大跨度螺栓球網(wǎng)架結(jié)構(gòu)施工技術(shù)摘 要：結(jié)合天津輕軌休閑娛樂區(qū)車站工程,詳細(xì)介紹了大跨度螺栓球形節(jié)點網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的安裝及施工注意事項。關(guān)鍵詞：大跨度螺栓球網(wǎng)架 栓接 施工1 工程概況 天津輕軌項目是天津市重點工程,其中休閑娛樂區(qū)車站總建筑面積為3390m2,車站長120m,為框架剪力墻結(jié)構(gòu)。屋架為正方四角錐螺栓球形空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu),其頂部大屋架為90m×47.5m的長方形,28根直徑為1.2m的柱子分布在站臺兩側(cè),其頂部由28個支座支撐整個屋架。網(wǎng)架軸線平面尺寸為90m×47.5m,高度為1.5m。網(wǎng)架總重100.4,t總的節(jié)點數(shù)為1128個,總的桿件數(shù)為2464根。2 屋架結(jié)構(gòu)形式 天津輕軌休閑娛樂區(qū)車站屋架外形為平板形,屋架采用正交空間桁架結(jié)構(gòu)體系。主桁架垂直與線路中線方向橫向布置,均支承在10.3m高的28個支撐鋼柱上。屋架所有桿件均采用空心圓鋼管,節(jié)點采用相貫線直接交匯螺栓球連接。四周懸挑部分為倒三角形的空間桁架結(jié)構(gòu),懸挑長度為3.8m。整個屋架以28個弧形支座為支承點,支座處節(jié)點采用螺栓球節(jié)點,支座選用金屬彈簧抗震支座。網(wǎng)架四坡起拱,起拱高度為150mm。網(wǎng)架平面如圖1所示。
3 工程特點及難點 屋架結(jié)構(gòu)是由縱向主桁架、懸挑桁架及支托組成的空間結(jié)構(gòu)。高空拼裝過程中,在屋面拉桿未安裝前各構(gòu)件的受力狀況與設(shè)計受力狀況是不同的,施工過程中的主要施工工況需計算核定。 由于工程跨度大、重量大、構(gòu)件尺寸大,在組裝和拼裝過程中的剛度、穩(wěn)定性、撓度、桿件內(nèi)力等要進(jìn)行施工驗算,必要時需采取加固措施。 由于工程構(gòu)件長度及截面尺寸都較大,整體連接必須在工地進(jìn)行,這就要求對施工組織、工廠生產(chǎn)調(diào)度、構(gòu)件運(yùn)輸調(diào)度等問題要精密組織,保證工地順利拼裝。 控制屋架下沉量為本工程的難點之一。屋架安裝需要根據(jù)安裝方案進(jìn)行工況計算,以滿足拆除臨時支撐后的工況內(nèi)力接近屋架在該階段的設(shè)計內(nèi)力。屋架材料安裝完畢拆除支撐后,中點撓度值應(yīng)小于19cm。4 主要施工方法4.1 空心鋼球及鋼管桿件的制作 為了保證網(wǎng)架的安裝質(zhì)量,所有空心鋼球節(jié)點和鋼管桿件均在工廠集中加工。鋼球采用胎膜加工,原材料為45號鋼。采用車床切邊,加工允許公差為:直徑偏差±1mm,球橢圓度偏差<1mm。鋼管桿件長度允許偏差為±1mm,桿件端面與桿軸線必須垂直,其允許偏差為0.5%R(R為鋼管半徑),鋼管桿件的最大彎曲不得大于1/1000桿長。4.2 鋼網(wǎng)架的安裝 以計算機(jī)模擬理論為依據(jù)和指導(dǎo),制定了詳細(xì)的拼裝方案。根據(jù)工程結(jié)構(gòu)特點和施工現(xiàn)場平面布置情況,在地面搭設(shè)腳手架工作平臺,在腳手架上平鋪木板,然后在腳手架工作平臺上組拼網(wǎng)架,網(wǎng)架的拼裝采用空中散裝法進(jìn)行施工。 根據(jù)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的實際情況和左右對稱的特點,為了減小網(wǎng)架在拼裝工程中的誤差積累,整體網(wǎng)架的組拼應(yīng)從起步單元8軸、9軸之間開始,先組拼起步單元的縱橫軸,隨時校正尺寸,在認(rèn)為起步單元網(wǎng)架無誤后方可從中心向兩側(cè)展開。拼裝過程中由扒桿將桿件吊裝到位,在設(shè)計位置進(jìn)行拼裝栓接。 (1)組裝施工平臺 首先將原地面進(jìn)行地基處理,確認(rèn)能夠滿足承載力要求后再搭設(shè)腳手架施工平臺,頂面采用1cm厚木板平鋪,平臺平面尺寸應(yīng)大于網(wǎng)架1m左右,施工平臺頂面標(biāo)高應(yīng)低于下層網(wǎng)架標(biāo)高300mm。 (2)起步單元的組拼 直接將單根桿件、單個節(jié)點拼裝成網(wǎng)架,在拼裝過程中每個節(jié)點的位置都應(yīng)測量復(fù)核。