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【摘 要】 随着现代化建设的发展，钢结构工程以“工厂化生产，现场拼装”的施工形式已广泛用于各种建筑领域，而管-管桁架设计的兴起，使得管桁架结构比传统的网架结构更加简化，给施工带来便利，其制作简单，施工方便，胎具可以重复使用，制作质量容易控制，使得其具备在施工现场制作的条件。
【关键词】 钢结构；平面管-管桁架；现场制作
1、工程概况
江门市技师学院第二校区二期工程之体育馆工程主体结构形式为钢筋混凝土框架，屋面为弧形钢结构，由平面钢管桁架屋架、C型钢檩条、支撑系统及平台梁组成。其中管桁架为屋面主要受力构件，通过预埋地脚螺栓与钢筋混凝土柱子顶部牛腿连接，其最大跨度为35米，管桁架主管（上、下弦杆、主立杆等）采用?146*5.0的Q235B钢管，支管（腹杆、次立杆等）采用?70*3.0的Q235B钢管，除上下弦杆为弧形外，所有腹杆、立杆均为直杆。
该项目管桁架采用现场制作的方式进行施工，对于管桁架在施工现场下料制作，误差控制比较困难；施工期间湿度较大，对于焊接施工质量控制带来较大的影响。为保证施工质量，项目监理从施工机械配置、模具制作、焊接工艺选择、人员技术等方面做了大量工作，管桁架现场制作质量得以有效控制。
2、施工前准备
2.1对施工图进行现场核对，熟悉图纸内容，对设计中存在的问题及时提请设计单位根据施工需要及时补充施工详图；对施工单位提交的钢屋架施工专项方案进行审查，重点审查施工单位对于管桁架的放样、下料、焊接等方面质量控制的针对性措施是否能够满足项目施工质量控制的要求。
2.2材料准备控制：根据招标文件，选择参考品牌内合适的、合格的供应商，及时组织各种合格材料进场，并做好各类原材料的抽样送检工作，保证各种材料质量符合要求。
2.3督促施工单位落实岗前的培训工作。本工程在主立杆焊接时采用“仰旱”的焊接工艺进行施工，焊接人员的技术水平对焊接施工质量有决定性的影响，在正式开展施工前，对焊接工人的焊接技术，尤其是二氧化碳保护旱“仰旱”工法的技术培训及大量的练习，确保施工人员能熟练掌握，并且焊缝质量能稳定的达到施工要求，方可允许进行“仰旱”施工。与施工单位管理人员探讨项目开展施工过程中的管理措施，落实质量控制要求及技术指导。
3、管桁架的制作流程
4、施工过程中的控制
4.1主弦杆的接长
上、下主弦杆的接长应制作接长平台，接长平台应进行水平校正，使进行焊接的钢管两端处于同一水平，以确保钢管的对正准确。接长平台宜采用半活动装置，以利于钢管焊接一面后滚动反转焊接另一面。
上下弦杆的钢管接长采用全焊透对接焊缝焊接，焊接前应将焊缝周边200mm表面的铁锈、水分、油污、灰尘、氧化皮、各渣等清理干净；对接焊缝应在焊缝的两端焊上引弧板，在引弧板上引弧进行焊接，不允许任意在工作表面上引弧损伤母材。在焊接前应在管内加设套衬管，施加定位焊后再次对管材的对接情况进行校核，复核要求方可开展正式的焊接。
4.2放样
放实样时以CAD制图将管桁架大样及节点尺寸按照1：1的比例放出全样或使用计算机模拟放样，核对各部件的尺寸；放样检验合格后，按工艺要求制作必要的角度、槽口制作样板和样杆作为下料加工的依据并制作胎架样板。工件要考虑加工余量，焊接构件要按工艺要求预留焊接收缩余量。
4.3制作管桁架胎具
管桁架制作前先制作专用的胎具，胎具的制作是否正确、精细对管桁架的制作有着决定性的影响。胎具制作应采用CAD制图将管桁架大样及节点尺寸按照1：1进行绘制，编制加工图，为保证胎具有足够的刚度，以及便于水平控制，胎具宜采用钢板焊接，先把底钢板在铺设时进行水平校正，使得整个胎具平台基本处于水平状态，然后在焊接支架时再次校正，保证胎架上口水平度±1mm。在开展管桁架制作施工前，须对胎具的尺寸、水平等参数进行复核，确保精确。胎架的设计应做到装拆方便，并且应避开节点位置，满足焊工的施焊空间，胎架设置需要按设计图进行设置验收。
