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网架结构施工简谈
发布时间:2017/1/19 11:25:43      点击次数:404

  根据施工工艺的不同,网架结构主要有螺栓球节点网架结构和焊接球节点网架结构,其中螺栓球节点网架结构由钢管杆件焊接锥头或封板通过高强螺栓、实心钢球、套筒、销钉共同组装而成,其除适用于一般的简单结构形式外,还能适用于各种结构复杂、空间形状变化多样的结构,与普通钢结构相比,它的结构平面尺寸及体型可以随意化,且其由于工厂化程度相对较高,避免大量的现场焊接,安装便捷、精度高,不产生附加的节点偏心,便于反复拆装等优点,受到普遍的欢迎。而焊接球节点网架由钢管杆件和空心钢球焊接安装组成,比较适用于结构简单,尤其是一些平面四角锥网架的结构形式,具有经济、操作简单、可控性强等特点。 此外,还有螺栓球、焊接球混合节点网架结构,主要作为单一节点形式的补充,当一种节点形式难以满足受力或构造要求时螺栓球节点与焊接球节点混合搭配应用。

  网架结构根据外形及构成形式的不同,主要分五类:第一类是由平面桁架系组成,有两向正交正放网架、两向正交斜放网架、两向斜交斜放网架及三向网架四种形式;第二类由四角锥体单元组成,有正放四角锥网架、正放抽空四角锥网架、斜放四角锥网架、棋盘形四角锥网架及星形四角锥网架五种形式;第三类由三角锥体单元组成,有三角锥网架、抽空三角锥网架及蜂窝形三角锥网架三种形式;第四类是壳型曲面网架结构,即网壳,主要有柱面网壳、圆锥面网壳、扭曲面网壳、单块扭网壳、球面网壳及双曲抛物面网壳,其中一些网壳可由交叉桁架体系、四角锥体系、三角锥体系中任意一种网格转变而成;第五类是一些特殊体型的网架结构,有组合网架、六角锥网架、蛛网式网架、折板型网架、斜拉网架等。目前国内的网架结构以正放四角锥体系应用最为广泛。

   网架结构施工主要特点是网架构件工厂化生产制作,运至工地现场安装,安装效率较高,施工周期短。下面着重谈谈网架结构施工:


一、网架结构施工的一般规定

  1. 钢材材质必须符合设计要求,如无处出厂合格证或有怀疑时,必须按现行国家标准《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001的规定进行机械性能试验和化学分析,经证明符合标准和设计要求后方可使用。

  2. 网架的制作与安装,应符合《网架结构工程质量检验评定标准》JGJ78-91和 《钢网架螺栓球节点》JG/ T10-2009或《钢网架焊接空心球节点》JG/T11-2009,并编制施工组织设计,在施工中必须认真执行。

  3. 网架的制作安装、验收及土建施工放线使用的所有钢尺必须标准统一、丈量的拉力要一致。当跨度较大时,应按气温情况考虑温度修正。

  4. 焊接工作宜在工厂或预制拼装厂内进行,以减少高空或现场工作量。

  5.网架的安装方法及适用范围如下:

  1) 高空散装法:适用于螺栓连接节点的各种类型网架,并宜采用少支架的悬挑施工方法;

  2) 分条或分块安装法:适用于分割后刚度和受力状况改变较小的网架,如两向正交正放四角锥、正向抽空四角锥等网架。分条或分块的大小应根据起重能力而定;

  3) 高空滑移法:适用于正放四角锥、正放抽空四角锥、两向正交正放四角锥等网架。滑移时滑移单元应保证成为几何不变体系;

  4) 整体吊装法:适用于各种类型的网架,吊装时可在高空平移或旋转就位;

  5) 整体提升法:适用于周边支承及多点支承网架,可用升板机、液压千斤顶等小型机具进行施工;

  6) 整体顶升法:适用于支点较少的多点支承网架。

  6. 采用吊装或提升、顶升的安装方法时,其吊点的位置和数量的选择,应考虑下列因素:

  1) 宜与网架结构使用时的受力状况相接近;

  2) 吊点的最大反力不应大于起重设备的负荷能力;

