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桁架制作、加工施工方案(创鲁班奖)简介：

"创鲁班奖"是中国建筑业的最高荣誉，相当于奥斯卡奖在电影界的地位，象征着工程的卓越品质和技术创新。一个能够争取到"鲁班奖"的桁架制作、加工施工方案，必然具有极高的专业水平和技术含量。

这样的施工方案通常会包括以下几个关键步骤：

1. 项目规划：首先，会对整个工程的规模、结构、负载等进行详细规划，确定桁架的类型、尺寸、材料以及连接方式，确保其性能满足设计要求。

2. 设计优化：运用先进的计算机辅助设计（CAD）和有限元分析（FEA）等技术，进行结构优化设计，以减少材料消耗，提高承载能力和结构稳定性。

3. 材料选择：选择高强度、高耐腐蚀性的钢材，确保桁架的耐久性和安全性。

4. 加工工艺：采用精密的数控机床和先进的自动化设备，进行精细化加工，保证精度和一致性。

5. 安装施工：严格按照施工图和标准操作规程进行安装，确保桁架的准确性和稳定性。

6. 质量控制：通过严格的自检、互检和第三方检验，确保每一步骤都达到或超过设计和施工标准。

7. 后期维护：考虑到长期使用和可能的环境变化，会制定完善的维护计划，保证桁架的长期性能。

整个方案不仅要满足功能性需求，还要注重美学和环保，实现工程与艺术的完美结合，这是"创鲁班奖"评选的重要标准。

桁架制作、加工施工方案(创鲁班奖)部分内容预览：

由于杆件成不同的角度相贯，因此，相贯口的坡口角度变化很大。同一贯口的焊缝在不同的部位要求也不一致，客观上要求制定一套可行的焊缝质量规定准则来指导施工。

将贯口进行分区，分为熔透区、半熔透区、角焊缝区。根据不同的分区制定不同的焊接规范与检测标准。

（四）主桁架的出厂状态

主桁架拼装截面尺寸较大，高为5～7米，宽为6+3=9米，如果采用工厂整体加工出厂的形式，会给运输造成困难，同时，由于体密度较小电网技术改造工程预算编制与计算规定(2015年版) ，

会大大增加运输的成本，根据以往工程施工的经验，决定采用现场杆件下料，现场组装成型的方式，其中上弦杆有一段需要煨弯，拟在厂内煨弯后运至现场组装。

采用专用切割设备――数控六轴管相贯线切割机，其工作照片及性能参数如下图所示。

数控六轴管相贯线切割机的参数

2、采用CAD/CAM集成技术进行管结构制作加工过程

CAD/CAM技术是我国钢结构制造技术近期的发展方向，是建筑业十

项新技术的内容之一。钢结构CAD技术可以保证钢结构设计的准确性，提高设计效率，CAM技术则可显著提高钢结构加工效率、节省钢材，这两个技术的集成应用对于提高设计与施工速度和精度，降低工程成本有积极意义。

　目前管结构设计加工过程流程图

目前我国大部分管结构设计、加工过程制作如上图所示。第一步由设计单位生成管结构施工图纸（一般为蓝图或电子介质）；第二步通过大量的手工操作转化为加工图纸，这个过程不仅耗时，由于存在大量的手工操作，而且非常容易出错；第三步将加工图纸通过数控管相贯线切割机制造厂家或其它专业单位提供的软件将加工图纸转化为管相贯线加工数据，这个过程同样耗时，而且非常容易出错；第四步将相贯线加工数据输入到数控机床进行管相贯线切割。

　采用CAD/CAM集成技术进行管结构设计加工过程流程图

采用CAD/CAM集成技术进行管结构设计加工制作过程如上图所示。第一步是第一步由设计单位生成管结构施工图纸（CAD技术，一般采用电子介质）；第二步可以直接由管结构分析设计模型直接加工图，并生成构件加工数据直接输入到数控切割机进行管件加工制作。采用CAD/CAM技术省略了从施工图纸向加工图纸转化及由加工图生成构件加工数据的过程，由于省去了中间所有需手工操作的环节，因此不仅可以避免出现错误，还节省了转化加工图及加工数据所需的大量时间，这样即可以提供管结构的制造加工效率，也可以提高管结构的加工制造质量，详见《济南**体育中心体育场屋面钢结构分析报告》。