4.4主弦管煨弯
在施工现场进行钢构件的制作，缺少专用的弯曲机械辅助。本项目主弦管采用?146*5.0的Q235B鋼管，管径比较小，管壁不厚，长细比较大，可以采用人工煨弯的方式进行施工。在施工前，按照施工图纸并考虑反弹余量，增大弯曲弧度并按尺寸1：1进行放样，并检查无误后，沿放样弧线内侧安装卡具，在钢管的两端安装辅助套管，并在首个卡具前把主弦管的辅助套管进行固定，使其紧靠首个卡具，形成首个卡具的定位，然后在第二个卡具处钢管外侧采用电烤枪加热，根据Q235B钢管的材料性能，加热温度控制在750～900℃，再在钢管的另一端向弧线内侧施加拉力，使钢管向内拉曲，在与第二个卡具靠紧后停止加热并自然冷去，并移至第三个卡具处进行加热，如此类推，直至钢管成型，自然冷却后停止拉曲，检查钢管的成型是否符合要求。
4.5下料控制
1）主管的下料控制
管桁架在施工现场制作，主管经常需要接长。钢管接长下料前应充分考虑对接接头必须与节点焊缝错开，对接接头处焊缝应与节点焊缝错开为1D并不得小于200mm的距离，在此基础上充分考虑钢管的接长位置，最大限度的使用钢管，减少浪费。腹杆原则上不允许对接，如果必须对接时，接头位置应位于杆件长度的三分之一（具体视管子来料情况定），且每根腹杆中最多只允许有一个对接接头，最短的管子不能小于2倍的管子直径且不能小于800mm。对接接头焊缝应按设计图纸的要求执行，如无标注，应按一级焊缝处理。钢管切割时，必须采用专业管道切割机械，管壁≤6mm时可留I型破口，如管壁≥6mm时应同时开V形坡口，切管与开破口同时进行，下料时应考虑焊接收缩余量，焊接收缩量应根据图纸或工艺要求进行预留，无要求时按照以下要求进行预留：钢管壁厚≤6mm，每个节点预留1mm；钢管壁厚≥8mm，每个节点预留1.5mm；管材接管后，每10m的对接接头不得超过3个；每5m的对接接头不得超过2个；每3m的对接接头不得超过1个。 2）管子相贯线剖口切割
本工程支管与主管直接焊接，且要求支管在下料阶段不得采取人工修补的方法修正割完的支管，故支管有大量的管子相贯剖口。管子相贯线是一个空间曲线，且其坡口角度是随曲线的变化而变化的，管子相贯线的切割好坏直接关系到桁架的焊接质量及外观质量，是制作过程的关键。管子相贯线切割应采用数控相贯线切割机进行切割，根据放样程序在电脑上控制自动切割，管件在切割前，必须用墨线弹出基准线，作为相贯线切割的起止和管件拼装的定位线，并保证相交管件的中心轴线交汇于一点。作为支撑杆件，下料时，焊接收缩量应根据图纸或工艺要求进行预留，无要求是按照以下要求进行预留：钢管壁厚≤6mm，预留1-1.5mm；钢管壁厚≥8mm，预留1.5-2mm；
5、焊接质量控制
5.1施工现场环境
钢结构制作施工时即将进入岭南的梅雨时节，经统计，钢构架制作期间的空气湿度在70%～90%之间，遇上小雨天气湿度可达100%。日间温度在12～23摄氏度。根据《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ81—2002规定的焊接作业区环境要求：①空气相对湿度不得大于90%，焊件表面潮湿时，应采取加热去潮湿措施；②风速超过2m/s时应采取防风措施；③环境温度使焊件温度不得低于20℃，否则须进行加热或预热处理。本项目管桁架制作时现场的主体结构及外墙砖墙已经砌筑完成，为保障钢构件焊接的质量，降低天气条件对焊接施工的影响，参考海岛气候的钢结构焊接施工经验，钢构制作场沿外墙架设三防布遮雨棚，形成一个40米长*8米宽*4米高的相对封闭空间，利用焊接前预热、焊接及照明灯热源产生的热量，制造一个相对有利的施工环境，同时，经实践证明，在焊接施工前使用2台工业暖风机鼓风，焊接场的升温明显，有效降低空气湿度。
5.2焊接工艺选择