  3) 各起重设备的负荷宜接近。

  7. 安装方法选定后,应分别对网架施工阶段的吊点反力、挠度、杆件内力、提升或顶升时支承柱的稳定性和风载下网架的水平推力等项进行验算,必要时应采取加固措施。

  施工荷载应包括施工阶段的结构自重及各种施工活荷载。安装阶段的动力系数:当采用提升法或顶升法施工时,可取1.1;当采用拔杆吊装时,可取1.2;当采用履带式或汽车式起重机吊装时,可取1.3。

  8. 无论采用何种施工方法,在正式施工前均应进行试拼及试安装,当确有把握时方可进行正式施工。

  9. 在网架结构施工时,必须认真清除钢材表面的氧化皮和锈蚀等污染物,并及时采取防腐蚀措施,不密封的钢管内部必须刷防锈漆,或采取其他防锈措施。焊缝应在清除焊渣后涂刷防锈漆,不得已考虑锈蚀而在设计施工中任意加大钢材截面或厚度。


  二、网架结构的制作

  1、焊接球节点的制作。首先下料,下料直径≈D(D为球外径)。然后将板坯均匀加热至约800℃,呈略淡的枣红色;在漏膜中进行热压,压成半球形。热压的半圆球容易产生的弊病有:

  1)壁厚不均匀。要求球壁减薄量不大于13%,且不超过1.5mm;

  2)“长瘤”,即局部凸起;

  3)“荷叶边”,在切边坡口工序中应将其切去不留痕迹。要求不应有明显的波纹,局部凹凸不平不大于1.5mm(用标准弧形套膜、钢尺目测)。

  半球剖口时建议不留根,以便焊透,当有加劲肋时,为便于定位,容许车不大于1.5mm的凸台,但焊接时必须熔掉。球节点的焊缝要求与母材等强,可略低球体0.5mm,但不宜凸起。拼装时内力较大的杆件应骑焊接连接。

  成品球的直径必须准确,当设计直径小于等于300mm时,允许偏差±1.5mm;大于300mm时,为±2.5mm。球的圆度(即最大与最小直径之差)不好,将会增加拼装麻烦。允许偏差同前述球直径允许偏差。检测时选定六点(三对),每对互成90°,用卡钳、游标卡尺或V形块及百分表测量,取三对直径差的算术平均值。

  成品球还应在最大错边处,测量其错边量,最大错边量应小于等于1mm。

  成品球的强度是材质和制造技术的综合反映,因此有必要进行抽检。受拉与受压球力学性状是不同的,受拉球表现以强度破坏,而受压球则以失稳破坏为主要特征。试验时球节点的破坏特征可能有下列几种:

  1)试验时如仅观察仪表荷载盘,当继续加荷而仪表盘的荷载读数却不上升,该级荷载读数即为极限破坏值;

  2)试验时还观察变形时,则在P-△曲线(P为加荷重量;△为相应荷载下沿受力方向的变形)上取该曲线的峰值即为极限破坏值;

  3)试验时还应观察应变,在应力最大处的电阻应变值达流限时,即为极限破坏值的前一级荷载,如继续加载,电阻应变值出现成片流限时,该级荷载即为极限破坏值。

  2、螺栓球节点的制作。螺栓球采用45#钢,首先将坯料加热后由250公斤或750公斤空气锤膜锻成球坯,毛坯进行正火处理,使其硬度达到HG197,毛坯要求无裂纹、过火、麻点等缺陷,毛坯直径的允许偏差值为:当直径≤110mm时,偏差为+2mm,-1mm;当直径>110mm时,偏差为+3mm,-1.5mm。水雷式球也可铸造,但如处理不好容易产生裂纹。然后将球进行精加工,先定基准螺孔,再加工其它螺孔的端面,用分度夹具加工其它角度的螺孔。螺孔及其端面一般在车床及铣床上进行加工。加工完毕,用角度盘、角度板和角度棒进行角度检测,符合要求为正品。螺孔为粗牙螺纹,要求符合GB197-81 6H级精度的规定,螺孔角度允许偏差为±30′。螺孔端面距球心尺寸L的允许偏差为:当球径≤110mm时,L±0.2mm;当球径>110mm时,L±0.25mm。

