波纹钢板在大跨结构抗扭措施中的应用

孙锋赵海钢俞奇效陈红梅

[摘要] 通过对天津大剧院大跨度桁架中波纹钢板的应用，介绍了波纹钢板抗扭措施的应用情况，对波纹钢板焊接顺序，焊后处理以及对结构的影响进行了阐述。

[关键字] 波纹钢板 大跨结构 抗扭

[Abstract] Through application of corrugated steel for Long-span truss in Tianjin grand theatre，Introduced the actual application state for torsional measures of corrugated steel, expound the sequence of steel plate welding, after welding treatment and influence of the structure.

[Key Words] corrugated，Long-span structure，antitorque

中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：

1 工程背景

本应用源于天津大剧院钢结构工程，该工程本工程地下一层，地上四层，主体结构长235.2m、宽159.6m。结构最低点标高-16m，钢结构顶点标高31.65m。由钢筋混凝土-剪力墙及吊挂结构及屋顶钢桁架组合而成。钢结构主要由20.9m、36.9m、44.5m标高钢梁、21m、15.9m标高吊挂钢梁及30.6m标高屋盖桁架组成。屋盖结构为双向正交双向受力的结构。钢桁架的最大跨度为66.7m，高度6m。整个屋盖主结构有纵向28榀横向主桁架、及50榀径向次桁架及桁架间联系钢梁、支撑组成。屋盖桁架四周均为悬挑桁架，最大悬挑长度达33.6m。

2 波纹板应用概况

大跨度桁架在受力过程中既要承受跨度66.7m桁架自重所引起的弯矩，又要承受33.6m悬挑桁架所引起的扭矩，为了增强桁架的抗扭作用，采用在桁架四周设置蒙皮波纹钢板。

设置波纹钢板蒙皮的抗扭桁架剖面

波纹板与钢桁架杆件用全熔透焊缝连接，焊缝等级为一级。

顶面和底面波纹钢板以3.8m×3.9m为一个单元，侧面以3.84×4.65m、

3.84m×5.5m为一个单元。共计108个独立单元。

共分割为18个区间，总长度为75.6m。

单个标准区间三维轴测图（其中一面未显示）

3焊接质量保证措施

1) 波纹钢板的总体焊接顺序

由于大跨度桁架在受力过程中既要承受跨度66.7m桁架自重所引起的弯矩，又要承受33.6m悬挑桁架所引起的扭矩，为了增强桁架的抗扭作用，采用在桁架四周设置蒙皮波纹钢板。

波纹钢板每跨焊接时先焊接10-11轴之间底部，再焊接10、11轴两侧，最后焊接10-11轴之间顶部的波纹钢板，第一跨从W轴开始向P轴焊接。

图：焊接顺序图

2）波纹钢板分块焊接顺序

2.1 上下层波纹钢板焊接顺序：

上下层波纹钢板焊接顺序图

首先焊接垂直于波纹钢板顺肋方向的焊缝，如上图①所示，上下所标示①焊缝必须同时施焊，焊接顺序由中间往两侧施焊。此目的为通过焊缝的收缩变形使波纹钢板绷的更紧。

焊接完成标示①焊缝之后，再同时施焊标示②焊缝。焊接顺序由中间往两侧施焊。

焊接完成图中一个独立单元之后，其余三个独立单元的焊接均按此顺序进行施焊。

2.2 侧面波纹钢板焊接顺序

侧面波纹钢板焊接顺序图

首先焊接垂直于波纹钢板顺肋方向的焊缝，如上图①所示，上下所标示①焊缝必须同时施焊，焊接顺序由中间往两侧施焊。此目的为通过焊缝的收缩变形使波纹钢板绷的更紧。

焊接完成标示①焊缝之后，再同时施焊标示②焊缝。焊接顺序由中间往两侧施焊。

焊接完成图中一个独立单元之后，其余三个独立单元的焊接均按此顺序进行施焊。

3）波纹钢板的焊接工艺

焊接工艺评定指导书

焊工的选择 试件应由具备相应焊接资质的焊工进行焊接，其焊工应持有相关部门颁发的资格证书，且证书应在有效期内。

焊接设备的选择 现场应选择运转正常的焊接设备（焊机、气源等）进行使用，且焊接设备上的相关仪表应保证在计量检验有效期内。

焊接材料的选用 ⑴．对于低合金高强度结构钢，焊接材料选择遵循等强度、等塑性、等韧性的原则，因此，采用型号为ER50-6焊丝。

⑵．焊材应具备有效质量保证书。

记录 焊接过程中应认真填写焊接参数记录表，焊接参数应详实明确。

试件的标识 试件焊接完毕后，由焊工采用记号笔在焊缝附近标注焊工姓名。

焊缝要求：

（1）.TJDJY-01-04与TJDJY-01-03之间焊缝要求为全熔透一级，坡口形式如下图所示：

（2）.TJDJY-01-01与TJDJY-01-03、TJDJY-01-04之间焊缝要求为全熔透一级，坡口形式如下图所示：

焊 接 检 验

图：焊接完成后波纹钢板成形图

4）波纹钢板的焊后处理

在波纹钢板全部焊接完成后，将对波纹钢板进行局部的烘烤，使其产生微量的收缩应力，让四周的蒙皮波纹钢板处于紧绷状态，充分发挥抗扭作用。

5） 波纹钢板应用对结构的影响

结构卸载完成后变形云图及预起拱参数（mm）

上图中红色数字为钢屋盖原先设定的预起拱值，先将预起拱值和卸载完成后的变形云图叠合到一起，能直观反映出钢屋盖变形值和预起拱值变化规律基本趋于一致。

4 结语

通过波纹钢板在天津大剧院的实例应用，证明了其增强大跨度桁架的抗扭作用是显著的，为今后该类结构的安装获得了宝贵的经验，可为其他工程的设计、施工提供重要参考。

参考文献：

中国钢结构协会 建筑钢结构施工手册[M]. 北京：中国计划出版社，2002.

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。