作者

張靖煊  楊  卿  張  鵬

摘 要：正方四角錐圓弧形空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，其節(jié)點(diǎn)為螺栓球節(jié)點(diǎn)，此種結(jié)構(gòu)屬于多次超靜定空間結(jié)構(gòu)體系，它改變了一般平面結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，能夠承受來(lái)自各方面的荷載。這種弧形網(wǎng)架，結(jié)構(gòu)新穎美觀，桿件規(guī)律性強(qiáng)，網(wǎng)格劃一，整體性好，空間剛度大，抗震性能好，桿件之間全部采用螺栓連接，便于安裝，操作簡(jiǎn)便，受力明確。通過(guò)蘭州東川貨場(chǎng)中心站貨場(chǎng)雨棚工程，闡述了該鋼網(wǎng)架安裝的關(guān)鍵施工技術(shù)，為后續(xù)類(lèi)似鋼網(wǎng)架的安裝提供參考。

關(guān)鍵詞：螺栓球節(jié)點(diǎn)  鋼網(wǎng)架  起步跨  高空散裝

項(xiàng)目概況

01

新建鐵路寶雞至蘭州客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)東川貨場(chǎng)中心站貨場(chǎng)雨棚工程，其單區(qū)平面尺寸為172m×98.5m，4個(gè)區(qū)總面積68667.18㎡。整個(gè)結(jié)構(gòu)為圓型鋼柱+鋼網(wǎng)架+屋面，屋蓋網(wǎng)架更大結(jié)構(gòu)標(biāo)高為16.02m，檐口標(biāo)高為10.09m。

圖1  東川貨場(chǎng)雨棚結(jié)構(gòu)形式

本屋蓋網(wǎng)架為正放四角錐雙跨鋼網(wǎng)架，節(jié)點(diǎn)形式為螺栓球，網(wǎng)架跨度為單跨40.5m，倆側(cè)懸挑8.75m；網(wǎng)架矢高2.4m。

圖2  立面結(jié)構(gòu)形式

網(wǎng)架材料包含上弦桿、下弦桿、腹桿、螺栓球、錐頭、套筒、高強(qiáng)螺栓等。其主要節(jié)點(diǎn)圖如下：

圖3 螺栓球節(jié)點(diǎn)示意圖

鋼網(wǎng)架安裝施工工藝

02

2.1

總體安裝方案

由于本工程工期緊、任務(wù)重且場(chǎng)地條件復(fù)雜，不適合采用整體頂升或高空滑移的安裝方案，在綜合研究后并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，決定采取“分塊安裝法”和“高空散裝”相結(jié)合的施工方案：以5軸～6軸網(wǎng)架為整體提升跨，即將5軸～6軸網(wǎng)架在地面拼裝后采用汽車(chē)吊吊裝就位；1軸～5軸和6軸～11軸為高空散裝區(qū)，即將此部分網(wǎng)架在5軸～6軸基礎(chǔ)上，向兩側(cè)高空推進(jìn)安裝。采用此種方案，網(wǎng)架可多點(diǎn)作業(yè)，提高網(wǎng)架施工精度和進(jìn)度。

圖4 施工分區(qū)示意圖

2.2

網(wǎng)架施工流程示意

圖5 步驟一：5～6軸網(wǎng)架地面拼裝

圖6 步驟二：吊裝5～6軸與A～B軸網(wǎng)架

圖7 步驟三：吊裝5～6軸與B～C軸網(wǎng)架

圖8 步驟四：向兩側(cè)推進(jìn)，高空散裝4～5軸和6～7軸網(wǎng)架

圖9 步驟五：繼續(xù)推進(jìn)安裝

圖10 步驟六：完成2～3軸和8～9軸網(wǎng)架安裝

圖11 步驟七：繼續(xù)向兩側(cè)推進(jìn)安裝

圖12 步驟八：完成網(wǎng)架安裝

2.3

網(wǎng)架高空散裝

本項(xiàng)目采用高空散裝法，即把5～6軸在地面進(jìn)行拼裝、吊裝就位后，以5～6軸為起點(diǎn)向兩側(cè)在高空推進(jìn)散裝。

網(wǎng)架高空散裝時(shí)，首先將球節(jié)點(diǎn)和桿件拼裝成基本單元：一個(gè)下弦螺栓球和與其相連的其中一根下弦桿拼為一個(gè)基本單元，球與桿擰固到位；一個(gè)上弦螺栓球和與其相連的四根腹桿拼為一個(gè)基本單元，球與桿擰固到位。

