钢结构圆管结构

钢结构圆管柱两类斜牛腿的制作工艺及安装分析与研究提要：钢结构圆管柱是场馆类等大跨度建筑中常用到的结构部件，而为实现建筑外形的多样化话及良好的视觉效果，常常是圆管柱有一定角度的倾斜，导致与柱连接的梁出现不同方向的倾斜，在生产和制作的过程中采用斜牛腿的形式。

本文通过对两类斜牛腿的制作工艺进行分析和探究，选择出最实用的加工方法，提高效率的同时为类似工程部件的加工制作提供有益的参考。

关键词：圆管柱斜牛腿制作工艺一、引言钢结构因其材料强度高、自重轻等优异性能，在工业、民用等建筑上广泛使用，特别是在建造大型厂房、大跨度场馆等对造型独特的建筑。

其中圆管柱斜牛腿一般因建筑造型的需要使柱子倾斜而导致的，使在该类构件在加工制作的过程中有较大的难度，工艺上必须严格控制，材料制作尺寸精度要求高，焊缝质量要求严格。

本文通过对两类不同方向斜牛腿多种加工方法进行分析对比，选择最适用于该类构件的加工制作方法，旨在为类似构件的制作提供有益的产考。

二、工程简介济南华侨城绣源河文旅综合项目一期城市展示中心部分，整体外形呈椭圆状，长度方向126m，宽度方向100m，建筑高度23.5m，共3层。

采用32根钢结构圆管柱实现椭圆状，圆管柱规格为Φ1070*16，与之想连接的钢梁包含H750*500*28*32、H600*400*32*40、H600*500*24*32等7类，材质均为Q345B。

种类较多导致工厂制作的难度大，尺寸精度不易控制。

构件及零件如图1，图2，图3所示。

图1 两类牛腿的结构形式图2 两类牛腿零件示意图圆管柱斜牛腿的结构形式：圆管柱由四段管径、壁厚相同的钢管通过工厂制作，现场对接焊接连接成整体，每一个分段上都有牛腿及对应的内个板。

如图1，图2，将H型钢牛腿的平面中心线是否在同一平面内将牛腿分为两类，一类为在同一平面内，为牛腿1，；另一类不在同一个平面内，为牛腿2。

这两种牛腿在制作、焊接、安装上都有一定的难度，现已工程实例你参照，对比分析最合适的制作方法。

钢结构作业文件文件编号：WYZG-010版本号/修改次数：A/2圆管柱制作通用工艺受控状态：受控本发放序号：实施日期：发布日期: 编写录目审核批准1、主体内容与适用范围主体内容: 圆管柱的一般制作流程。

适用范围：建筑钢结构中圆管柱的制作。

2、编制依据1）《高层民用建筑钢结构技术规程》 JGJ99-982）《建筑钢结构焊接技术规程》 JGJ81-20023）《钢结构工程施工质量验收规范》 GB50205-20014）《结构用无缝钢管》 GB8162-19995）《直缝电焊钢管》 GB11345-896）《低合金钢焊条》 GB5118-957）《碳钢焊条》 GB5117-958）《熔化焊用钢丝》 GB/T14957-949）《气体保护焊用钢丝》 GB/Y14958-9410）《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级法》 GB11345-9111）《钢结构设计规范》 GB50017-200312）《碳素结构钢》 GB700-8813）《低合金高强度结构钢》 GB/T1591-9414）《厚度方向性能钢板》 GB5313-853、材料的要求和选用原材料的选用及其适用标准3.1.1钢管(1) 圆管柱钢材主要采用Q235B和Q345B，其质量标准应符合现行国家标准《碳素结构钢》（GB700-88）及《低合金高强度结构钢》（GB/T1591-94）的要求。

