这个项目总共1200吨钢结构,是4个基本一样的7层的楼楼之间的平台。对我来讲,属于一个半路接手的擦屁股的活,硬着头皮帮忙完成。
这里不说其它的主结构,只说说其中的螺旋楼梯。
每个平台有2个螺旋楼梯,相互呈双螺旋关系分别从底层一直上到7层。楼梯宽2500,内踏步梁弯曲半径3250,外踏步梁半径5750,踏步梁采用300的焊接H型钢,踏步用6mm花纹钢板。下面是设计院给的平面图:
先做详图深化,首先想到的是用Xsteel,找一妹妹来建模(俺不会),应该是水平还可以的吧,很快,把标准层的楼梯模型搭起来了。
欣赏完漂亮的模型,放大节点,发现不是那么回事了。
螺旋楼梯的H型梯边梁,其腹板应该是永远在竖直平面内,每个截面应该是标准的H型,即每个梁的剖断面中翼缘与腹板应该是垂直的。
很遗憾,Xsteel对于这种螺旋型的构件无能为力。试过很多种办法,如先建一个圆弧梁,再抬高某一端;或者建出螺旋梁的中心线,再赋予H型的截面,甚至想采用多段折线来模拟螺旋,都不能取得良好的效果。往往到最后,梁的端部截面种腹板不再在竖直平面内,从这一点中,就可以看出Xsteel建的螺旋梁是不可取的。(也不知是不是有其它的办法我们没想到)
非常懊悔,舍弃了Xsteel建模的想法!
最后,还是采用古老而经典的Autocad来三维建模,这将是最准的,出图也清楚。毕竟Xsteel的调图足以让人抓狂,尤其对于这种不是呈直角关系的构件。
下图是某一层的一个楼梯。梯边梁被圆柱断成几节,而且中间有部分水平的休息平台。
所有梯边梁与圆柱采用4~6个螺栓用耳朵板连接。
放样时,先放出踏步的平面位置,将每个踏步抬高相应的高度,之后将踏步板的端部中点连起来,就形成了梯边梁的腹板中心线,虽然这是折线,但已足够精确,而且所有控制点的位置是准的。
再给腹板加上翼缘。翼缘的宽度方向的线应该永远是水平而且向着整个楼梯的圆心的(好好琢磨这句吧)。由于腹板的位置高度一直在变,手工完成加翼缘是很烦的,最后是通过编CAD的小程序完成的。
整体建完模,处理完梯边梁转折处,包括节点板、螺栓孔都定好位,就可以将每个梯边梁挪出标注了。
下图是某个梁的三维图。翼缘、腹板实际上是一个一个折线。画那么多三角实际上是为后面画展开图来辅助的。
记得论坛里有个老兄编过程序来画曲面的展开图。当时我也是这么做的。编程序将翼缘、腹板的三维模型变成展开图。
对于标准的螺旋梁来讲,腹板的展开图是一个矩形或者说是平行四边形,翼缘展开是一个标准的扇型,扇型的半径有公式可算出来,钣金手册中有。考虑到螺旋梁中有折线(平台处),端部与柱子相连可能有切角,所以还是三维建模后老老实实展开。
展开后的图就可以作为下料图了。
在展开图中同时定位了踏步板与梯边梁连接用的角钢。
原来的想法是,展开图出来后,根据展开图下料,然后直接组立成螺旋梁。后来发现不好做。。
我原来的想法是:根据展开图下料->做胎架->在胎架上组立成螺旋型焊接H型钢。下料没问题,做胎架也没问题,在胎架上组立困难就比较大了:腹板可以用辊圆机斜着辊圆,翼缘是翘曲的,原想边烤边用导链或千斤顶,后来车间说不好做,就没再尝试了。
最后采用的办法是:先焊成直线的H型钢,然后送至拉弯厂对构件进行拉弯成螺旋型,然后再拉回来进行加工。
这样做费用比较高,与原来的想法相比,这样做的费用包括:一次加工(做成直线型的H型钢)+至拉弯厂的来回运费+拉弯费用+二次加工(组对至成品)+材料损耗大(考虑到拉弯机两端不能完成需要的弧度,所有的螺旋梁在做成直线型时全部加长了400mm,二次制作时将端部割掉不用)。但效率会高些,翼缘腹板间可用埋弧自动焊,手工组立螺旋梁只能用手工焊,与之相比焊缝外观漂亮,而且可能精度也更容易保证。
与整个工程(1200吨)相比,总共60来吨的螺旋梁占的比重不大,所以最后费用高点也认了,本想花钱买个踏实,其实不然。。。
下图是拉弯厂的拉弯机设备,就是用它来拉弯螺旋梁的。我见过拉弯成平面弧形,可惜拉弯螺旋梁时没在场,没照片
下图是拉弯厂完成后的螺旋梁,乍一看,还不错。。
在拉弯厂车间里还做了个胎具用来检验螺旋梁的弧度和起坡度。一开始时挑了几个螺旋梁检验,效果还不错。
螺旋楼梯有内外两个梯边梁,外圈的半径5750,内圈的3250。做完螺旋梁后,外圈的还好,整个梁看过去还比较平整,内圈的问题就出来了。
由于内圈的梁弯曲半径小,大部分拉弯后翼缘出现局部波浪,这是拉弯半径太小,造成翼缘应力释放不出去造成的。想过一些办法来校正:火烤、大锤砸,收效甚微。后来说只能将翼缘局部割断,整平后再对焊起来。我一听,得了吧,别折腾了,那还不越整越寒碜了。最后没办法,变形实在太大的烤烤、砸砸,死猪不怕开水烫,只能这样就交了。好在翼缘的变形不影响与柱子、踏步的连接,而且据说最后钢梁要装修包起来的。
螺旋梁拉回来,在车间进行二次加工。立了个胎架,中间加了几个点,好保尺寸。
休息平台处的梁是水平圆弧的,与螺旋梁之间有个对接。
水平圆弧梁很短。做的时候,将几个圆弧梁的长度一块考虑,整个的拉弯后在割成小段,再与螺旋梁对接。
胎架上组对完了,将与柱子连接的螺栓孔位标出,放下来,钻孔、焊踏步连接的角钢。
焊接变形有多大?不知道,焊完角钢,螺旋梁的弧度肯定有改变,但不可能再放回胎架上校正了,就是它了!
焊接H型钢对接时翼缘、腹板要错开200?算了,反正不是动荷,而且一般对接接头靠近梁端,弯矩小,焊缝就算有点缺陷,对受力影响不大。
做详图加工好麻烦。。。
有一个问题不明,请教:既然内圈做拉弯效果这么不理想,能不能考虑用焊接H型组合截面?如果由于内圈半径过小,整块翼缘板拉弯也会产生翘曲的话,何不将翼缘板分解成若干块,待拉弯到设计曲率(或更大些)时再焊接组装?是不是因为麻烦,呵呵。
还好我只做设计,哈哈
最近做的一个螺旋楼梯,一跑转到二楼,没有柱子支撑的。
安装完的图片,安装时导链可没少用。现在应该已经装修完了,都包起来了。
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