，與一期十分協(xié)調(diào)，本工程主要由航站主樓與侯機(jī)長(zhǎng)廊兩部分組成。
    候機(jī)長(zhǎng)廊建筑總長(zhǎng)1442米，通過設(shè)置結(jié)構(gòu)伸縮縫共分為18段，其中10段為標(biāo)準(zhǔn)段，每段長(zhǎng)度為72米，2段為變高變寬過渡段，每段長(zhǎng)度為72米。
    候機(jī)長(zhǎng)廊波浪形屋架采用由Y型中柱和邊斜柱支撐的曲線形三跨連續(xù)箱形梁結(jié)構(gòu)體系，并在長(zhǎng)廊兩端的屋架由三跨連續(xù)箱形梁過渡為五跨連續(xù)箱形梁。屋架梁之間布置有箱形系梁及拉索。屋架主梁在跨中處分叉為兩根箱形構(gòu)件，構(gòu)件的截面高度也由柱頂最大處逐漸向跨中減小。中柱上端鉸接于屋架主梁下翼緣，下端剛接于鋼砼懸臂柱頂，邊斜柱上下端均為鉸接。


    2.加工制作的難點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)
    2.1. 波浪形變截面箱形屋架主梁的加工制作
    本工程標(biāo)準(zhǔn)段屋架主梁為連續(xù)三跨波浪形箱形截面，且在跨中處又分叉為兩根箱形構(gòu)件，所以屋架主梁在分叉處的截面為一雙向彎曲的變截面箱形構(gòu)件，由于該構(gòu)件體形尺寸較大，必須進(jìn)行分段加工制作，因此，屋架主梁的加工制作必須解決以下三個(gè)方面的問題：（1）結(jié)合運(yùn)輸條件并遵循有利于保證整根屋架主梁線形的原則進(jìn)行合理的分段劃分；（2）采用合理可行的工藝加工制作雙向彎曲的變截面箱形構(gòu)件；（3）波浪形屋架主梁的加工制作精度及整體線形的保證。

    2.2. 樹狀柱的加工制作
    本工程屋架中柱采用樹狀分叉柱，為本工程設(shè)計(jì)創(chuàng)新的一大亮點(diǎn)，為體現(xiàn)樹枝“下粗上細(xì)”的特點(diǎn)，樹狀柱各分枝的截面采用變截面箱形截面。同時(shí)，由于樹狀柱為外露構(gòu)件，為呈現(xiàn)挺拔的視覺效果，突出構(gòu)件的線條美，各箱形分枝的翼緣板均伸出腹板60mm，故如何控制翼緣板的焊接角變形、構(gòu)件的直線度及表面平直度十分重要。另外，保證各制作分段的加工精度繼而保證整個(gè)樹狀柱的加工制作精度及外形效果也是非常重要。

    2.3. 過渡段的三維建模
    本工程標(biāo)準(zhǔn)段屋架主梁為三跨波浪形變截面箱型梁，而端部段為五跨波浪形變截面箱型梁，在標(biāo)準(zhǔn)段與端部段之間設(shè)置一段過渡段，由于寬度及高度的變化均在此段調(diào)整，導(dǎo)致過渡段的屋架主梁為菱形變截面箱型梁，且整根屋架主梁的上下表面是由若干個(gè)不同大小的斜圓錐外表面的一部分拼接而成，線形十分復(fù)雜，必須進(jìn)行整體的三維建模才能繪制具體的構(gòu)件詳圖。

    3.屋架主梁制造工藝方案
    3.1．屋架主梁分段的劃分
    屋架主梁的外形尺寸為66米×3.6米×8米，按照常規(guī)至少要?jiǎng)澐譃?個(gè)運(yùn)輸分段，但這樣會(huì)對(duì)保證整個(gè)屋架主梁的線形不利，經(jīng)過對(duì)運(yùn)輸線路的全程勘察，最終劃分為三個(gè)分段，保證中間分叉處為一個(gè)整體，在工廠內(nèi)制作成形，以有利于保證其線形。
    3.2．雙向彎曲箱型分段的加工制作
    屋架主梁的兩端分段為單向弧形變截面箱型梁，在本文中不作詳述，著重介紹中間分叉處的雙向彎曲分段的加工制作工藝。
    （1）根據(jù)其自身的特點(diǎn)，將此運(yùn)輸分段劃分為4個(gè)制作分段，兩個(gè)分叉處作為整體節(jié)點(diǎn)進(jìn)行制作，既有利于外觀線形的保證又有利于焊縫的布置。