其力学性能及碳、硫、磷、锰、硅含量的合格保证必须分别符合标准《结构用无缝钢管》（GB8162-1999）或《直缝电焊钢管》GB11345-89。

(2)结构用无缝钢管的弯曲度、外径和壁厚等的允许偏差应符合表1的规定。

表1 无缝钢管弯曲度、外径和壁厚的允许偏差(3)直缝电焊钢管外径和壁厚的允许偏差应符合表2的规定。

表2 直缝电焊钢管外径和壁厚的允许偏差3.1.2 钢板及型钢(1) 其力学性能及碳、硫、磷、锰、硅含量的合格保证必须分别符合标准《碳素结构钢》（GB700-88）和《低合金高强度结构钢》（GB/T1591-94），其强屈比不得小于，伸长率应大于20%，有良好的可焊性及明显的屈服台阶，钢材的屈服点不宜超过其标准值10%。

圆管构件加工制作方案一、圆管构件构件加工制作工艺流程圆管构件加工制作成型工艺流程和方法1、制作流程一：钢板矫平钢板的局部平面度允许偏差：Δ≤1.5（t≤14）；Δ≤1.0（t＞14）；2、制作流程二：端部预弯卷制前采用油压机或卷板机进行两侧预压成型；预压范围为端部150~300mm，压痕深度≤0.5mm；用样板检验两端半径。

3、制作流程三：筒体卷制采用多次进料渐近法滚弯；用样板检验板件半径。

4、制作流程四：纵缝焊接先焊筒体内侧，外侧清根后再焊筒体外侧焊缝；直缝焊接完成后用进行回圆。

5、制作流程五：环缝焊接先焊筒体内侧，外侧清根后再焊筒体外侧焊缝。

环缝焊接示意图▼6、制作流程六：筒体复测弯曲钢管的加工精度直接影响其他部件的定位准确性，采用四等分线法配合全站仪测量筒体接长精度。

▼图例7、制作流程七：端部铣平端铣量为3~5mm。

▼端铣示意图8、制作流程八：牛腿组装牛腿上表面位置尺寸偏差≤±2.0mm；牛腿端孔到柱轴线距离允许偏差≤±3.0mm；牛腿中心线扭曲、侧偏差≤3.0mm坐标测量点▼▼加工实景① 预弯采用2000吨压力机或非对称式三辊卷板机对钢板两端进行预弯，钢板端部的压制次数至少压三次，先在钢板端部150mm范围内压一次，然后在300mm范围内重压二次，以减小钢板的弹性，防止头部失圆，压制后用样板检验。

② 钢管卷制两端预弯检测合格后，将钢板吊入数控三辊卷板机，为防止产生错边，应将钢板对中，使钢板的纵向中心线与辊筒轴线保持严格的平行。

然后采用渐进式卷制，卷制过程中应不断将钢板表面脱落的氧化皮扫去，以免压伤钢板表面。

③ 钢管纵缝的焊接工艺（1）焊接方法：钢管纵缝采用半自动埋弧焊进行焊接，焊接前应进行纵缝拼接定位焊，定位焊焊缝长度宜大于40mm，间距宜为500~600mm，定位焊焊缝厚度不宜超过设计焊缝的2/3。

焊接时应注意板边错变量和焊缝间隙。

（2）焊前预热：焊接前必须对焊缝两侧100mm范围内进行预热，预热采用陶瓷电加热板进行预热，预热温度100~150℃，加热时需随时用测温仪和温控仪测量控制加热温度。

圆管结构在工程应用中的节点选择摘要：本文对圆管结构的三个节点进行理论推导，得出在确保整体结构的构件强度满足前提条件下，选择采用那种节点形式设计，才能既保证圆管结构的局部稳定性，又能充分发挥了其整体结构的受力特性。

关键词：圆管结构；稳定性；径向变形1 选题背景从表1.1看出对于7米长的轴心受压柱，用钢量相近的几种不同截面，其极限承载力差别较大，圆管断面作为受压构件是受力最理想的。