圖13 拼裝示意

拼裝時(shí)應(yīng)固定下弦球，確保下弦節(jié)點(diǎn)不位移，同時(shí)邊安裝邊用全站儀對(duì)各控制節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量定位。

圖14 現(xiàn)場(chǎng)安裝

本工程網(wǎng)架安裝關(guān)鍵技術(shù)

03

3.1

起步跨吊裝

5～6軸起步跨整體吊裝采用雙機(jī)臺(tái)吊是本工程的重難點(diǎn)，針對(duì)工程特點(diǎn)及現(xiàn)場(chǎng)條件，根據(jù)起步跨重量及吊點(diǎn)設(shè)置，選擇合適噸位的吊車(chē)，同時(shí)做好雙機(jī)抬吊的驗(yàn)算工作和專(zhuān)家論證工作，確保網(wǎng)架吊裝的平穩(wěn)和安全。

3.2

計(jì)算機(jī)過(guò)程驗(yàn)算

3.2.1起步跨整體吊裝過(guò)程驗(yàn)算

本項(xiàng)目5～6軸網(wǎng)架在地面拼裝后，采用吊機(jī)吊裝就位，吊機(jī)安裝時(shí)采用四點(diǎn)起點(diǎn)，故采用MIDAS對(duì)吊裝過(guò)程進(jìn)行模擬分析，確保結(jié)構(gòu)在吊裝過(guò)程中的安全性。

5～6軸與A～B軸網(wǎng)架吊裝計(jì)算示意：

圖15 更大位移為26.5mm

圖16 更大應(yīng)力為67 Mpa

3.2.2高空散裝安裝過(guò)程驗(yàn)算

網(wǎng)架安裝完成分析圖:

圖17 分析示意

圖18 分析示意

圖19 分析示意

根據(jù)以上驗(yàn)算：網(wǎng)架在吊裝和高空散裝過(guò)程中，結(jié)構(gòu)變形及桿件應(yīng)力均滿(mǎn)足規(guī)范要求，故施工安全。

3.3

吊點(diǎn)的合理選擇

在網(wǎng)架分塊吊裝過(guò)程中，如何選擇吊點(diǎn)，保證結(jié)構(gòu)吊裝過(guò)程中的穩(wěn)定和對(duì)位時(shí)的準(zhǔn)確，是一大重點(diǎn)。其基本思路如下：

（1）采用AutoCAD軟件1:1實(shí)體建模；

（2）取得質(zhì)心位置坐標(biāo)；

（3）以質(zhì)心位置為圓心，字母軸方向?yàn)槟妇€(xiàn)，順時(shí)鐘方向每45°畫(huà)半徑，其與網(wǎng)架外框線(xiàn)交于4個(gè)點(diǎn)，形成4條線(xiàn)段。取線(xiàn)段中心點(diǎn)附近最近的節(jié)點(diǎn)作為該網(wǎng)架的吊點(diǎn)。

由于本工程為螺栓球結(jié)構(gòu)，在吊點(diǎn)確定以后，不能使用常規(guī)的吊耳吊裝，故選擇網(wǎng)架球穿線(xiàn)吊裝的方式進(jìn)行。即鋼絲繩穿過(guò)網(wǎng)架球兩側(cè)進(jìn)行吊裝，如下圖所示：

圖20 吊點(diǎn)選擇

3.4

螺栓球高強(qiáng)螺栓擰入深度保證創(chuàng)新控制技術(shù)