  对螺栓球节点也应进行强度试验,主要检验螺孔的抗拉强度。制造厂应进行定期抽样检查,以控制本厂产品质量。

  3、杆件 对于钢管杆件,杆长(包括封板、锥头等在内)允许偏差为±1mm。杆件端面与杆轴线必须垂直,其允许偏差为0.5%r(r取钢管半径(用于焊接球节点)、封板或锥头等半径(用于螺栓球节点)。如垂直度超标,将会造成球与杆对中困难(焊接球节点)或造成传力偏心(螺栓球节点)等问题,因此应用机床下料。如钢管壁厚≥4mm,则必须剖口,钢管杆件最大弯曲不得大于1/1000杆长。

  螺栓球节点网架杆件钢管与封板或锥头的焊缝、焊接球节点网架杆件钢管与球的焊缝质量检验以超声波无损检验方法较方便,且成本低,现已制订有专门的超声波探伤及质量分级标准,可以据此进行焊缝质量检验。

  影响焊接收缩量的因素较多,如焊接尺寸、外界气温、焊接电流强度、焊接方法(多次循环间隙焊还是集中一次焊等)、焊工操作技术等。收缩量不易留准确,当缺乏经验时应在现场实验确定。

  短钢管允许接长,连接处剖口加衬管,按对接缝要求焊接,但接长管一般仅用于压杆。

  对于螺栓球节点网架结构的杆件与封板或锥头焊接,应用导轨加两端夹块进行长度控制和两端面对钢管轴线和垂直度控制,步骤使用钢尺定出该杆件所需的长度(放相应的电焊收缩量)。两夹块在导轨上夹紧,用以作定位进行电焊,杆件 电焊完毕再进行车间检验和半成品入库检验。

  4、对于螺栓球节点网架结构,还有高强螺栓、封板或锥头、套筒等部件。

  高强螺栓采用高强40Cr钢,用滚丝机制作完成,加工后精淬火处理,要求硬度达到HRC-36。淬火处理不允许有任何部位或长度的淬火裂缝,高强螺栓的螺纹按GB196粗牙普通螺纹规定,螺纹的公差按GB197中的6H级。高强螺栓需进行外形集合检验和硬度与裂纹检验。由于每根杆件仅有一根高强螺栓连接,因此,高强螺栓必须100%合格,应逐根检验其表面硬度,严禁有裂纹,螺纹应完好无损伤,螺栓的长度偏差宜小于+0.5mm,-0.1mm。

  封板与锥头、六角套筒采用Q235钢(大内径的六角套筒采用45号钢),用150公斤空气锤模锻而成,精加工在C620车床上进行加工;紧定螺钉采用40Cr,螺纹公差按GB196-68普通螺纹规定,在仪表车床上加工,螺纹公差按GB197-91三级精度规定,尺寸偏差按GB75-76规定制作。


  三. 网架结构的拼装

  1、合理分割 即在拼装前把网架根据实际情况合理地分割成各种单元体,使其经济地拼成整个网架。可能有下列几种方案,即

  ①直接由单根杆件、单个节点、一球一杆、两球一杆,总拼成网架;

  ②由小拼单元一球四杆(四角锥体)、一球三杆(三角锥体)总拼成网架;

  ③由小拼单元→中拼单元→总拼成网架。

  2、对于焊接球节点网架结构:

  (1)尽可能多地争取在工厂或预制场地焊接,尽量减少高空作业量。因为这样可以充分利用起重设备将网架单元翻身而能较多地进行平焊。

  (2)焊接球节点网架结构在拼装前应考虑焊接收缩,其收缩量可通过试验确定,试验时可参考下列数值:钢管球加衬管时,每条焊缝的收缩量为1.5 ~3.5   ㎜;钢管球不加衬管时,每条焊缝的收缩量为2~3㎜。

