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大跨度双面扭曲网壳结构施工方法研究

发表时间：2020/9/3 来源：《基层建设》2020年第10期作者：李俊峰

[导读]

        广东省源天工程有限公司 511300
        1、前言
        螺栓球节点网架结构具有跨度大、重量轻、空间受力、安全储备大、刚度大、整体性好、抗震性能好等优点，普遍适用于大跨度、大空间的建筑结构中。本文结合某建设项目的大门屋架双面扭曲球形网架工程，经过工程实践和技术创新，研究了其关键的施工工艺、操作要点和技术措施，形成了一套完整有效的螺栓节点网架结构高空散装的施工方法。
        关键词：网壳结构大跨度螺栓球节点双面扭曲钢结构
        2、规范与标准
        2.1《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205—2001）
        2.2《网架结构设计与施工规程》（JCJ7－91）
        2.3《网架结构工程质量检验评定标准》（JGJ78－91）
        2.4《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130—2001）
        3、工艺原理
        根据网架结构平面布置图，以计算机模拟理论为依据和指导，制定了详细的拼装方案，在地面上搭设一个轴线的脚手架组装平台（起步架），然后沿网架最大跨度中轴线方向搭设另一轴线的网架组装平台，依据脚手架组装平台拼装好该轴线的网架，并落入支座固定，然后沿两侧支座轴线和中轴线上的组装平台逐渐向前延伸扩展，每延伸拼装一个轴线，定位一轴网架，直至网架拼装完成。两端钢框架支座点范围内的网架拼装采用高空散装法；悬挑部分的网架拼装采用高空吊装法。
        4、施工工艺流程及操作要点
        4.1网架拼装施工工艺流程

        4.2操作要点
        4.2.1空心螺栓球及钢管杆件的制作
        为了保证网架的安装质量，所有空心螺栓球节点和钢管杆件均在工厂集中加工。螺栓孔螺纹精度达到GB197-81《普通螺纹公差与配合》中的6H级要求。螺栓孔外观表面用10倍放大镜检查，螺栓孔用标准螺纹规检查，几何尺寸、角度位置用游标卡尺检查。全检后，逐一打钢印编号以便于安装。
        钢管杆件采用机械下料，加工焊接坡口，点焊拼装在专用模具上操作，预留焊接间隙，采用滚动平焊施焊。合格后的杆件打上焊工号及检查员号，清理后刷漆、编号。螺纹涂油包装防锈。杆件长度偏差≤±1mm，杆件不直度≤L/1000且不大于5mm(L：为杆件长度)。
        5.2.2钢网架的安装
        为了减少网架在拼装过程中的误差积累，整体网架的组拼从起步单元的支座点开始，先组拼起步单元下弦纵轴向的支座点定位及连接，随时校正尺寸。在确认起步单元网架无误后方可从起步支座点向另一端的支座点横向推进展开。
        （1）组装施工平台
        满堂脚手架作施工平台使用。首先进行地基处理，确认能够满足承载力要求后再搭设脚手架施工平台。顶面采用1cm厚木板平铺，平台平面尺寸应大于网架1m左右，施工平台顶面标高应低于下层网架标高300mm。
        （2）起步单元的组拼
        直接将单根杆件、单个节点拼装成网架，在拼装过程中每个节点的位置都应测量复核。起步单元的网架安装完成后，立即进行自检，保证所有节点处的螺栓紧固到位。然后进行定位焊（每个支座点焊接3点），以保证网架在后面的安装过程中不产生位移。再以起步支座点向另一端的支座点横向平移推进式安装。
        （3）基本单元的拼装
        首先拼装小单元，然后再总拼成网架，拼装时把网架根据实际情况合理地分割成小单元体，最后形成整个网架。选择1个上弦四角锥，用1根上弦水平杆、4根腹杆和1个上弦球拼出1个符合设计要求的单元锥体。拼装时应将单元锥体节点球处的所有螺栓全部拧到位。拼完此锥体后应进行校正，下弦矩形对角线误差不超过1mm，符合上述规定即为合格，可以进行下一步施工。
        （4）跨中区域网架的拼装
        两端钢框架支座点范围内的网架拼装采用高空散装法。拼完单元锥体之后即可进行两端钢框架支座点范围内网架的组拼。首先按照设计要求（指定坐标位置、指定下弦球底标高）安装下弦节点，再安装水平杆件，调整无误后拧紧螺栓。安装下弦节点球时，为了防止网架下垂，应先在下弦节点球处搭设临时支撑架，对于有起拱的位置其临时支撑架顶面应符合设计标高要求。安装完下弦杆件即可安装上弦杆件，利用已经拼装好的单元锥体进行拼装，最后再安装斜杆，经调整无误后拧紧螺栓，这样就拼出一个完整的整体单元，之后以此类推，横向自起步支座点向另一端的支座点推进。每安装完一个单元体网架，立即复验网架的轴线尺寸、下弦球底标高及挠度值等技术数据，确认达到规范要求后再进行下单元的安装。跨中区域网架安装完毕后，拆除网架下弦临时支垫，测量网架的标高、轴线、几何尺寸及初始挠度，确认符合设计要求后将支座与预埋件焊接固定。
        （5）悬挑部位网架的拼装
        两端悬挑部分的网架拼装采用高空吊装法。待跨中区域的网架拼装完成后再进行此部位的网架拼装。首先在地面拼装单元锥体（即选择1个上弦四角锥，用1根上弦水平杆、4根腹杆和1个上弦球拼出1个符合设计要求的单元锥体），然后就悬挑部位安装下弦节点，再安装水平杆件，此时无需脚手架支承，拧紧螺栓，顺其自然衍变以达悬挑部分造型特点。安装完下弦杆件即可安装上弦杆件，利用已经拼装好的单元锥体进行拼装，最后再安装斜杆，经调整无误后拧紧螺栓，这样就拼出一个完整的整体单元了，之后以此类推，横向自两端支座点向两端悬挑部分安装。
        6、工程实例
        某建设项目的大门屋架外形为双面扭曲网壳型，屋架采用正交空间桁架结构体系；主桁架垂直与线路中线方向横向布置，分为上弦网架和下弦网架及腹杆，支承在6.997m—12.551m的5个支撑斜钢柱上。屋架所有杆件均采用空心圆钢管，节点采用相贯线直接交汇螺栓球连接；两端悬挑部分为倒三角形的空间桁架结构，悬挑长度为12.4m。整个屋架以5个不同高度的支座为支承点，支座处节点采用螺栓球节点，支座选用金属弹簧抗震支座。网架双面扭曲，扭曲高度达4.6m。球体钢网架采用四角锥形式网架结构，节点采用螺栓球节点，球体网架抗震设防烈度为6度。球体网架球节点采用45#钢，高强螺栓采用40Cr钢，网架杆件、封板、锥头、套筒均采用Q235B钢材。
        该工程大门屋架采用本方法施工，网架投影面积约770m2。网架施工于2019年4月6日开始，2019年5月10日结束。网架结构施工完毕后证明，运用本方法施工可以确保网架结构的施工质量，并取得了良好的经济及社会效益。
        6、结束语
        本文描述的关键施工工艺、操作要点和技术措施，在具体工程中得到了实践检验，形成了一套完整有效的螺栓节点网架结构高空散装的施工方法，可供相关工程类似结构参考借鉴从而进一步完善形成完整的施工工法。