在冶金、化工、电力等行业常常用到了圆管结构，其节点设计无依据可循，在《钢结构设计规范》及《钢结构设计手册》无圆管柱与工字形梁连接节点设计的规定和计算方法的介绍。

2 圆管柱与工字形钢梁连接三种节点的计算公式连接节点处有弯矩和剪力，如图2.1所示。

剪力通过工字形梁的腹板与圆管壁的连接焊缝传递给圆管柱；弯矩（相当于工字形梁上下翼缘处有一对大小相等，方向相反的力）会对管柱壁产生局部变形，即管径发生变化，管柱截面变成椭圆形，如图2.2所示。

管柱径向出现较大变形就会导致圆管柱的局部失稳破坏，因此圆管结构的节点设计相当重要。

为了下列三种节点设计的理论推导，现做四种假设：（1）假定不计剪切变形，仅考虑径向变形。

连接节点处不仅有圆管径向变形，而且有剪切变形，即梁上下翼缘处出现错位变形，因梁的腹板对其有抑制作用，在梁腹板不失稳的前提条件下，一般剪切变形很小，可忽略不计。

（2）假定管柱径向变形为时，认为节点已破坏。

（3）上下翼缘一对力偶简化为同一柱截面处有一对大小相等，方向相反的力作用在管壁上。

（4）为了公式推导简便，连接处所用的钢板厚度近似取与圆管柱壁厚相同，均为t。

（实际工程中板厚取为0.8～1.2t）。

下列介绍三种节点形式的计算公式推导：2.1直接对接焊接图2.3所示，截取30t长一节管作为研究对象，计算出管径变形值：2.2 管柱加圆环板与梁翼缘焊接如图2.4所示，在圆管柱上加圆环加强板，通过圆环板再与梁翼缘焊接，该节点较常用。

适用于管柱φ300～800与梁的连接。

单层圆管桁架结构（钢构棚）1、结构材料（1）主次桁架及支座钢板材质均采用Q235，其质量标准应符合现行质量标准《碳素结构钢》（GB700）的规定；（2）主次桁架的弦杆采用热轧无缝钢管，腹杆，支撑可选用直缝钢管，支撑构件、檩条等材质均采用Q235B。

（3）焊接材料手工焊：钢号Q235埋弧白动焊：钢号Q2352、制作与安装（1）钢结构的制作与安装应符合《钢结构施工及验收规范》（GB50205-2001）中的有关规定。

（2）焊接质量的检验等级构件主材的工厂拼接熔渣焊缝及工地拼装接口的溶透焊缝，接二级焊缝检验，角焊缝及非溶透焊缝按三级焊缝检验。

（3）钢管相贯接口的焊缝：钢管相贯焊缝全部为角焊缝，焊接形式应符合设计或相关规范要求。

（4）桁杆主弦杆的拼接应避免在同一断面上发生，主弦杆的拼接焊缝形式应符合设计和相关规范要求。

（5）所有桁架应分段制作，工厂进行严格的预拼装。

在工地整体拼装焊接应经供量检验（包括拼装接口焊缝检验）合格后进行整体吊装。

（6）构件堆板，存放、运输过程中，应采取措施防止构件弯曲变形。

（7）钢桁架在安装，拼接时，应注意保证施工过程中的整体稳定性和安全，必要时可设置临时支撑。

（8）结构外形尺寸偏差：平面桁架长度：±L2000 不大于15mm 钢结构校准支座位置温度：17.5℃。

（9）钢构件下料前必须进行尺寸放样。

（10）建筑物轮廓的彩钢板包边，制作大样图及颜色需经业主和设计单位认可后方可下料制作。

屋面彩钢板及内衬板施工时，施工单位应采取合理的施工方案，确保施工安全和施工质量。

3、结构防腐及防火做法（1）构件制作完毕进行表面喷砂（丸）除锈处理，防锈等级为Sa2.5级；构件表面涂装防锈底漆两度，白灰色（或甲方定）面漆两度，油漆种类为醇酸漆或甲方自定，钢结构与砼结合面免做油漆，钢结构在使用过程中，应定期进行油漆维护。

