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長(cháng)廊鋼結構工程加工制作技術(shù)

作者：建筑鋼結構網(wǎng)    
時(shí)間：2009-12-22 20:26:20 [收藏]

    摘 要：本文介紹航站樓長(cháng)廊鋼結構，本文雙向彎曲箱型構件及樹(shù)狀柱的加工制作工藝，并結合工程中過(guò)渡段的三維建模，給出了運用常用繪圖軟件AutoCAD繪制斜圓錐的方法。
    關(guān)鍵詞：雙向彎曲 樹(shù)狀柱 斜圓錐

    1. 工程概況
    上海浦東國際機場(chǎng)二期航站樓工程建設規模與一期相當，建筑外形猶如飛翔的海鷗，與一期十分協(xié)調，本工程主要由航站主樓與侯機長(cháng)廊兩部分組成。
    候機長(cháng)廊建筑總長(cháng)1442米，通過(guò)設置結構伸縮縫共分為18段，其中10段為標準段，每段長(cháng)度為72米，2段為變高變寬過(guò)渡段，每段長(cháng)度為72米。
    候機長(cháng)廊波浪形屋架采用由Y型中柱和邊斜柱支撐的曲線(xiàn)形三跨連續箱形梁結構體系，并在長(cháng)廊兩端的屋架由三跨連續箱形梁過(guò)渡為五跨連續箱形梁。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件，構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
    本工程標準段屋架主梁為連續三跨波浪形箱形截面，且在跨中處又分叉為兩根箱形構件，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件，由于該構件體形尺寸較大，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(wèn)題：（1）結合運輸條件并遵循有利于保證整根屋架主梁線(xiàn)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件；（3）波浪形屋架主梁的加工制作精度及整體線(xiàn)形的保證。

    2.2. 樹(shù)狀柱的加工制作
    本工程屋架中柱采用樹(shù)狀分叉柱，為本工程設計創(chuàng )新的一大亮點(diǎn)，為體現樹(shù)枝“下粗上細”的特點(diǎn)，樹(shù)狀柱各分枝的截面采用變截面箱形截面。同時(shí)，由于樹(shù)狀柱為外露構件，為呈現挺拔的視覺(jué)效果，突出構件的線(xiàn)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、構件的直線(xiàn)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(shù)狀柱的加工制作精度及外形效果也是非常重要。

    2.3. 過(guò)渡段的三維建模
    本工程標準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，在標準段與端部段之間設置一段過(guò)渡段，由于寬度及高度的變化均在此段調整，導致過(guò)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(xiàn)形十分復雜，必須進(jìn)行整體的三維建模才能繪制具體的構件詳圖。

    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，按照常規至少要劃分為5個(gè)運輸分段，但這樣會(huì )對保證整個(gè)屋架主梁的線(xiàn)形不利，經(jīng)過(guò)對運輸線(xiàn)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(chǎng)內制作成形，以有利于保證其線(xiàn)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(zhù)重介紹中間分叉處的雙向彎曲分段的加工制作工藝。
    （1）根據其自身的特點(diǎn)，將此運輸分段劃分為4個(gè)制作分段，兩個(gè)分叉處作為整體節點(diǎn)進(jìn)行制作，既有利于外觀(guān)線(xiàn)形的保證又有利于焊縫的布置。

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

    4.樹(shù)狀柱的制造工藝方案
    4.1．樹(shù)狀柱分段的劃分
    本工程樹(shù)狀柱有單Y形和雙Y形兩種形式，由于樹(shù)狀柱外形尺寸較大，長(cháng)度達到20多米，其上口分叉處寬度達到9米多，故不管是單Y形和雙Y形樹(shù)狀柱均必須進(jìn)行加工制作分段的劃分，根據樹(shù)狀柱結構形式和實(shí)際的運輸條件對樹(shù)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)預埋段，其中底部鑄鋼件帶在預埋段上，如是單Y形斜柱，則底部鑄鋼件帶在下部分段上。

    通過(guò)對樹(shù)狀柱的分段劃分，較復雜的結構拆分成了簡(jiǎn)單的變截面箱型構件，采用常規的工藝方法即可進(jìn)行加工制作。
    4.2．外伸翼緣的焊接變形控制
    由于樹(shù)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，即不對稱(chēng)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(xiàn)度及平整度直接關(guān)系到樹(shù)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)行了試驗段的焊接變形試驗，取得焊接變形平均值，在焊接鋼板下料后，對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(guò)渡段的三維建模
    過(guò)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(wú)法直接繪制斜圓錐，因此如何利用AutoCAD繪制斜圓錐是過(guò)渡段三維建模的關(guān)鍵。分析斜圓錐可知其可以轉化為相應橢圓錐，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應的橢圓錐即可。
    依據過(guò)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(xiàn)，然后利用橢圓錐長(cháng)（短）軸兩端點(diǎn)處相應母線(xiàn)等長(cháng)的原理即可繪制出橢圓錐。



    6.結語(yǔ)
    上海浦東國際機場(chǎng)（二期）航站樓長(cháng)廊鋼結構工程加工制作技術(shù)中的幾點(diǎn)關(guān)鍵工藝，雙向彎曲箱型構件加工制作工藝可作為類(lèi)似或三維扭曲構件加工制作的指導性原則工藝。對樹(shù)狀柱加工制作的介紹，從工程實(shí)例角度說(shuō)明了復雜構件通過(guò)合理分段可簡(jiǎn)化常規構件，為復雜構件的加工制作提供了一種思路。同時(shí)，本文通過(guò)介紹過(guò)渡段的三維建模，給出了運用AutoCAD繪制斜圓錐的方法。
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