文档介绍：南京奥体中心主体育场钢屋盖安装焊接技术
宝冶建设工安分公司卢立香许立新陈财发
摘要:介绍了南京奥体中心主体育场钢屋盖的结构形式及安装的焊接特点与难点。重点叙述了该结构的焊接工艺及焊接变形、焊接质量的控制措施。
关键词:空间管桁架箱梁焊接技术变形控制
1 工程概况
南京奥体中心是江苏省政府“十五”计划的重点工程,也是南京市规划中的城市副中心的重要组成部分,是一个大型综合类体育中心。主体育场作为2005年在江苏省举行的第十届全国综合性运动会的主场馆和举行国际单项最高级别运动会的硬件设施,作为南京市的标志性建筑,其屋盖结构体系十分复杂,主要由2榀与水平面成45°倾斜的、,~27m,覆盖面积4万多m2。,钢结构总量约12153t。整个屋盖结构体系在各种不同荷载组合情况下,分别由主拱和钢箱梁外端的“V”型支撑将荷载传至下部结构,45°倾斜主拱线条简明,宛如飘带。如图1所示。
图1 南京奥体中心主体育场效果图
主拱为管桁架空间结构,,拱身弧线长度415m,,单榀主拱重量为1606t。主拱断面为斜等腰三角形,4根主弦管布置于等腰三角形的三个顶点和底边的中点上,三角形断面的底边与地面的夹角为45°,腰与底边夹角为33°,最大三角形断面底边上主弦管的中心距为15m,。主弦管采用φ1000和φ500的钢管,壁厚有12、16、20、34、44、54和60共七种,腹杆的直径为φ299~φ450。主拱节点采用铸钢节点、压制球节点及相贯节点。两榀主拱分别向东、西方向倾斜,通过M杆支承在屋面箱型梁上。主拱整体模型与其节点构造如图2所示。
屋面系统由屋面箱梁、内环梁、外环梁、中环梁、联系梁、屋面支撑及檩条等组成。每根屋面梁采用不同的断面组合,最多为6个断面组合,断面宽度均为500mm,高度有1100、1400、1600、1800、2100mm几种,腹板的厚度有t=10、12、14、16mm四种,翼缘板厚度有20、25、32、65、85mm五种。最长的屋面梁的长度为68m,重量达48t,其标高为变化值。屋面梁一端支承在V形支撑上,另一端则通过屋面梁中间位置的连杆与主拱的主弦管相连。屋面梁之间设有钢管联系梁,两个边缘及中间位置设有环型联系梁。安装后的屋面梁和主拱互相依托,形成空间稳定体系。
图2 主拱整体模型与其节点构造详图
图3 箱梁模型与其局部详图
支承屋面箱型梁的V形支撑设置在两榀屋面梁之间,每个V形支撑有四根支撑钢管,分为前支撑柱和后支撑柱,由一根前支撑柱和一根后支撑柱支承一榀屋面梁。支撑钢管分φ500*24、34两种,四根钢管下端通过销轴连接在铸钢支座上,形成一个倒锥形,上端则分别焊接在箱型梁的铸钢件板和铸钢件支管上。
主拱、箱梁、V型支撑、压制球等主结构采用Q345C的热轧无缝钢管或热轧板,铸钢件材质为GS-20Mn5N(DIN17182)。其他次结构(如联系梁、屋面支撑等)采用Q235B热轧无缝钢管。
现场焊缝主要包括以下几个部分:
(1)箱型梁的现场焊缝(包括箱型梁的拼接焊缝;箱型梁与拱腹桁架连接板的丁字角接焊缝);
(2)主拱桁架的现场焊缝(包括主弦杆与主弦杆、主弦杆与铸钢件、斜腹杆与铸钢件、M杆与主拱铸钢件的对接焊缝;主弦杆与预埋件的管板相贯焊缝;主弦杆与斜腹杆、斜腹杆与斜腹杆的相贯焊缝;主弦杆与压制球、斜腹杆与压制球的相贯焊缝);
(3)屋面系统的现场焊缝(包括环梁的管与管、环梁与铸钢件、连系梁的管与管、屋面支撑杆件与铸钢件的对接焊缝;屋面支撑杆件与环梁、屋面支撑杆件与箱型梁腹板的相贯焊缝);
(4)V形支撑的现场焊缝(包括V形支撑与铸钢件的对接焊缝;V形支撑与箱型梁铸钢件板的相贯焊缝;V形支撑与箱型梁铸钢件板处的加强板角焊缝)。
钢结构施工流程为:V形支座预埋件——屋面支撑胎架——V形支撑前支撑柱——屋面梁——环梁——连系梁——V形支撑后支撑柱——屋面支撑——檩条——M杆——主拱——支撑胎架卸载。
2 焊接特点与难点
根据运输条件,屋面梁在厂内分段制作,现场地面拼装,再进行吊装;主拱分成21段制作,散件出厂,现场分段组装,待屋面系统吊装完成后再分段吊装,然后进行高空焊接。钢结构安装焊接特点与难点如下:
(1)焊接量大,焊接变形难以控制。
主拱断面与跨度大,受运输条件限制,只能散件出厂、现场拼装,钢管管径大、管壁厚,焊接量大,焊接变形难以控制;
(2)均为单面焊,焊接位置复杂,焊接难度大。
主拱组装、安装焊缝均为全位置单面焊,部分空中安装接口无法加衬垫,必须确保单面焊双面成型;屋面箱梁截面高