本项目管桁架管材使用Q235B碳素钢，管径Ф70～Φ146，管壁厚度为3～5mm，无论是主管的连接还是主管与支管的连接均是在弧面进行弧线形的焊接，而且管径都比较小，需要在较小空间内灵活的回转进行施工，上弦杆与主立杆的焊接需要采用仰焊，经对埋弧焊、手工电弧焊、二氧化碳气体保护焊等焊接工艺的综合考虑、对比分析，二氧化碳保护焊能使用仰焊的施工工艺，操作简单、灵活，提前送气、滞后闭气操作让保护气体能有效地把空气阻隔，降低高湿度空气对焊缝的影响，并可使用焊脱氧剂的焊丝，易引弧、电弧稳定，熔深和焊缝容易控制，而且焊接质量好，焊缝抗裂性好，成形美观，焊件变形小，在本项目的施工中具有较大的优势，故在本项目选择二氧化碳保护焊进行焊接施工，并根据焊接管材的厚度，选用含脱氧剂的1.2mm焊丝进行焊接。
5.3焊接措施
1）考虑钢结构焊接施工时的施工环境及钢管温度，在进行焊接施工前必须进行预热。
2）本项目管桁架采用腹杆与弦杆直接焊接的相贯节点，弦杆截面贯通，腹杆焊接于弦杆之上，焊接时，把支管端部的相贯焊缝分为A，B，C，D四个区域，其中A，B区采用等强坡口对接熔透焊缝，D区采用角焊缝，焊缝高度为1.5倍管壁厚，焊縫在C区应平滑过渡。
3）钢结构管桁架焊接时应注意焊接顺序，应先焊接中间节点，再向桁架两端节点扩展焊接顺序，以避免由于焊缝收缩向一端累积而引起的桁架各节点间尺寸偏差，并不应在同一个腹杆两端同时焊接，应先焊接与下弦杆连接的节点，再焊接与上弦杆连接的节点。
6、结语
江门技师学院体育馆工程的钢构架制作历时一个多月，相对于工厂制作效率较低，但其在施工现场一次性制作成型，避免了长途运输及二次拼装施工，在现场根据实际尺寸进行主立杆的定位并把钢构架架立焊接使其更贴近实际的吊装情况，使得安装更加准确，避免了在较多项目中客观存在的钢构件在工厂生产后现场拼装出现误差，需要现场切割、补强的问题，而且经过超声波焊缝的检测以及钢屋架的几何尺寸检测，钢屋架的施工质量能符合要求。
参考文献：
1、《管-管桁架钢结构构件加工技术》，陈琳，山西省第三建筑工程公司，施工技术，第40卷，第339期
2、《海岛潮湿环境下海控国际广场钢结构焊接质量控制》王永年，张磊，赵海兴，赵光远，朱小六，《施工技术》2012年18期
3、建筑分项施工工艺标准手册——钢屋架制作工艺标准，中国建筑工业出版社，ISBN：9787112110247
【关键词】 钢结构；平面管-管桁架；现场制作
1、工程概况
江门市技师学院第二校区二期工程之体育馆工程主体结构形式为钢筋混凝土框架，屋面为弧形钢结构，由平面钢管桁架屋架、C型钢檩条、支撑系统及平台梁组成。其中管桁架为屋面主要受力构件，通过预埋地脚螺栓与钢筋混凝土柱子顶部牛腿连接，其最大跨度为35米，管桁架主管（上、下弦杆、主立杆等）采用?146*5.0的Q235B钢管，支管（腹杆、次立杆等）采用?70*3.0的Q235B钢管，除上下弦杆为弧形外，所有腹杆、立杆均为直杆。
该项目管桁架采用现场制作的方式进行施工，对于管桁架在施工现场下料制作，误差控制比较困难；施工期间湿度较大，对于焊接施工质量控制带来较大的影响。为保证施工质量，项目监理从施工机械配置、模具制作、焊接工艺选择、人员技术等方面做了大量工作，管桁架现场制作质量得以有效控制。
2、施工前准备
2.1对施工图进行现场核对，熟悉图纸内容，对设计中存在的问题及时提请设计单位根据施工需要及时补充施工详图；对施工单位提交的钢屋架施工专项方案进行审查，重点审查施工单位对于管桁架的放样、下料、焊接等方面质量控制的针对性措施是否能够满足项目施工质量控制的要求。
2.2材料准备控制：根据招标文件，选择参考品牌内合适的、合格的供应商，及时组织各种合格材料进场，并做好各类原材料的抽样送检工作，保证各种材料质量符合要求。
2.3督促施工单位落实岗前的培训工作。本工程在主立杆焊接时采用“仰旱”的焊接工艺进行施工，焊接人员的技术水平对焊接施工质量有决定性的影响，在正式开展施工前，对焊接工人的焊接技术，尤其是二氧化碳保护旱“仰旱”工法的技术培训及大量的练习，确保施工人员能熟练掌握，并且焊缝质量能稳定的达到施工要求，方可允许进行“仰旱”施工。与施工单位管理人员探讨项目开展施工过程中的管理措施，落实质量控制要求及技术指导。
