Kurze Einführung und Prozesseigenschaften von Schweißgittern
Geschweißte Gitter sind eine räumliche Gitterstruktur, ein Schlüsseltyp für Gebäudestruktursysteme mit großer Spannweite. Ihr Kern besteht aus mehreren Metallelementen (z. B. Stahlrohren und Stahlprofilen), die durch Schweißverbindungen zu einer dreidimensionalen räumlichen fachwerkartigen Gittereinheit (z. B. regelmäßige Dreiecke, Quadrate und regelmäßige Sechsecke) verbunden sind und letztendlich eine tragende Struktur bilden, die eine große Fläche abdeckt. Im Wesentlichen nutzen sie ein räumliches Kraftsystem, um Lasten gleichmäßig auf die Stützen zu übertragen. Sie werden häufig in Dach- oder Bodenkonstruktionen von Gebäuden mit großer{9}Spannweite und großem{10}Raum wie Stadien, Ausstellungshallen, Flughafenterminals, Hochgeschwindigkeitsbahnhöfen und großen Fabriken eingesetzt.
1. Kernkomponenten und strukturelle Eigenschaften von Schweißgittern
Bevor auf die Prozessmerkmale eingegangen wird, müssen zunächst deren Kernkomponenten geklärt werden, die die Grundlage für die Prozessgestaltung bilden:
Mitglieder: Nahtlose Stahlrohre (kohlenstoffarme oder niedrig{1}legierte Stähle wie Q235B und Q355B) sind die gängige Wahl, wobei in einigen Anwendungen auch quadratische Rohre und H{4}förmiger Stahl verwendet werden. Die Elemente müssen sowohl geringes Gewicht als auch hohe Festigkeitsanforderungen erfüllen, wobei der Durchmesser typischerweise zwischen 48 und 219 mm und die Wandstärke zwischen 3 und 12 mm liegt. Knoten: Kernkomponenten, die Elemente verbinden, kategorisiert nach Schweißmethode:
Welded sphere nodes: The most commonly used type, consisting of two hemispheres (stamped from steel plates) welded together to form a hollow sphere, which is then welded to the member. Suitable for large spans and heavy loads (e.g., stadiums with spans >30m).
Plattenknoten (Verbindungsplattenknoten): Stahlplatten werden in bestimmte Formen geschnitten (z. B. kreuzförmig, T--förmig) und die Elementenden werden an die Verbindungsplatte geschweißt. Geeignet für kleine bis mittlere Spannweiten und eine kleine Anzahl von Mitgliedern (z. B. kleine Fabriken).
Strukturelle Eigenschaften: Gleichmäßige räumliche Lastverteilung (keine konzentrierten unidirektionalen Biegemomente), ausgezeichnete seismische Leistung (hohe Gesamtsteifigkeit und starke Verformungskoordination) und große Spannweite (typischerweise 20–100 m, bei Sonderausführungen bis zu über 150 m). II. Kernprozesseigenschaften von Schweißgittern
Der Schweißgitterprozess besteht aus zwei Hauptschritten: der werksseitigen Vorfertigung und der -Installation und dem Schweißen vor Ort. Zu den wichtigsten Anforderungen gehören hohe Präzision, starke Verbindungen, geringe Verformung und hohe Sicherheit. Spezifische Merkmale können aus folgenden Perspektiven analysiert werden:
1. Verbindungsschweißprozess: Dies ist ein wichtiger Qualitätskontrollpunkt, bei dem „Penetration“ und „Abdichtung“ im Vordergrund stehen.