    （2）雙向彎曲構(gòu)件的制作關(guān)鍵點(diǎn)在于三維拼裝胎架的設(shè)置及翼緣板、腹板的雙向彎曲成型。三維拼裝胎架模板高度方向的線形根據(jù)分段自身高度方向的線形設(shè)置，即按高度平面內(nèi)的單弧形設(shè)置，而其寬度方向的線形則根據(jù)地樣線及輪廓投影線保證。雙向彎曲的翼緣板、腹板首先采取平面展開放樣的工藝，將其板邊空間輪廓線形展開為平面輪廓線形，從而板平面內(nèi)的線形通過切割實(shí)現(xiàn)，切割下料完成后，采用三星輥或油壓機(jī)對(duì)其進(jìn)行板平面外的成型。從以上所述可以看出，無論是三維拼裝胎架的設(shè)置還是翼緣板、腹板的雙向彎曲成型，均是通過將空間線形轉(zhuǎn)換為兩個(gè)平面內(nèi)的平面線形后實(shí)現(xiàn)的，這個(gè)原則也同樣適用于三維彎曲構(gòu)件的加工制作。
    3.3．屋架主梁預(yù)拼裝
    為保證屋架主梁的整體線形，在工廠分段制作完成后進(jìn)行了整體預(yù)拼裝，由于屋架主梁為波浪形，其自身高度達(dá)到了7513mm，進(jìn)行正造位置的整體預(yù)拼裝非常困難，考慮到其寬度為3600mm，因此采取了側(cè)造位置的整體預(yù)拼裝。

    4.樹狀柱的制造工藝方案
    4.1．樹狀柱分段的劃分
    本工程樹狀柱有單Y形和雙Y形兩種形式，由于樹狀柱外形尺寸較大，長(zhǎng)度達(dá)到20多米，其上口分叉處寬度達(dá)到9米多，故不管是單Y形和雙Y形樹狀柱均必須進(jìn)行加工制作分段的劃分，根據(jù)樹狀柱結(jié)構(gòu)形式和實(shí)際的運(yùn)輸條件對(duì)樹狀柱進(jìn)行制作分段的劃分，如圖6所示（以雙Y形斜柱為例），將斜柱分為上部四個(gè)分段，下部二個(gè)分段 ，和底部一個(gè)預(yù)埋段，其中底部鑄鋼件帶在預(yù)埋段上，如是單Y形斜柱，則底部鑄鋼件帶在下部分段上。

    通過對(duì)樹狀柱的分段劃分，較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)拆分成了簡(jiǎn)單的變截面箱型構(gòu)件，采用常規(guī)的工藝方法即可進(jìn)行加工制作。
    4.2．外伸翼緣的焊接變形控制
    由于樹狀柱為箱型截面，且其翼緣板外伸腹板60mm，箱型截面決定了腹板與翼緣板間的角接焊縫只能外部單面焊接，即不對(duì)稱焊接，因此翼緣板外伸腹板60mm部分會(huì)產(chǎn)生較大的焊接角變形，而一旦產(chǎn)生較大的焊接角變形將很難進(jìn)行矯正，但正如本文前面所述，此部分的直線度及平整度直接關(guān)系到樹狀柱的建筑外形，因此為解決此部分的焊接角變形，在確定焊接工藝后，進(jìn)行了試驗(yàn)段的焊接變形試驗(yàn)，取得焊接變形平均值，在焊接鋼板下料后，對(duì)此部位采取反變形壓制，焊接后變形為實(shí)際外形尺寸，保證了很好的外形效果。


    5. 過渡段的三維建模
    過渡段的屋架主梁是由不同半徑的斜圓錐組成的，而普遍采用的工程繪圖軟件AutoCAD無法直接繪制斜圓錐，因此如何利用AutoCAD繪制斜圓錐是過渡段三維建模的關(guān)鍵。分析斜圓錐可知其可以轉(zhuǎn)化為相應(yīng)橢圓錐，而AutoCAD是可以直接繪制橢圓錐的，因此只要繪制出與斜圓錐對(duì)應(yīng)的橢圓錐即可。
    依據(jù)過渡段的起始點(diǎn)及終止點(diǎn)可繪制出橢圓錐的頂點(diǎn)及其母線，然后利用橢圓錐長(zhǎng)（短）軸兩端點(diǎn)處相應(yīng)母線等長(zhǎng)的原理即可繪制出橢圓錐。



    6.結(jié)語
    上海浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)（二期）航站樓長(zhǎng)廊鋼結(jié)構(gòu)工程加工制作技術(shù)中的幾點(diǎn)關(guān)鍵工藝，雙向彎曲箱型構(gòu)件加工制作工藝可作為類似或三維扭曲構(gòu)件加工制作的指導(dǎo)性原則工藝。對(duì)樹狀柱加工制作的介紹，從工程實(shí)例角度說明了復(fù)雜構(gòu)件通過合理分段可簡(jiǎn)化常規(guī)構(gòu)件，為復(fù)雜構(gòu)件的加工制作提供了一種思路。同時(shí)，本文通過介紹過渡段的三維建模，給出了運(yùn)用AutoCAD繪制斜圓錐的方法。
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