制作钢结构管桁架常见的问题和解决办法

摘要：这几年，随着国家体育事业的不断发展、全国铁路干线及机场的不断兴建，许许多多大型的体育场馆及机场、车站站房如雨后春笋般出现在中国的大地上。而对于大跨度场馆结构来说，管桁架就是其中不可缺少的一项主要结构，其制作难度大，对工装要求高，对工程的整体结构具有直接的影响。

关键词：钢结构；管桁架制作；常见的问题；解决办法

中图分类号：TU391文献标识码：A文章编号：

引言：

广深港客运专线深圳北站站房钢结构工程，站房建筑屋盖南北宽208m，东西长413m，结构总高（最高点）43m，工程总用钢量约7万t。主站房为超长无缝结构，下部主体结构采用钢管混凝土柱与钢-混凝土楼板组合梁框架结构体系，上部屋盖采用“上平下曲”形态的纵横双向桁架体系。

结构特点：

1. 不设永久缝（东西向长超过410m，南北向长超过200m）；

2. 大跨度：屋盖跨度86m；

3. 大悬挑：东面屋盖悬挑超过63m。

在参与了此工程的相贯杆件的编程下料、车间管桁架装配、预拼装等大量相关技术工作的前提下，笔者浅谈一下制作钢结构管桁架常见的问题和解决办法。

1．桁架腹杆贯口的“多肉”现象

在装配圆管桁架腹杆的过程中，经常会出现一种现象，桁架腹杆无法装配到位，必须要对杆件贯口作局部必要的修切才能达到装配要求。

针对出现的这种现象，经过用切杆的各项实测尺寸和相贯线切割软件生成的技术文件上的尺寸作比较分析，有如下两种情况:

(1)当腹杆和弦杆的夹角＞45度时,理论数据和实测数据基本相附.装配时基本没有问题；

(2)当腹杆和弦杆的夹角≤45度时,理论数据和实测数据基本相附.装配时也基本没有问题，数据也都基本相符。对于这个问题，经过对相贯线贯口的理解以及装配现场实地观察，且经过反复多次的实验，得出如下结论：软件生成的贯口轨迹是纯理论、理想化的数据，加上各厂家的相贯线切割机原始设置的割枪摆角是有个限制值的（一般最大的割枪摆角为45度左右，所以如果相贯夹角小于45度时，切出来的杆件就会出现误差），而实际管径的大小、管的同心度、机器的精度、装配工人对各个节点准度的控制等等因素，都有可能导致杆件贯口发生误差。所以，相贯线切割机根据软件生成的切割数据切出来的杆件，达不到实际生产中的安装要求是正常的，适量的修切也是在所难免的。有的相贯线切割机生产厂家增设了（AWS）功能，切出来的杆件相对就理想很多，但依然会有些杆件达不到装配要求。

2．管口的反变形

相同或相近直径的管件相贯，贯口深导致杆件贯口部位强度减弱，且由于切割轨迹长度较长，所以切割时热输入量相对较大，贯口的收缩变形也较大。见下面详解。

注：1号轨迹为壁厚为10mm时的展开轨迹，2号轨迹为壁厚为20mm时的展开轨迹

分析说明：

（1)通过分析以上展开轨迹叠加图，用专业的知识很快可以断定，用轨迹2（设定壁厚为20mm）切出来的杆件开口宽度一定比（设定壁厚为10mm）轨迹1切出来的杆件开口宽度稍微大一些.也就是说,相同的相贯情况,管子壁厚越大,开口越大，波峰值会越小!

(2)通过观察以上轨迹叠加示意图,又可以看出,无论壁厚是10mm还是20mm,轨迹的两个管外壁谷点是重合在一起的,不变的,变化的只是谷点处内壁的长度,壁厚越厚,内外壁的长度差越大!

(3)通过观察以上轨迹叠加示意图,可以看出,轨迹的波峰会随着壁厚的增大而降低,但降低的幅度不大,在贯口受切割热输入影响下,贯口开口会有一定幅度的收窄（见贯口收窄示意图），在这种情况下,刚好履盖波峰降低留下的间隙!