3、管桁架的制作流程
4、施工过程中的控制
4.1主弦杆的接长
上、下主弦杆的接长应制作接长平台，接长平台应进行水平校正，使进行焊接的钢管两端处于同一水平，以确保钢管的对正准确。接长平台宜采用半活动装置，以利于钢管焊接一面后滚动反转焊接另一面。
上下弦杆的钢管接长采用全焊透对接焊缝焊接，焊接前应将焊缝周边200mm表面的铁锈、水分、油污、灰尘、氧化皮、各渣等清理干净；对接焊缝应在焊缝的两端焊上引弧板，在引弧板上引弧进行焊接，不允许任意在工作表面上引弧损伤母材。在焊接前应在管内加设套衬管，施加定位焊后再次对管材的对接情况进行校核，复核要求方可开展正式的焊接。
4.2放样
放实样时以CAD制图将管桁架大样及节点尺寸按照1：1的比例放出全样或使用计算机模拟放样，核对各部件的尺寸；放样检验合格后，按工艺要求制作必要的角度、槽口制作样板和样杆作为下料加工的依据并制作胎架样板。工件要考虑加工余量，焊接构件要按工艺要求预留焊接收缩余量。
4.3制作管桁架胎具
管桁架制作前先制作专用的胎具，胎具的制作是否正确、精细对管桁架的制作有着决定性的影响。胎具制作应采用CAD制图将管桁架大样及节点尺寸按照1：1进行绘制，编制加工图，为保证胎具有足够的刚度，以及便于水平控制，胎具宜采用钢板焊接，先把底钢板在铺设时进行水平校正，使得整个胎具平台基本处于水平状态，然后在焊接支架时再次校正，保证胎架上口水平度±1mm。在开展管桁架制作施工前，须对胎具的尺寸、水平等参数进行复核，确保精确。胎架的设计应做到装拆方便，并且应避开节点位置，满足焊工的施焊空间，胎架设置需要按设计图进行设置验收。
4.4主弦管煨弯
在施工现场进行钢构件的制作，缺少专用的弯曲机械辅助。本项目主弦管采用?146*5.0的Q235B鋼管，管径比较小，管壁不厚，长细比较大，可以采用人工煨弯的方式进行施工。在施工前，按照施工图纸并考虑反弹余量，增大弯曲弧度并按尺寸1：1进行放样，并检查无误后，沿放样弧线内侧安装卡具，在钢管的两端安装辅助套管，并在首个卡具前把主弦管的辅助套管进行固定，使其紧靠首个卡具，形成首个卡具的定位，然后在第二个卡具处钢管外侧采用电烤枪加热，根据Q235B钢管的材料性能，加热温度控制在750～900℃，再在钢管的另一端向弧线内侧施加拉力，使钢管向内拉曲，在与第二个卡具靠紧后停止加热并自然冷去，并移至第三个卡具处进行加热，如此类推，直至钢管成型，自然冷却后停止拉曲，检查钢管的成型是否符合要求。
4.5下料控制
1）主管的下料控制
管桁架在施工现场制作，主管经常需要接长。钢管接长下料前应充分考虑对接接头必须与节点焊缝错开，对接接头处焊缝应与节点焊缝错开为1D并不得小于200mm的距离，在此基础上充分考虑钢管的接长位置，最大限度的使用钢管，减少浪费。腹杆原则上不允许对接，如果必须对接时，接头位置应位于杆件长度的三分之一（具体视管子来料情况定），且每根腹杆中最多只允许有一个对接接头，最短的管子不能小于2倍的管子直径且不能小于800mm。对接接头焊缝应按设计图纸的要求执行，如无标注，应按一级焊缝处理。钢管切割时，必须采用专业管道切割机械，管壁≤6mm时可留I型破口，如管壁≥6mm时应同时开V形坡口，切管与开破口同时进行，下料时应考虑焊接收缩余量，焊接收缩量应根据图纸或工艺要求进行预留，无要求时按照以下要求进行预留：钢管壁厚≤6mm，每个节点预留1mm；钢管壁厚≥8mm，每个节点预留1.5mm；管材接管后，每10m的对接接头不得超过3个；每5m的对接接头不得超过2个；每3m的对接接头不得超过1个。 2）管子相贯线剖口切割
