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長廊鋼結構工程加工制作技術

作者：建筑鋼結構網    
時間：2009-12-22 20:26:20 [收藏]

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

    1. 工程概況
    上海浦東國際機場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，與一期十分協調，本工程主要由航站主樓與侯機長廊兩部分組成。
    候機長廊建筑總長1442米，通過設置結構伸縮縫共分為18段，其中10段為標準段，每段長度為72米，2段為變高變寬過渡段，每段長度為72米。
    候機長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箱形梁結構體系，并在長廊兩端的屋架由三跨連續箱形梁過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.加工制作的難點及關鍵技術
    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方面的問題：（1）結合運輸條件并遵循有利于保證整根屋架主梁線形的原則進行合理的分段劃分；（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，為本工程設計創新的一大亮點，為體現樹枝“下粗上細”的特點，樹狀柱各分枝的截面采用變截面箱形截面。同時，由于樹狀柱為外露構件，為呈現挺拔的視覺效果，突出構件的線條美，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渡段，由于寬度及高度的變化均在此段調整，導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不同大小的斜圓錐外表面的一部分拼接而成，線形十分復雜，必須進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個運輸分段，但這樣會對保證整個屋架主梁的線形不利，經過對運輸線路的全程勘察，最終劃分為三個分段，保證中間分叉處為一個整體，在工廠內制作成形，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）根據其自身的特點，將此運輸分段劃分為4個制作分段，兩個分叉處作為整體節點進行制作，既有利于外觀線形的保證又有利于焊縫的布置。

    （2）雙向彎曲構件的制作關鍵點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形根據分段自身高度方向的線形設置，即按高度平面內的單弧形設置，而其寬度方向的線形則根據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，從而板平面內的線形通過切割實現，切割下料完成后，采用三星輥或油壓機對其進行板平面外的成型。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換為兩個平面內的平面線形后實現的，這個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形，在工廠分段制作完成后進行了整體預拼裝，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形樹狀柱均必須進行加工制作分段的劃分，根據樹狀柱結構形式和實際的運輸條件對樹狀柱進行制作分段的劃分，如圖6所示（以雙Y形斜柱為例），將斜柱分為上部四個分段，下部二個分段 ，和底部一個預埋段，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。

    通過對樹狀柱的分段劃分，較復雜的結構拆分成了簡單的變截面箱型構件，采用常規的工藝方法即可進行加工制作。
    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，即不對稱焊接，因此翼緣板外伸腹板60mm部分會產生較大的焊接角變形，而一旦產生較大的焊接角變形將很難進行矯正，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。
    依據過渡段的起始點及終止點可繪制出橢圓錐的頂點及其母線，然后利用橢圓錐長（短）軸兩端點處相應母線等長的原理即可繪制出橢圓錐。



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