（2）根据《建筑设计防火规范》（GB50018-2002）本工程可采用裸露的金属结构。

钢结构圆管结构在现代建筑和工程领域中，钢结构圆管结构以其独特的性能和优势，逐渐成为一种备受青睐的结构形式。

它不仅在大型建筑如体育馆、展览馆中大放异彩，也在桥梁、塔架等基础设施建设中发挥着重要作用。

钢结构圆管结构的特点首先体现在其优异的力学性能上。

圆管的形状使得其在承受压力、拉力和弯矩时，能够均匀地分布应力，从而提高结构的整体承载能力。

与传统的矩形或方形截面相比，圆形截面具有更好的抗弯和抗扭性能，这使得钢结构圆管结构在面对复杂的荷载条件时更加稳定可靠。

从材料的角度来看，钢结构本身就具有高强度、高韧性和良好的可加工性。

而选择圆管作为结构的主要构件形式，进一步优化了材料的利用效率。

由于圆管的截面形状规则，在制造和加工过程中更容易实现标准化和自动化，从而降低了生产成本，提高了生产效率。

同时，圆管的表面光滑，减少了风阻和水流阻力，这在一些特定的环境中，如高耸的塔架和桥梁结构中，具有显著的优势。

在设计方面，钢结构圆管结构为设计师提供了广阔的创意空间。

通过不同直径、壁厚的圆管组合，可以构建出各种独特的造型和空间形式。

例如，在空间网架结构中，圆管可以相互交织形成复杂而美观的几何图案，不仅满足了结构的力学要求，还为建筑增添了艺术美感。

此外，圆管结构的节点设计也至关重要。

合理的节点形式能够确保力的传递顺畅，提高结构的整体性和稳定性。

常见的节点连接方式包括焊接、螺栓连接等，每种方式都有其适用的场合和特点。

钢结构圆管结构在实际应用中展现出了广泛的适应性。

在建筑领域，它可以用于构建大跨度的屋盖结构，如机场航站楼、体育场馆等，为人们提供宽敞、无柱的内部空间。

在桥梁工程中，圆管结构常被用于制作主梁和拱肋，如著名的悉尼海港大桥就采用了钢结构圆管拱肋。

在塔架结构方面，如通信塔、输电塔等，钢结构圆管结构凭借其良好的抗风性能和轻质高强的特点，成为首选的结构形式。

然而，钢结构圆管结构的应用也并非毫无挑战。

首先，圆管的防腐和防火处理是一个重要的问题。

.钢结构作业文件文件编号：WYZG-010版本号/修改次数：A/2圆管柱制作通用工艺受控状态：受控本发放序号：发布日期: 实施日期：目录1、主体内容与适用范围 (2)2、编制依据 (2)3、材料的要求和选用 (2)4、制作工艺要领 (5)4.1 钢管柱的制作流程 (5)4.2 圆管柱钢结构制作重点和技术难点 (5)4.3 各工序加工要领 (6)4.3.1 放样 (6)4.3.2 下料 (6)4.3.3. 外部零件的装配 (8)4.3.4 螺栓孔质量要求 (8)4.3.5 摩擦面质量要求 (9)4.3.6. 焊接 (10)4.3.7 圆管柱的成品检查 (12)4.3.8 栓钉焊接 (13)4.3.9 涂装 (13)4.3.10 构件标识 (14)4.3.11 构件贮存、运输 (14)1、主体内容与适用范围1.1 主体内容: 圆管柱的一般制作流程。

1.2 适用范围：建筑钢结构中圆管柱的制作。

2、编制依据1）《高层民用建筑钢结构技术规程》 JGJ99-982）《建筑钢结构焊接技术规程》 JGJ81-20023）《钢结构工程施工质量验收规范》 GB50205-20014）《结构用无缝钢管》 GB8162-19995）《直缝电焊钢管》 GB11345-896）《低合金钢焊条》 GB5118-957）《碳钢焊条》 GB5117-958）《熔化焊用钢丝》 GB/T14957-949）《气体保护焊用钢丝》 GB/Y14958-9410）《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级法》 GB11345-9111）《钢结构设计规范》 GB50017-200312）《碳素结构钢》 GB700-8813）《低合金高强度结构钢》 GB/T1591-9414）《厚度方向性能钢板》 GB5313-853、材料的要求和选用3.1 原材料的选用及其适用标准3.1.1钢管(1) 圆管柱钢材主要采用Q235B和Q345B，其质量标准应符合现行国家标准《碳素结构钢》（GB700-88）及《低合金高强度结构钢》（GB/T1591-94）的要求。