起步單元的網(wǎng)架安裝完成后,立即進(jìn)行自檢,保證所有節(jié)點處的螺栓緊固到位。進(jìn)行定位電焊(每個支座處焊接3點),以保證網(wǎng)架在后面的安裝過程中不產(chǎn)生位移。然后分別以起步單元為中心向兩個方向同時拼裝。 (3)基本單元的拼裝 起步單元以外的網(wǎng)架采用空中散裝法進(jìn)行拼裝, 首先拼裝小單元,然后再總拼成網(wǎng)架,拼裝時把網(wǎng)架根據(jù)實際情況合理地分割成小單元體,最后形成整個網(wǎng)架。首先選擇1個上弦三角錐,用1根上弦水平桿、3根腹桿和1個上弦球拼出1個符合設(shè)計要求的單元錐體(見圖2)。拼裝時應(yīng)將單元錐體節(jié)點球處的所有螺栓全部擰到位。拼完此錐體后應(yīng)進(jìn)行校正,下弦矩形對角線誤差不應(yīng)超過1mm,符合上述規(guī)定即為合格,可以進(jìn)行下一步施工。 (4)網(wǎng)架的整體拼裝 拼完單元錐體之后即可進(jìn)行整體網(wǎng)架的組拼。首先按照設(shè)計要求安裝下弦節(jié)點,再安裝水平桿件,調(diào)整無誤后擰緊螺栓。安裝下弦節(jié)點球時,為了防止網(wǎng)架下垂,應(yīng)先在下弦節(jié)點球處搭設(shè)臨時支撐架,對于有起拱的位置其臨時支撐架頂面應(yīng)符合設(shè)計標(biāo)高要求。安裝完下弦桿件即可安裝上弦桿件,利用已經(jīng)拼裝好的單元錐體進(jìn)行拼裝,最后再安裝斜桿,經(jīng)調(diào)整無誤后擰緊螺栓,這樣就拼出一個完整的整體單元了。之后以此類推,拼出整體網(wǎng)架。拼裝過程中應(yīng)隨時校正尺寸,確認(rèn)符合設(shè)計要求后方可進(jìn)行下一整體單元的安裝。 網(wǎng)架拼裝施工工藝流程如圖3所示。5 關(guān)鍵工序的質(zhì)量控制5.1 材料 屋架使用的各種材料必須有原材料質(zhì)量證明書和出廠合格證。鋼材還應(yīng)有機(jī)械性能、化學(xué)成分分析報告。對材料的規(guī)格、外觀質(zhì)量、標(biāo)志、爐號、批號認(rèn)真進(jìn)行驗收。5.2 測量 為了保證整個施工過程的誤差處于受控狀態(tài),施工中采用了全過程定點跟蹤測量方法,每部分結(jié)構(gòu)都設(shè)置了測量控制點。在桿件安裝、螺栓球安裝過程中,每天早、中、晚各進(jìn)行1次測量并記錄控制點的軸線標(biāo)高和垂直度誤差結(jié)果,將結(jié)果在分析之后提交給施工人員,以便及時調(diào)整、控制誤差。6 結(jié)束語 本工程在施工過程中應(yīng)用了許多新工藝、新材料,通過上述措施,鋼屋架的安裝精度和焊接質(zhì)量均達(dá)到有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計要求。參考文獻(xiàn)[1] 王國周,瞿履謙.鋼結(jié)構(gòu)原理與設(shè)計.北京:清華大學(xué)出版社,2001
3 工程特點及難點 屋架結(jié)構(gòu)是由縱向主桁架、懸挑桁架及支托組成的空間結(jié)構(gòu)。高空拼裝過程中,在屋面拉桿未安裝前各構(gòu)件的受力狀況與設(shè)計受力狀況是不同的,施工過程中的主要施工工況需計算核定。 由于工程跨度大、重量大、構(gòu)件尺寸大,在組裝和拼裝過程中的剛度、穩(wěn)定性、撓度、桿件內(nèi)力等要進(jìn)行施工驗算,必要時需采取加固措施。 由于工程構(gòu)件長度及截面尺寸都較大,整體連接必須在工地進(jìn)行,這就要求對施工組織、工廠生產(chǎn)調(diào)度、構(gòu)件運(yùn)輸調(diào)度等問題要精密組織,保證工地順利拼裝。 控制屋架下沉量為本工程的難點之一。屋架安裝需要根據(jù)安裝方案進(jìn)行工況計算,以滿足拆除臨時支撐后的工況內(nèi)力接近屋架在該階段的設(shè)計內(nèi)力。屋架材料安裝完畢拆除支撐后,中點撓度值應(yīng)小于19cm。4 主要施工方法4.1 空心鋼球及鋼管桿件的制作 為了保證網(wǎng)架的安裝質(zhì)量,所有空心鋼球節(jié)點和鋼管桿件均在工廠集中加工。鋼球采用胎膜加工,原材料為45號鋼。采用車床切邊,加工允許公差為:直徑偏差±1mm,球橢圓度偏差<1mm。鋼管桿件長度允許偏差為±1mm,桿件端面與桿軸線必須垂直,其允許偏差為0.5%R(R為鋼管半徑),鋼管桿件的最大彎曲不得大于1/1000桿長。