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张弦梁制作与检验方法牛天威

发表时间：2020/12/18 来源：《基层建设》2020年第24期作者：牛天威马浩然李小隆

[导读] 摘要：张弦梁结构是一种由刚性构件上弦、柔性拉索、中间连以撑杆形成的混合结构体系，其结构组成是一种新型自平衡体系，是一种大跨度预应力空间结构体系，也是混合结构体系发展中的一个比较成功的创造。

        中建二局安装工程有限公司北京 100070
        摘要：张弦梁结构是一种由刚性构件上弦、柔性拉索、中间连以撑杆形成的混合结构体系，其结构组成是一种新型自平衡体系，是一种大跨度预应力空间结构体系，也是混合结构体系发展中的一个比较成功的创造。张弦梁结构体系简单、受力明确、结构形式多样、充分发挥了刚柔两种材料的优势，并且制造、运输、施工简捷方便，因此具有良好的应用前景。
        关键词：钢结构；张弦梁；焊接变形；
        1 张弦梁制作工程实例
        1.1 工程简介
        本工程位于长春市高新技术产业开发区长德新区。本工程建筑地下一层，地上两层。建筑檐口高度18m，屋面最高点高度28m。地下部分：层高5m；地上部分：层高11m局部（13m）。张弦梁整体为箱型结构，箱型梁内部含加劲板，梁端头为Y形结构，开岔处翼缘板需进行折弯，中间设有6~7处与立撑杆连接的连接板。
        1.2 节点类型分析及要求
        长春机械会展中心C3区72米张弦梁单件长度达17米，一端存在分支，节点交叉杆件多，两端头对接要求精度高，焊缝要求全部全熔透。

         图1 长春国际机械会展中心效果图                     图2 节点形式
        2 构件加工难点
        为防止构件扭曲需制作水平胎具进行箱体的装配并且制定合理的焊接方案，并放样以保证各连接孔的精准定位。
        表1 难点分析及对策

        图3水平胎具
        3 张弦梁装配焊接方法
        3.1 制作水平胎具
        装配前需制作水平胎以保证制作精度，如图3所示：
        3.2装配顺序
        装配时箱型截面需留3～4mm焊接收缩余量，具体装配顺序如表2所示：
        表2张弦梁箱型装配顺序

        3.3焊接顺序
        张弦梁焊缝全部要求全熔透，制定合理的焊接方案可有效的防止扭曲变形，具体步骤如下：
        1）正面两道主缝打底；
        2）翻身对背面两道主缝打底填充；
        3）翻身对正面两道主缝填充盖面；
        4）翻身对背面两道主缝盖面。
        注：打底填充盖面过程均需要由两个人从中间向两边施焊。
        3.4全融透焊脚尺寸
        T形接头、十字接头、角接接头要求全熔透的对接和角接组合焊缝，其加强焊脚尺寸hk不应小于t/4且不大于10mm，其允许偏差为0-4mm。

        图4节点杆件连接板地样定位实例
        3.5杆件连接板装配
        长春机械会展中心张弦梁构件形式为弧形梁，杆件连接孔较多，故需进行放地样以保证各连接孔精准定位，如下图所示：在地样上找到连接板孔中定位点，打上样冲眼，通过吊线坠装配连接板，连接板孔中定位后需在连接板端头加设支撑以防止变形导致孔精度无法保证，后期无法处理。
        4 张弦梁扭曲检验
        4.1构件制孔及孔距的允许偏差
        表三

        张弦梁制孔的允许偏差应符合表3的规定，对于同一组内任意两孔间的距离应控制在±1mm内，对于相邻两组的端孔间距离应控制在±2mm内。
        表4装配允许偏差

        4.2张弦梁装配允许偏差应符合表4的规定，截面高度应控制在±2mm内，宽度控制在±2mm内，垂直度根据截面高度允许偏差最大不超过3mm，误差太大会影响测量扭曲的准确性，无法保证安装精度。
        4.3张弦梁主焊缝及杆件连接板焊接完成后需吊装至水平胎具上用水准仪测量扭曲，如图5所示：
        4.4将张弦梁放置于水平胎具后，需对A、B、C、D、E、F六个点在塔尺上的数值进行记录，由于箱型的形式为变截面，所以E、F两点相比A、B、C、D四点低85mm，故E、F两点在塔尺上的读数减去85mm以后A、B、C、D、E、F六点的数值应一致，若任意一点存在误差，则张弦梁扭曲，如图6所示：

        图5张弦梁扭曲测量实例                          图6张弦梁扭曲图解
        4.5 张弦梁扭曲后应采取火焰校正，碳素结构钢在环境温度低于-16℃、低合金结构钢在环境温度低于-12℃时，不应进行冷矫正和冷弯曲。碳素结构钢和低合金结构钢在加热矫正时，加热温度应为700℃~800℃，最高温度严禁超过900℃，最低温度不得低于600℃，低合金结构钢在加热矫正后应自然冷却。
        4.6 矫正后的钢材表面，不应有明显的凹痕或损伤，划痕深度不得大于0.5mm，且不应超过钢材厚度允许负偏差的1/2。
        5 结束语
        5.1长春机械会展中心张弦梁通过放样、制作水平胎具，保证了产品的制作精度；
        5.2通过制定合理的装配和焊接顺序有效的防止了扭曲变形，提高了加工进度；
        5.3张弦梁现场对接无错边，保证了安装效率；
        5.4操作方便灵活，精度高，安全性好，通用性强。
        参考文献：
        [1]GB50205-2001《钢结构工程施工质量验收规范》
        [2]GB50661-2011《钢结构焊接规范》