本工程支管与主管直接焊接，且要求支管在下料阶段不得采取人工修补的方法修正割完的支管，故支管有大量的管子相贯剖口。管子相贯线是一个空间曲线，且其坡口角度是随曲线的变化而变化的，管子相贯线的切割好坏直接关系到桁架的焊接质量及外观质量，是制作过程的关键。管子相贯线切割应采用数控相贯线切割机进行切割，根据放样程序在电脑上控制自动切割，管件在切割前，必须用墨线弹出基准线，作为相贯线切割的起止和管件拼装的定位线，并保证相交管件的中心轴线交汇于一点。作为支撑杆件，下料时，焊接收缩量应根据图纸或工艺要求进行预留，无要求是按照以下要求进行预留：钢管壁厚≤6mm，预留1-1.5mm；钢管壁厚≥8mm，预留1.5-2mm；
5、焊接质量控制
5.1施工现场环境
钢结构制作施工时即将进入岭南的梅雨时节，经统计，钢构架制作期间的空气湿度在70%～90%之间，遇上小雨天气湿度可达100%。日间温度在12～23摄氏度。根据《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ81—2002规定的焊接作业区环境要求：①空气相对湿度不得大于90%，焊件表面潮湿时，应采取加热去潮湿措施；②风速超过2m/s时应采取防风措施；③环境温度使焊件温度不得低于20℃，否则须进行加热或预热处理。本项目管桁架制作时现场的主体结构及外墙砖墙已经砌筑完成，为保障钢构件焊接的质量，降低天气条件对焊接施工的影响，参考海岛气候的钢结构焊接施工经验，钢构制作场沿外墙架设三防布遮雨棚，形成一个40米长*8米宽*4米高的相对封闭空间，利用焊接前预热、焊接及照明灯热源产生的热量，制造一个相对有利的施工环境，同时，经实践证明，在焊接施工前使用2台工业暖风机鼓风，焊接场的升温明显，有效降低空气湿度。
5.2焊接工艺选择
本项目管桁架管材使用Q235B碳素钢，管径Ф70～Φ146，管壁厚度为3～5mm，无论是主管的连接还是主管与支管的连接均是在弧面进行弧线形的焊接，而且管径都比较小，需要在较小空间内灵活的回转进行施工，上弦杆与主立杆的焊接需要采用仰焊，经对埋弧焊、手工电弧焊、二氧化碳气体保护焊等焊接工艺的综合考虑、对比分析，二氧化碳保护焊能使用仰焊的施工工艺，操作简单、灵活，提前送气、滞后闭气操作让保护气体能有效地把空气阻隔，降低高湿度空气对焊缝的影响，并可使用焊脱氧剂的焊丝，易引弧、电弧稳定，熔深和焊缝容易控制，而且焊接质量好，焊缝抗裂性好，成形美观，焊件变形小，在本项目的施工中具有较大的优势，故在本项目选择二氧化碳保护焊进行焊接施工，并根据焊接管材的厚度，选用含脱氧剂的1.2mm焊丝进行焊接。
5.3焊接措施
1）考虑钢结构焊接施工时的施工环境及钢管温度，在进行焊接施工前必须进行预热。
2）本项目管桁架采用腹杆与弦杆直接焊接的相贯节点，弦杆截面贯通，腹杆焊接于弦杆之上，焊接时，把支管端部的相贯焊缝分为A，B，C，D四个区域，其中A，B区采用等强坡口对接熔透焊缝，D区采用角焊缝，焊缝高度为1.5倍管壁厚，焊縫在C区应平滑过渡。
3）钢结构管桁架焊接时应注意焊接顺序，应先焊接中间节点，再向桁架两端节点扩展焊接顺序，以避免由于焊缝收缩向一端累积而引起的桁架各节点间尺寸偏差，并不应在同一个腹杆两端同时焊接，应先焊接与下弦杆连接的节点，再焊接与上弦杆连接的节点。
6、结语
江门技师学院体育馆工程的钢构架制作历时一个多月，相对于工厂制作效率较低，但其在施工现场一次性制作成型，避免了长途运输及二次拼装施工，在现场根据实际尺寸进行主立杆的定位并把钢构架架立焊接使其更贴近实际的吊装情况，使得安装更加准确，避免了在较多项目中客观存在的钢构件在工厂生产后现场拼装出现误差，需要现场切割、补强的问题，而且经过超声波焊缝的检测以及钢屋架的几何尺寸检测，钢屋架的施工质量能符合要求。
参考文献：
1、《管-管桁架钢结构构件加工技术》，陈琳，山西省第三建筑工程公司，施工技术，第40卷，第339期
2、《海岛潮湿环境下海控国际广场钢结构焊接质量控制》王永年，张磊，赵海兴，赵光远，朱小六，《施工技术》2012年18期
3、建筑分项施工工艺标准手册——钢屋架制作工艺标准，中国建筑工业出版社，ISBN：9787112110247