4.2 鋼網(wǎng)架的安裝 以計算機(jī)模擬理論為依據(jù)和指導(dǎo),制定了詳細(xì)的拼裝方案。根據(jù)工程結(jié)構(gòu)特點和施工現(xiàn)場平面布置情況,在地面搭設(shè)腳手架工作平臺,在腳手架上平鋪木板,然后在腳手架工作平臺上組拼網(wǎng)架,網(wǎng)架的拼裝采用空中散裝法進(jìn)行施工。 根據(jù)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的實際情況和左右對稱的特點,為了減小網(wǎng)架在拼裝工程中的誤差積累,整體網(wǎng)架的組拼應(yīng)從起步單元8軸、9軸之間開始,先組拼起步單元的縱橫軸,隨時校正尺寸,在認(rèn)為起步單元網(wǎng)架無誤后方可從中心向兩側(cè)展開。拼裝過程中由扒桿將桿件吊裝到位,在設(shè)計位置進(jìn)行拼裝栓接。 (1)組裝施工平臺 首先將原地面進(jìn)行地基處理,確認(rèn)能夠滿足承載力要求后再搭設(shè)腳手架施工平臺,頂面采用1cm厚木板平鋪,平臺平面尺寸應(yīng)大于網(wǎng)架1m左右,施工平臺頂面標(biāo)高應(yīng)低于下層網(wǎng)架標(biāo)高300mm。 (2)起步單元的組拼 直接將單根桿件、單個節(jié)點拼裝成網(wǎng)架,在拼裝過程中每個節(jié)點的位置都應(yīng)測量復(fù)核。起步單元的網(wǎng)架安裝完成后,立即進(jìn)行自檢,保證所有節(jié)點處的螺栓緊固到位。進(jìn)行定位電焊(每個支座處焊接3點),以保證網(wǎng)架在后面的安裝過程中不產(chǎn)生位移。然后分別以起步單元為中心向兩個方向同時拼裝。 (3)基本單元的拼裝 起步單元以外的網(wǎng)架采用空中散裝法進(jìn)行拼裝, 首先拼裝小單元,然后再總拼成網(wǎng)架,拼裝時把網(wǎng)架根據(jù)實際情況合理地分割成小單元體,最后形成整個網(wǎng)架。首先選擇1個上弦三角錐,用1根上弦水平桿、3根腹桿和1個上弦球拼出1個符合設(shè)計要求的單元錐體(見圖2)。拼裝時應(yīng)將單元錐體節(jié)點球處的所有螺栓全部擰到位。拼完此錐體后應(yīng)進(jìn)行校正,下弦矩形對角線誤差不應(yīng)超過1mm,符合上述規(guī)定即為合格,可以進(jìn)行下一步施工。 (4)網(wǎng)架的整體拼裝 拼完單元錐體之后即可進(jìn)行整體網(wǎng)架的組拼。首先按照設(shè)計要求安裝下弦節(jié)點,再安裝水平桿件,調(diào)整無誤后擰緊螺栓。安裝下弦節(jié)點球時,為了防止網(wǎng)架下垂,應(yīng)先在下弦節(jié)點球處搭設(shè)臨時支撐架,對于有起拱的位置其臨時支撐架頂面應(yīng)符合設(shè)計標(biāo)高要求。安裝完下弦桿件即可安裝上弦桿件,利用已經(jīng)拼裝好的單元錐體進(jìn)行拼裝,最后再安裝斜桿,經(jīng)調(diào)整無誤后擰緊螺栓,這樣就拼出一個完整的整體單元了。之后以此類推,拼出整體網(wǎng)架。拼裝過程中應(yīng)隨時校正尺寸,確認(rèn)符合設(shè)計要求后方可進(jìn)行下一整體單元的安裝。 網(wǎng)架拼裝施工工藝流程如圖3所示。5 關(guān)鍵工序的質(zhì)量控制5.1 材料 屋架使用的各種材料必須有原材料質(zhì)量證明書和出廠合格證。鋼材還應(yīng)有機(jī)械性能、化學(xué)成分分析報告。對材料的規(guī)格、外觀質(zhì)量、標(biāo)志、爐號、批號認(rèn)真進(jìn)行驗收。5.2 測量 為了保證整個施工過程的誤差處于受控狀態(tài),施工中采用了全過程定點跟蹤測量方法,每部分結(jié)構(gòu)都設(shè)置了測量控制點。在桿件安裝、螺栓球安裝過程中,每天早、中、晚各進(jìn)行1次測量并記錄控制點的軸線標(biāo)高和垂直度誤差結(jié)果,將結(jié)果在分析之后提交給施工人員,以便及時調(diào)整、控制誤差。6 結(jié)束語 本工程在施工過程中應(yīng)用了許多新工藝、新材料,通過上述措施,鋼屋架的安裝精度和焊接質(zhì)量均達(dá)到有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計要求。參考文獻(xiàn)[1] 王國周,瞿履謙.鋼結(jié)構(gòu)原理與設(shè)計.北京:清華大學(xué)出版社,2001
