关于上海中国航海博物馆工程
关键词：钢结构；弧形弯管；模具；铸钢件；技术创新
1 工程概况
中国航海博物馆中央帆体工程位于上海临港新城滴水湖西侧，该建筑由德国JNP设计顾问公司与上海现代设计集团联合设计，建筑弯曲风帆为钢结构，总吨位约为3200多吨，帆体最高点标高为58米，每个曲面风帆的底部两支点间间距约70米，两张风帆的交叉点及立面最高点离地约40米，钢结构为双曲管桁架结构。工程如下图1、2所示：
2 中央帆体工程钢结构弯管加工工艺技术创新
（1）中央帆体工程钢结构为双面弯曲的三铰拱、边缘桁架、主、次桁架组合成的空间结构。
（2）三铰拱、边缘桁架厚壁钢管为不规则S形双曲线并在中间部位带有折拱，故桁架主弦杆钢管的弯曲加工且需保证三维空间尺寸是本工程的一大难题。
2.1通常网壳钢结构的钢管管径小、壁厚薄，弧形弯曲乃单向弯曲（单个平面内的弧形弯曲），用常规的液压弯管机或高频电加热弯管机弯制就可以。中国航海博物馆中央帆体管桁架：三铰拱、边缘桁架上下弦需弯曲的钢管（规格：Φ530*22、Φ630*30、Φ400*22）管径大、管壁厚、曲率半径大，且都是双向弯曲并部分钢管在双曲线的基础上带有折拱，弯管工艺必须技术创新，必须定制特殊工艺及工装确保弯管的空间三维尺寸，以保证帆体安装的外观线型，我司针对本工程的钢结构特点，技术人员反复研究探讨，进行技术革新，采取重型压机，制定特殊弯管模具，先用液压弯管机先平面冷弯成形再用大型油压机弯制另一平面曲线、最后用折弯模具配合加热进行空间折弯。
2.2压模的制作
首先根据每根弦管的曲率制作成型加工样板（折弯模具采用铸钢浇注）。然后进行压模的制作及机加工模具曲面。
2.3钢管的弯制
在弯制钢管时，配备预先制作的各种规格尺寸的专用弯曲钢模，不但可在弯曲过程中严格控制弯曲半径和钢管壁厚减薄量，弯曲钢模还可最大限度地减少钢管弯曲时受力部位的变形，特别是针对本工程边缘桁架（BHJ17Φ530*22）双向弯曲并反折拱的主弦杆的弯制。
考虑到弯管的曲率、管径，采用2000T油压机和液压弯管机配合使用进行弯管的加工制作。参见下图3、4：
2.4弧线控制
弯管时首先在直管上作好弯曲点的开挡尺寸标记，开档尺寸控制在500mm左右，然后按以上弯曲点进行徐徐弯制，同时用加工成型样板边加工边检查，直至达到弯曲要求，加工过程中，钢管的回弹率将由实验确定，然后依此回弹率确定上图中的R值。
对于主桁架上下弦杆的弯曲，由于其弯曲半径大，在相当长的范围内近似于直线，所以可采用油压机直接进行压制，根据钢管的大小配置相应的上下压模，同液压弯管机弯管要求相同进行加工成型。
2.5钢管弯曲成型后的测量检查
钢管弯曲成型后必须进行弧形弯曲加工精度检测，其检测方法为：利用弯曲成型胎架和圆弧样板进行检测，用圆弧样板对弯曲半径进行检测，对超差处必须进行修正。
钢管弯曲检测内容 允许偏差
钢管表面不平度 ≯2mm
钢管弯曲后端面椭圆度 ≯3mm
钢管与检验样板间隙尺寸 ≯2mm
3边桁架与三铰拱相交处相贯线的三维切割技术创新
（1）本工程因帆体大弯曲球面造成边桁架与三铰拱相交处钢管相贯线夹角很小为10度（一般小于30度角度的相贯线就很难切割）如下图5所示：
（2）本公司采用计算机放样技术，针对本工程这种极小相贯线夹角情况，对某些钢管切割程序重新编程，在程序中加入切割时需要的各种补偿余量。采用目前最先进的柒维相贯线切割机进行本工程钢管的切割，如下图6所示：
4A、B支座、C节点超大不锈钢关节球面轴承加工技术创新
本工程靠四个A、B支座及空中C节点形成支撑体系，支撑整个帆体结构包括屋面、幕墙重量，因此各个支点分担的荷载很大，特别是四个A、B斜支座，每个支座分担的斜向剪力荷载经计算达到8000吨之巨，故A、B支座零部件加工制作的质量及精度非常高，A、B支座由钢支座、铸钢件及连接不锈钢关节轴承组成，其中关节轴采用关节推力球面轴承为国内首创（以前国内建筑没有采用此种轴承的），为补偿因风载、热胀冷缩引起的变化，关节轴承设计成内外球面接触且内外球面间相互转动角度不大于8度的结构形式，轴承材质为不锈钢（4Cr13）,内外壳球面接触面积需达到70％以上，对球面机加工及球面研磨是一个技术难点。且加工过程中又需采取特殊的热处理工艺保证其力学性能。其加工公差应满足设计图纸的要求，轴承厂家经与设计院、同济大学反复研究、试验，技术创新不断改进机加工工艺，最终达到设计和结构的要求。
5 铸钢件加工技术创新
本工程铸钢件共6件，铸钢件A重23.2t，铸钢件B重26.3t，铸钢件C重18.6t，如此大吨位、大面积、造型独特的铸钢件的加工制作无先例可鉴，木模不好制作、浇注口位置难以设置。且铸钢节点内需加工安装关节轴承的轴承座孔，要求铸钢件的硬度、精度及表面光洁度达到极高标准，铸钢件厂通过反复研究并与设计不断商讨、调整，最终制定了合理的铸造工艺及机加工工艺，设计出特制的机加工工装进行镗孔、铣面，生产出了各项技术性能符合设计要求的铸钢件。为帆体钢结构工程质量打下了良好的基础。
6索网找形及张拉施工也是本工程的一大难题
本工程索网为抛物线双曲形为国内罕见，为达到设计结构的受力要求，项目技术人员与设计、索网厂家一起反复研究讨论进行技术攻关，确定合理方案：先制作了1：4的索模型，进行索力、变形值的验证试验和索网安装张拉方案探索试验，最终找出切实可行、较优的方案，再配合施工模拟计算，计算分析真实施工过程状态，做到心中有底，确保整体结构在各种应力及风载作用下的稳定。
7结束语
上海中国航海博物馆中央帆体钢结构工程造型新型、结构复杂，在国内建筑没有可比性和借鉴性，许多结构节点及技术需进行技术创新反复研究试验才能设计和制造出来，现作一简单介绍供大家探讨共勉。