1、可供选择的煨弯方法

两种煨弯工艺：中频煨弯 与 机械冷弯。

（1）工作照片及性能参数

中频煨弯机性能参数

（2）工作流程及过程注意事项

避免多次加热。多次加热会导致材质变脆，造成硬化。同时，加工温度过低时，应避免强行弯曲，因钢材在500℃以下时，极限强度与屈服点到达最大值，塑性显著降低，处于蓝脆状态。受力后会导致内部组织破坏，产生裂纹。

1）该设备为非标弯管设备。

3）能弯制壁厚70mm以下的碳钢、合金钢、有色金属管和各种异径管、型钢等。

4）弯曲半径角度在规范允许范围内可任意选择。

计算机准备→置入杆件→夹紧作业→中频加热→煨弯→校正→冷却→取出杆件。

■曲率半径：≤1%R ■弯曲矢高：≤±5mm

钢性范本，其厚度为2mm，用数控切割机下料制成。

此种加工方法的优势在于：避免由于加热对材料材质的不良影响。以往的工程经验表明：机械冷弯成本低，完全可以保证煨弯精度，工作效率能够满足需要。

■曲率半径：≤1%R ■弯曲矢高：≤±5mm

确定材料的回弹值→绘制地样→安装卡具→放置杆件→千斤顶加力→局部加热→静置→拆除千斤顶→弧度校验→ 修整→成型。

什么要确定回弹值？外力撤掉后曲线会反弹，依设计弧度绘制地样是不准确的。

如何确定地样弧度？设计弧度+弧度修正值。

如何获得弧度修正值？模拟试验值+经验值=弧度修正值。

管相贯时其轴线均相交，各主管需参照同一个平面为基准面。

支管相贯接头的两端，用样冲在0°、90°、180°、270°的 位置作标志。

主管用洋冲在0°、90°、180°和270°的方向作好标志，按照各支管的轴线距离，在主管的外管壁上，位于主管和支管的轴线相交点的垂直面处，作出标志。

在主管的外管壁上，作出支管的角度位置。

装配时先按照主管图纸尺寸、位置组装，并点固好主管，支管0°至180°轴线应与主管上的支管位置点在同一直在线。

在详图深化阶段，将起拱度加以考虑，施工图中的杆件尺寸是起拱以后的尺寸；起拱后，腹杆与弦杆的尺寸都有相应的变化；加工时的放样图是根据施工图中提供的尺寸绘制。（示意如下）

1、本工程焊接的难点介绍

（1）钢管与铸钢之间焊缝的焊接过程

铸造工艺决定铸钢与钢管的连接部位，不是等壁厚连接。铸件作为一个不规则整体，各个方向的约束不一样，焊接内应力的聚集会导致局部产生裂纹，这是铸钢件焊接必须要认真对待的问题。

解决办法：焊接之前必须对铸钢件进行整体预热，焊接之后，进行去应力热处理。热处理完毕后，用磁粉对表面进行检测，看焊接裂纹是否出现。

（2）减小焊接收缩对桁架尺寸的影响的措施

对于管桁架而言，腹杆众多，交汇部位的焊缝密集，交汇点多，如果不采取措施，焊接收缩会对桁架尺寸产生影响。

采用氩弧焊打底，由于电弧受到氩气流的压缩与冷却作用，电弧集中，热影响区小，焊接变形较小。随后跟进二氧化碳气保焊后续焊层，出于同样的机理，焊接变形也相应较小。

上弦与下弦同时施焊，使变形抵消。焊接完毕，对弦杆进行检验，看是否有超差出现。

电焊条采用低氢钠型E5015（J507），低氢钾型E5016（J506）。此焊条的主要用途是焊接中碳钢和某些重要低合金结构钢。

1）埋弧焊丝：采用H10Mn2（镀铜）。焊丝直径采用4.0或5.0毫米。焊丝化学成分如下：

焊丝的化学成分及力学性能

2）气体保护焊丝：采用，具有优良的焊接工艺性能，焊丝溶化速度快，熔敷效率高，电弧稳定，焊接飞溅极小，焊缝成型美观，并且抗氧化锈蚀能力强，熔敷金属气孔敏感性小，全方位施焊工艺性好；适用于碳钢及500Mpa级强度钢的焊接。