Verbindungen sind für die Tragfähigkeit des Gitters von entscheidender Bedeutung und ihr Schweißprozess wirkt sich direkt auf die strukturelle Sicherheit aus. Die wichtigsten Merkmale sind wie folgt:
Prozess der geschweißten Kugelverbindung:
Priorisiert die Genauigkeit der Kugelproduktion: Nachdem die Halbkugeln aus Stahlblechen gestanzt wurden, werden sie zunächst stumpf verschweißt (wodurch die beiden Hälften zu einer vollständigen Kugel zusammengefügt werden). Dieses Stumpfschweißen erfordert spezielle Werkzeuge, um die Rundheit der Kugel sicherzustellen (Toleranz kleiner oder gleich ±2 mm). Nach dem Schweißen wird eine „Wurzelreinigung“ (Entfernung der Schweißschlacke von der Rückseite der Schweißnaht) durchgeführt und eine 100 % zerstörungsfreie Prüfung (UT-Ultraschallprüfung) durchgeführt, um sicherzustellen, dass die Schweißnähte innerhalb der Kugel frei von Poren und Rissen sind. Schweißen von Stab---Kugelverbindungen: Es wird das „Nutendurchschweißen“ verwendet. Auf der Kugel muss zunächst eine Nut im Stabwinkel erstellt werden (Winkel 30 Grad - 45 Grad, Tiefe größer oder gleich der Stabwandstärke). Anschließend werden die Stangenenden auf eine passende Nut geschliffen. Das Schweißen erfolgt mittels CO₂-Schutzgasschweißen oder manuellem Lichtbogenschweißen, um eine vollständige Durchdringung zu gewährleisten (Durchdringung größer oder gleich 90 % der Stabwandstärke). Nach dem Schweißen müssen die Schweißnähte einer MT-Magnetpulverprüfung (oder UT-Prüfung) mit einer Erfolgsquote von 100 % unterzogen werden (Schweißstandard der Klasse 1 gemäß GB 50205, „Standard for Acceptance of Construction Quality of Steel Structure Engineering“).
Plattenverbindungsschweißprozess:
Die Verbindungsplatte wird im Werk zunächst präzise gebohrt (zur temporären Positionierung der Bolzen). Nachdem die Stabenden mit der Verbindungsplatte ausgerichtet sind, wird eine Kombination aus „Kehlnaht + Lochnaht“ verwendet. Die Kehlnaht gewährleistet die Festigkeit der Stab---Plattenverbindung, während die Lochnaht (in das vorgefertigte Loch in der Verbindungsplatte geschweißt) die Scherfestigkeit erhöht. Nach dem Schweißen muss die Schweißoberfläche gereinigt werden, um sicherzustellen, dass keine Mängel wie Hinterschnitte und unvollständige Schweißnähte vorhanden sind.. 2. Stangenverarbeitung: Hochpräzise Vorfertigung, Kontrolle der Längen- und Fasengenauigkeit
Spalierstangen müssen in einer Fabrik vorgefertigt werden, wobei ein Verfahren angewendet wird, das sich durch Präzision und Standardisierung auszeichnet:
Kontrolle der Schnittgenauigkeit: Die Stäbe werden mit CNC-Schneidgeräten (z. B. Plasma- oder Laserschneidmaschinen) mit einer Längentoleranz von ±1 mm geschnitten (weit über ±3 mm bei herkömmlichen Stahlkonstruktionen). Wenn es sich bei den Stäben um Stahlrohre handelt, müssen diese (mit einem Rohrrichtgerät) auf eine Geradheitstoleranz von kleiner oder gleich L/1000 (wobei L die Stablänge ist) gerichtet werden, um eine Fehlausrichtung während der Montage zu verhindern.