钢结构圆管柱做法一、选材与切割1.1选材选择优质的钢材是制作优质圆管柱的基础，应选用符合国家标准的Q235或Q345的高质量钢材。

1.2切割使用机械或火焰切割的方式，将钢材切割成所需长度的圆管柱。

注意保持切割面的平整，无毛刺和缺口。

二、矫直与边缘加工2.1矫直对切割后的圆管柱进行矫直，确保其直线度。

2.2边缘加工对圆管柱的端口进行加工，使其平整、光滑，便于后续的焊接工作。

三、组装与焊接3.1组装将切割和加工好的圆管柱按照设计要求进行组装，组装时要确保各部分的位置准确。

3.2焊接采用合适的焊接工艺，确保圆管柱的焊接质量。

焊接完成后要进行无损检测，确保无焊接缺陷。

四、防腐与防火处理4.1防腐处理在圆管柱表面涂覆防锈漆，以达到防腐的目的。

注意涂覆要均匀，不得有遗漏。

4.2防火处理根据设计要求，对圆管柱进行防火涂层处理，以提高其耐火性能。

五、检测与验收5.1检测对完成的圆管柱进行各项检测，包括尺寸、外观、焊接质量等，确保其符合设计要求。

5.2验收根据检测结果和设计要求，对圆管柱进行验收。

合格的圆管柱应予以标识并入库。

六、安装与固定6.1安装根据工程需要，将圆管柱安装在合适的位置。

安装时要确保其垂直度和稳定性。

6.2固定采用合适的固定方式，如焊接、螺栓连接等，确保圆管柱的固定牢固。

七、维护与保养7.1维护定期对圆管柱进行检查，发现异常及时处理。

保持圆管柱的清洁，防止锈蚀。

7.2保养定期对圆管柱进行保养，如涂防锈漆、防火涂层等，以提高其使用寿命。

钢结构圆管对接长度规范钢结构圆管对接长度规范钢结构拼接相关规范要求一、《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205 -20018.2.1焊接H型钢的翼缘板拼接缝和腹板拼接缝的间距不应小于200mm。

翼缘板拼接长度不应小于2倍板宽，腹板拼接宽度不应小于300mm,长度不应小于600mm.二、《钢结构工程施工规范》 GB50755- 20129.2.1焊接H型钢的翼缘板拼接缝和腹板拼接缝的间距，不宜小于200mm。

翼缘板拼接长度不应小于600mm;腹板拼接宽度不应小于300mm，长度不应小于600mm。

9.2.2箱型构件的侧板拼接长度不应小于600m，相邻两侧板拼接缝的间距不宜小于200mm，侧板在宽度方向不宜拼接，当宽度超过2400mm确需拼接时，最小拼接宽度不宜小于板宽的1/4. .9.2.3设计无特殊要求时，用于次要构件的热轧型钢可采用直口全熔透焊接拼接，其拼接长度不应小于600mm。

9. 2. 4钢管接长时每个节间宜为-一个接头，最短接长长度应符合下列规定:1.当钢管直径d≤500mm时，不应小于500mm; .2.当钢管直径500mm <d≤100m时，不应小于直径d;3.当钢管直径> 1000mm时，不应小于1000mm;4. 当钢管采用卷制方式加工成型时，可有若千个接头，但最短接长长度应符合第1~3款的要求。

9.2.5钢管接长时，相邻管节或管段的纵向焊缝应错开，错开的最小距离(沿弧长方向)不应小于钢管壁厚的5倍，且不应小于200mm。

9.2.6部件拼接焊缝应符合设计文件的要求，当设计无要求时，应采用全熔透等强对接焊缝。