焊丝的化学成分及力学性能

焊丝直径选用1.2毫米。

与H10Mn2相对应的焊剂采用HJ431。熔炼型高锰高硅低氟焊剂，红棕色至浅黄色玻璃状颗粒，粒度为2.5～0.45mm，可采用交直流两用，直流时焊丝接正极，焊接工艺性能良好。

用于气体保护焊。气体组成为CO2（80％）＋Ar（20％）。气体纯度不应低于99.5％（体积法），其含水量不应大于0.005％（重量法）。

我公司在以往的工程项目中，有针对性的做了大量焊接工艺评定，对焊接施工具有重要指导意义。

本工程材料为碳素结构钢与低合金结构钢。焊接性能良好，在以往焊接施工中，针对本钢种积累了丰富的经验，经过大量试验证明，焊缝质量优良。

（1）焊条的使用与保管

1）各类焊条必须分类、分牌号存放，避免混乱；

2）焊条必须存放于通风良好、干燥的仓库内。须垫高和离墙0.3米，使上下左右空气流通。仓库内保持一定的温度与湿度，温度10~25度，相对湿度小于65%。

3）焊条应有制造厂的质量合格证，凡无合格证或对其质量有怀疑时，应按批抽查试验，合格者方可使用。

4）焊条如发现内部有锈迹，亦需经试验合格后才能使用。焊条受潮严重，已发现药皮脱落者，应予以报废；

焊条使用前应按如下规定进行烘烤；

（2）焊丝与焊剂的保管与使用

1）焊丝与焊剂的储存环境与焊条类似；

2）开过封的焊剂袋应当天用完，如果当天不能用完，应将焊剂袋扎紧，避免受潮；同样，焊丝卷表面的塑料薄膜不应随意扯掉，随用随扯。

3）焊剂在使用之前必须进行烘烤，温度为150~200度，时间为1小时。

不同项目的焊材领用必需单独造册，焊材的批号，领用的时间要作详细的纪录；焊接过程中，焊缝纪录中应包含焊材批号的纪录，一旦焊材的质量出现问题，可以按照纪录追踪查出问题焊缝。

1）坡口面应光滑，无明显割痕缺口；

2）坡口采用机械、火焰或碳刨加工；

3）火焰加工的坡口应符合下述要求：

割纹深度应小于0.2mm；局部缺口深度应小于1.0mm；当割纹深度为1.0~2.0mm时，用砂轮打磨成平滑过渡为1：10的斜坡；当割纹深度超过2.0mm时，应按焊接工艺要求进行补焊和打磨；焊前必须去除施焊部位及其附近30mm~50mm范围内的杂质，杂质包括：氧化皮、渣皮、水分、油污、铁锈及毛刺等。

4）焊接接头装配质量表：

（5）T型接头间隙e超过1.5mm时，应采取打底焊以防焊漏，同时增加角焊缝的焊脚尺寸，增加值等于根部间隙。

6、坡口形式及具体焊接流程

（1） 钢管对接及相贯部位的坡口设计

（2）铸钢件部位的焊接

在焊缝两侧造就一个新的应力状态，使原来的焊缝受到拉伸应力作用，这种拉伸应力会使焊缝产生拉伸塑性变形，以补偿焊缝在焊接冷却过程中所积累的压缩塑性变形，从而减小了焊接残余应力。

热处理的加热过程如下：

自由加热T／CNTAC 72.2-2021标准下载，温度达到 315摄氏度以后，开始以55~200摄氏度/小时的速度进行升温。

温度 达到650摄氏度以后，开始进行保温工作，保温时间为1小时。

冷却速度不能超过260摄氏度/小时，当冷却到315摄氏度时，开始在空气中冷却。

1）定位焊应由持证合格的焊工焊接；

2）焊后应彻底清除熔渣，如果出现裂纹，应清除后重焊；

3）定位焊用焊材应与母材要求用的焊材一致；

4）定位焊应避免在焊缝的起始、结束和拐角处施焊；T型接头定位焊应在两侧对称施焊；

5）必须进行方面碳刨清根的坡口某住宅小区5号、6号、7号楼装修工程施工组织设计方案.doc，定位焊在碳刨一侧进行；

6）定位焊尺寸不大于设计焊缝尺寸的2/3，不小于4毫米但不大于8毫米；