Genauigkeit der Nutverarbeitung: Stabenden müssen entsprechend dem Knotenwinkel abgeschrägt werden (z. B. 30 Grad, 45 Grad oder 60 Grad, bestimmt durch den räumlichen Winkel des Fachwerks). Dies geschieht mit einer CNC-Anfasmaschine mit einer Anfaswinkeltoleranz von ±1 Grad. Die Dicke der stumpfen Kante (der ungeschnittene Teil am Grund der Abschrägung) wird auf 1-2 mm eingestellt, um eine präzise Ausrichtung mit der Abschrägung des Knotens sicherzustellen und eine unvollständige Verschmelzung während des Schweißens zu vermeiden. Oberflächenvorbehandlung: Nach der Vorfertigung müssen die Bauteile kugelgestrahlt werden (Klasse Sa2,5), um Zunder und Rost zu entfernen. Anschließend sollten eine oder zwei Schichten einer Rostschutzgrundierung (z. B. Epoxid-Zink-Grundierung) aufgetragen werden, um Rost während des Transports und der Installation zu verhindern. Die Dicke der Grundierung muss größer oder gleich 60 μm sein und die Haftung muss größer oder gleich 5 MPa sein (Kreuzschnittprüfung).
3. Montage- und Schweißreihenfolge: Verformung kontrollieren und Spannungskonzentration vermeiden.
Das Gitter ist eine räumliche Struktur und eine falsche Montage- und Schweißreihenfolge kann leicht zu einer Gesamtverformung führen. Das Verfahren zeichnet sich durch „symmetrische Montage, schichtweises Schweißen und gleichzeitiges Fixieren“ aus:
Werksvorfertigung (Unitized Prefabrication):
Um die Arbeitsbelastung vor Ort-zu reduzieren, wird das Gitter typischerweise im Werk in „kleine Einheiten“ (z. B. 3 m × 3 m oder 5 m x 5 m) vormontiert. Die Vormontageplattform muss genau nivelliert sein (horizontale Abweichung kleiner oder gleich 2 mm/10 m). Zur Planung und Positionierung wird eine Totalstation verwendet, um sicherzustellen, dass die geometrischen Abmessungen der Elemente und Knoten innerhalb der Einheit mit dem Entwurf übereinstimmen (Rastergrößentoleranz ±2 mm). Befestigen Sie die Knoten während der Vormontage mit provisorischen Schrauben und anschließend durch „Heftschweißen“ (Schweißpunkte 30–50 mm lang, 200–300 mm voneinander entfernt). Die Heftschweißfestigkeit muss größer oder gleich 70 % der tatsächlichen Schweißnahtfestigkeit sein, um zu verhindern, dass die Einheiten bei der anschließenden Handhabung und Installation auseinanderfallen.
Installations- und Schweißsequenz vor Ort-:
Adaptive Schweißmethode: Wählen Sie die Installationsmethode basierend auf der Spannweite und dem Gewicht des Fachwerks. Unterschiedliche Methoden erfordern unterschiedliche Schweißreihenfolgen:
Hoch-Massenmontagemethode aus der Luft (kleine Spannweite): Symmetrisch von der Stütze zur Mitte hin montieren. Nachdem jede Einheit zusammengebaut ist, schweißen Sie die Knoten sofort, um eine kumulative Verformung zu verhindern.
Blockierte Hebemethode (mittlere Spannweite): Heben Sie die vorgefertigten Einheitsblöcke an den vorgesehenen Standort, sichern Sie sie vorübergehend (mit Abspannseilen oder Wagenhebern, um die Höhe anzupassen) und schweißen Sie dann die Knoten zwischen den Blöcken. Das Schweißen erfolgt symmetrisch von der Mitte nach außen.
Gesamthebemethode (große Spannweite): Nachdem das Fachwerk zusammengebaut und am Boden verschweißt wurde, verwenden Sie hydraulische Hebegeräte, um es gleichzeitig auf die vorgesehene Höhe zu heben. Überwachen Sie während des Hebevorgangs die Synchronisierung jedes Hebepunkts (Abweichung kleiner oder gleich 5 mm). Sobald sie angebracht sind, schweißen Sie die Stützknoten. Schweißspannungskontrolle: Verwenden Sie „segmentiertes Stufenrückschweißen“ (Aufteilen einer langen Schweißnaht in kürzere Segmente und Schweißen von beiden Enden zur Mitte hin) oder „symmetrisches Schweißen“ (zwei Schweißer schweißen gleichzeitig auf beiden Seiten einer Verbindung), um die durch die Schweißwärmezufuhr verursachte Verformung des Bauteils zu reduzieren. Wenn nach dem Schweißen ein Spannungsabbau erforderlich ist, kann der Verbindungsbereich einem „lokalen Glühen“ (Erwärmen auf 600–650 Grad, Halten und anschließendes langsames Abkühlen) unterzogen werden.