(4)结合以上3点,可以确定,在不改变实际切管壁厚的前提下，仅在管件相贯线编程时，将管件的壁厚适当调大,获得比标准贯口开口稍微大一点的贯口切割轨迹，用来切割实际用管，贯口开口增大量和收缩变形量叠加后，刚好得到理论贯口大小，起反变形作用,减少了后期装配时的大量修切工作量。

3．弦杆平行型桁架腹杆贯口切割顺序

一般的钢管桁架，由于每个部位的受力情况都可能会有所不同，所以桁架的不同的位置，腹杆的截面是会不同的。在这个前提下，如果要各腹杆能满足设计要求，那么腹杆在桁中贯口的相贯顺序就显得特别重要了！

见上图《相贯顺序图1》，根据各腹杆受力情况的不同，F2受力较大，所以设计截面为φ150X6，而腹杆F1和F3受外力作用相对小一些，所以设计截面为φ100X6，由图可知，F2只与上下弦杆相贯，而F1与F3则是贯到F2上的，所以F2保持了良好的受力特性；而从《相贯顺序图2》中可以看出，情况刚好相反，F2A不仅贯到上下弦杆上，还贯到了F1A与F3A上，杆件的两端各多出了一个贯口，这样，它本身的强度被削弱，不符合设计的本意；如此对比，我们可以得出结论，那就是在单榀桁架范围内，优先对截面大的腹杆进行相贯线编程，然后再考虑小截面腹杆。总之就一个原则，截面小的杆件贯到截面大的杆件上。

4．喇叭型桁架腹杆的装配顺序

对于喇叭型的桁架，腹杆的切割顺序及装配顺序的配全都相当重要。如上图左所示，切割相贯顺序为: FG2贯到FG1上，FG3贯到FG2上，FG4贯到FG3上，FG5贯到FG4上，FG6贯到FG5上，FG7贯到FG6上。

安装方案1：

从左往右过行装配，也说是按FG1到FG7有序地进行装配，由于右边是一个不断收窄的区间，对于斜腹杆的安装来说,没有影响,对直腹杆FG1来说,也没有影响,但是对于直腹杆FG3、FG5、FG7的安装来说, 影响就很大 。由于圆管贯圆管,腹杆贯口会往弦杆里伸一部份长度,这样的话,腹杆的实际长度会比安装平面内的长度大,所以会导致斜腹杆的安装空间不够而很难安装到位。

安装方案2：

先装FG1，FG3，FG5，FG7，再装FG2、FG4、FG6，这种安装顺序,对于直腹杆来说,不影响安装,但是,对斜腹杆的影响很大,由于圆管贯圆管,腹杆贯口会往弦杆里伸一部份长度,这样的话,腹杆的实际长度会比安装平面内的长度大,所以会导致斜腹杆的安装空间不够而很难安装到位。

安装方案3：

先装FG2，FG4，FG6，再装FG1，FG3，FG5，FG7，这种安装方法, 对于斜腹杆的安装来说,没有影响,对直腹杆FG1来说,也没有影响,但是对于直腹杆FG3、FG5、FG7的安装来说, 腹杆的实际长度会比安装平面内的长度大, 会导致斜腹杆的安装空间不够而很难安装到位。

综上所述, 可以看出，喇叭型桁架腹杆要是从开口大的方向往开口小的方向装配的话，无论按什么顺序来装，对装配都有影响！

解决方案：那就是所有杆件从喇叭型桁架开口小的一端往开口大的一端进行装配（如上图，从右往左装配），由于左边的空间是越来越开阔的，无论是直腹杆还是斜腹杆，装配杆件时都有足够的摆动空间，完全不会影响装配！

5．结语

以上为笔者在参与深圳北站站房钢结构工程钢结构管桁架制作过程中遇到的一些主要问题，经过分析研究，并制定出相应的解决策略，对工程质量和效率的提高具有积极意义。