本工程中將采用新型控制技術(shù)，控制螺栓球網(wǎng)架中高強(qiáng)螺栓擰入深度，確保螺栓擰入的有效長(zhǎng)度。該技術(shù)為在高強(qiáng)螺栓淺槽區(qū)端部設(shè)置熒光涂層，套筒上除了常規(guī)的銷(xiāo)釘孔外，增加一個(gè)觀測(cè)孔，觀測(cè)孔與銷(xiāo)釘孔在套筒同一面上，位于高強(qiáng)螺栓擰緊時(shí)淺槽區(qū)端部對(duì)應(yīng)位置。在施工時(shí)，通過(guò)觀察觀測(cè)孔處是否可能完全看到熒光涂層，判斷高強(qiáng)螺栓是否擰緊。此方法操作簡(jiǎn)單，加工成本低，實(shí)現(xiàn)了通過(guò)肉眼直接判斷螺栓是否擰緊，避免了螺栓球節(jié)點(diǎn)可能出現(xiàn)的“假擰緊”問(wèn)題。

圖21 高強(qiáng)螺栓擰入

3.5

鋼網(wǎng)架安裝誤差控制

本工程的網(wǎng)架安裝線(xiàn)路較長(zhǎng)，安裝溫度變形、安裝精度變形，因此在安裝過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生和安裝累計(jì)誤差。因此，在網(wǎng)架安裝時(shí)必須采取如下措施：

3.5.1網(wǎng)架拼裝誤差控制與消除設(shè)計(jì)、計(jì)算等技術(shù)措施

(1)根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，采用計(jì)算機(jī)分析誤差樣本的方法，在深化設(shè)計(jì)中考慮由此引起的誤差。

(2)根據(jù)溫度變化，計(jì)算出熱脹冷縮的數(shù)值，在深化設(shè)計(jì)及施工過(guò)程中考慮。

(3)節(jié)點(diǎn)用激光全站儀進(jìn)行定位，定位一榀后進(jìn)行測(cè)量，拼裝完一榀后進(jìn)行測(cè)量，安裝完一個(gè)節(jié)段后再測(cè)量，整個(gè)區(qū)段完成后最終進(jìn)行測(cè)量。

(4)選擇合理的合攏時(shí)間，合攏處采用可調(diào)節(jié)點(diǎn)連接。

3.5.2網(wǎng)架拼裝誤差控制與消除的現(xiàn)場(chǎng)安裝控制措施

(1)每榀下弦節(jié)點(diǎn)、上弦節(jié)點(diǎn)安裝時(shí)，均應(yīng)用水準(zhǔn)儀、鋼卷尺測(cè)量高低度、水平度、幾何尺寸、撓度、做到每榀合格，整體合格。

(2)每拼裝三到五格再作一次全方面復(fù)檢，以利發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理。

(3)整體拼裝后，作一次全面檢查和測(cè)量，確保不留下任何問(wèn)題。

網(wǎng)架安裝注意事項(xiàng)

04

(1)鋼網(wǎng)架安裝后，在拆卸拉接時(shí)應(yīng)注意同步，逐步拆卸，防止應(yīng)力集中使網(wǎng)架產(chǎn)生局部變形； (2)鋼網(wǎng)架安裝后，如需吊裝檀條或屋面板時(shí)，應(yīng)該輕拿輕放，嚴(yán)禁撞擊網(wǎng)架桿件致使變形； (3)鋼網(wǎng)架安裝后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行防腐涂裝工作；同時(shí)應(yīng)注意成品的保護(hù)，勿在網(wǎng)架上方集中堆放物件。如有屋面板、檀條需要安裝時(shí)，也應(yīng)在不超載情況下分散碼放。

鋼網(wǎng)架安裝施工工藝

05

大跨度弧形空間網(wǎng)架目前大量應(yīng)用于飛機(jī)場(chǎng)、高鐵站、大型商場(chǎng)及工業(yè)廠(chǎng)房等，其優(yōu)美的姿態(tài)及合理的受力特點(diǎn)被人們?cè)絹?lái)越青睞。本文的安裝工藝及主要關(guān)鍵技術(shù)取得了良好的經(jīng)濟(jì)效果和安裝經(jīng)驗(yàn)，也為后續(xù)類(lèi)似項(xiàng)目的施工提供了重要的借鑒作用。

參考文獻(xiàn)：

《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB 50009-2012

《空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》 JGJ 7-2010

《鋼網(wǎng)架螺栓球節(jié)點(diǎn)》 JG/T 10-2009

《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB 50205-2001  

每月兩期 | 促進(jìn)科研實(shí)力整體提升