4. Qualitätsprüfung und Abnahme: Strenge Kontrolle während des gesamten Prozesses, die weit über die von gewöhnlichen Stahlkonstruktionen hinausgeht
Als tragende Struktur mit großer{0}Spannweite- unterliegen geschweißte Fachwerke extrem hohen Qualitätsprüfungsstandards. Der Prozess zeichnet sich durch „vollständige-Prozessinspektion und mehr-dimensionale Verifizierung“ aus:
Werksinspektion: Bauteilabmessungen, Nutwinkel, Geometrie der vormontierten Einheit (überprüft mit einer Totalstation), Rostentfernungsgrad des Bauteils (überprüft mit einem Rauheitsmessgerät) und Grundierungsdicke (überprüft mit einem Schichtdickenmessgerät). Vor--Inspektion vor Ort:
Verbindungsschweißqualität: 100 % der Schweißnähte werden einer zerstörungsfreien Prüfung (UT+MT) unterzogen, wobei der Schwerpunkt auf Schweißdurchdringung, Rissen und Porosität liegt.
Geometrische Gesamtabmessungen: Gitterspannweite, Höhe und Durchbiegung werden mithilfe einer Totalstation überprüft (keine-Lastdurchbiegung darf kleiner oder gleich L/250 sein, wobei L die Spannweite ist).
Stützverbindungen: Überprüfen Sie das Anzugsdrehmoment der Stützschrauben (muss den Konstruktionsanforderungen entsprechen und mit einem Drehmomentschlüssel getestet werden) und die Schweißqualität zwischen Stütz- und Gitterknoten.
Belastungstest: Bei kritischen Projekten (z. B. großen Stadien) wird ein „abgestufter Belastungstest“ durchgeführt, um tatsächliche Belastungen zu simulieren (z. B. Eigengewicht des Daches + Schneelast). Die Spannungsverteilung (mittels Dehnungsmessstreifen) und die Durchbiegung des Gitters werden überwacht, um die Einhaltung der Designanforderungen sicherzustellen. III. Kernvorteile der Schweißgittertechnologie (im Vergleich zu herkömmlichen Strukturen mit großer Spannweite)
Vergleichsabmessungen: Geschweißtes Gitter, traditionelles Stahlfachwerk (flach), Betondach
Spannweite: Groß (20–150 m), Mittel (15–50 m), Klein (weniger als oder gleich 30 m)
Schweißkern: Vollständiges Durchdringungsschweißen an Knotenpunkten, gleichmäßige Gesamtlastverteilung. Stumpfschweißen von Bauteilen, das dazu neigt, flache Lasten zu konzentrieren. Kein Schweißen, Verlassen auf Bewehrungsbindung.
Gewicht und Verbrauchsmaterialien: Leicht (ca. 30–50 kg/m2), wenig Verbrauchsmaterialien. Schwerer (ca. 50–80 kg/m2), hoher Verbrauch. Schwer (ca. 200–300 kg/m2), hoher Verbrauch.
Baueffizienz: Vorfertigung im Werk + Montage vor Ort, hohe Effizienz. Hohes -Schweißen vor Ort, geringer Wirkungsgrad. Lange Gieß- und Aushärtezeit, geringe Effizienz.
Erdbebenwiderstand und Verformung: Guter Erdbebenwiderstand, geringe Durchbiegung. Geringe Erdbebensicherheit, große Durchbiegung. Schlechte Erdbebensicherheit, anfällig für Risse.
Beliebte label: geschweißtes Gitter, Hersteller von geschweißtem Gitter in China, Fabrik