  (3)节点尽量不单独在高空就位,而是和杆件连接在一起拼装,在高空仅安装杆件。

  (4)划分小拼单元时,应考虑网架结构的类型及施工方案等条件。小拼单元一般可划分为平面桁架型或锥体型两种。划分时应作方案比较以确定最优者。

  小拼单元应在专门的拼装架上焊接,以确保几何尺寸的准确性,拼装胎架有平台型和转动型两种。在整个拼装过程中要随时对胎具位置和尺寸进行复核,如有变动,经调整后方可重新拼装。

  (5)总拼顺序 ⑴为保证网架在总拼过程中具有较少的焊接应力和便于调整尺寸,合理的总拼顺序应该是从中间向两边或从中间向四周发展。⑵总拼时严禁形成封闭圈,因为在封闭圈中焊接,会产生很大的焊接收缩应力。⑶网架焊接时,一般先焊下弦,使下弦收缩而略上拱,然后焊接腹杆及上弦,即下弦腹杆 上弦。如先焊上弦,则易造成不易消除的下挠度。

  (6)在网架拼装完毕之前宜点焊固定,点焊时焊缝不得超过其钢管的2/3,在拼装完毕后方可大面积施焊,焊接时必须注意焊接顺序,要尽量分散焊接以避免热量集中。

  3、对于螺栓球节点网架结构:

  (1)安装前先要在土建支承面上放线弹出轴线,并复检土建提供的预埋件高低差。

  (2)螺栓球节点网架的安装精度由工厂保证,现场无法进行大量调整。拼装时,一般从一端开始,以一个网格为一排,逐排前进。螺栓球节点网架结构的拼装方法不拘一格,应用时还应根据网架自身特点,结合现场条件综合确定。

  (3)对于最常见的四角锥体系网架结构,其拼装顺序一般为:安装下弦平面网格→安装上弦倒三角网格→安装下弦正三角网格→调整校正→全部拧紧螺栓。校正前的各工序螺栓均不拧紧。如经试拼,确有把握时也可一次拧紧。

  a、安装下弦平面网格:

  (1)从支座点开始,先拼接下弦,中间部分采用局部支承点,但注意支撑点要略高于支座点100mm左右,以减少安装挠度,然后依次一榀一榀向四周推进。

  (2)安装第一跨间下弦螺栓球、杆件,组成纵向平面网格。

  (3)排好临时支承点,保证下弦球的平行度。临时支承点可使用现场木方。

  (4)安装第一跨间的腹杆与上弦球,一球二腹杆的小单元就位后,与下弦球拧入固定。

  (5)安装第一跨间上弦杆,控制网架尺寸。注意拧入深度影响到整个网架的下挠度,控制好尺寸。

  (6)检查网架、网格尺寸,检查网架纵向尺寸与网架矢高尺寸。如有出入,可以调整临时支点的高低位置来控制网架的尺寸。

  b、安装上弦倒三角网格

  (1)网架第二单元起采用周边连续安装法组装。

  (2)从支座开始先安装一根下弦杆,检查丝扣质量,清理螺孔、螺扣干净后拧入,同时从下弦第一跨间也装一根下弦杆,组成第一方网格,将第一节点球拧入,下弦第一网格封闭。

  (3)安装倒三角锥体,将一球三杆小单元先组装好。将二斜杆支撑下弦球上,在上方拉紧上弦杆,使上弦杆逐步靠近已安装好的弦球,拧入。

  (4)然后将斜拧入下弦球孔内,拧紧,另一斜杆可能暂时空着。

  (5)继续安装下弦球与杆。一杆拧入原来的下弦球螺孔内,一球在安装前沿,与另一斜杆连接拧入,横向下弦杆安装入位,两头各与球拧入,成下弦第二网格封闭。

  (6)按上述工艺继续安装一球三杆倒三角锥,在二个倒角锥体之间安装纵向上弦杆,使之连成一体。逐步推进,每安一组倒三角锥,则安装一根纵向上弦杆,上弦杆两头用螺栓拧入,使网架上弦也组成封闭的方网格。

  (7)逐步安装到支座后组成一系列纵向倒三角锥网架。检查纵向尺寸,检查网架挠度,检查各支点受力情况。

  c、安装下弦正三角网格:

  (1)网架安装完倒三角锥网格后,即开始安装正三角锥网格。

  (2)安装下弦球与杆,采有一球一杆形式,将一杆拧入支座螺孔内。

  (3)安装横向下弦杆,使球与杆组成封闭四方网格,检查尺寸。也可以一球二杆形式采用。

  (4)安装一侧斜腹杆,单杆就位,拧入,便于控制网格的矢高。

  (5)继续安装另一侧斜腹杆,两边拧入下弦球与上弦球,完成一组正三角锥网格。逐步向一侧安装,直到支座为止。

  (6)每完成一个正三角锥后,再安装检查上弦四方网格尺寸误差,逐步调整,坚固螺栓。正三角锥网格安装时,时时注意临时支点受力的情况。

  d、调整,紧固:

  (1)网架安装时随时测量检查网架质量。检查下弦网格尺寸及对角线,检查上弦格尺寸及对角线,检查网架纵向长度、横向长度、网格矢高。

  (2)检查网架整体挠度,在各临时支点拆除前进行调整。

  (3)网架在安装过程中应随时检查各临时支点的下沉情况,如有下降情况,有时加固,防止出现下坠现象。

  (4)网架检查、调整校正后,对网架高强度螺栓进行重新紧固。


  四、网架结构安装

  1. 高空散装法

  高空散装法即将网架的钢杆件和球节点(或小拼单元)直接在高空设计位置总拼成整体的安装方法。

  高空散装法适用于螺栓球节点的各种类型网架结构,并宜采用少支架的悬挑施工方法。对于螺栓球节点网架结构国内最常用的就是高空散装法。而焊接球节点网架不宜采用高空散装法,因为焊接连接的网架采用高空散装法施工时,不易控制标高和轴线,另外还需采取防火措施。

  1)工艺特点 高空散装法分全支点法(即搭设满堂脚手架)和悬挑法两种。全支点法可将一根杆件、一个节点的散件在临时支点上总拼或以一个网格为小拼单元在高空总拼;悬挑法是为了减少支点,将部分网架悬挑。

  高空散装法的特点是网架在设计标高一次拼装完成。其优点为可用简易的起重运输设备,甚至不用起重设备即可完成拼装,且不占用现场施工场地。其缺点为现场及高空作业量较大,同时需要大量的支架材料。

  2)临时拼装支架 用于高空散装法的临时拼装支架必须牢固,不宜采用竹、木材料,设计时应对单肢稳定、整体稳定进行验算,并估算其沉降量。沉降量不宜过大,并应采取措施,能在施工中随时进行调整。

  (1)临时支点稳定验算 临时支点处支架的单支稳定验算可按一般钢结构设计方法进行,对于各种支架的整体稳定验算可有下列各式进行。应指出的是当支架的层高与总高之比小于1/5(即h/H<1/5),即所谓高细型支架时,上述公式有效,否则只能以各层的临界稳定荷载为标准。

  (2)临时支点沉降控制 临时支点处支架的整体沉降量由钢管接头的空隙压缩、钢杆的弹性压缩、基层的沉陷等组成。如基层不好,应加固,并宜用木板铺地以分散支柱传来的集中荷载。高空散装法要求支架沉降不超过5mm。大型网架施工时,可对支架进行试压,以取得有关资料。

  拼装支架不宜用木或竹搭设,因为它们容易变形且易燃,故当网架为焊接球节点时禁用。

  (3)临时支点拆除 临时支点处支架拆除应从中央逐圈向外分批进行,每圈下降速度必须一致,应避免个别支点集中受力,造成拆除困难。对于大型网架,应根据自重挠度分批进行拆除支价。

  2.分条(分块)吊装法

  分条(分块)吊装法即将网架从平面分割成若干条状或块状单元,每个条(块)状单元在地面拼装后,再由起重机吊装到设计位置总拼成整体的安装方法。

  1)工艺特点 条状单元一般沿长跨方向分割,其宽度约为一至三个网格,其长度为L2或L2/2(L2为短跨跨距)。块状单元一般沿网架平面纵横向分割成矩形或正方形单元。每个单元的重量以现有起重机能胜任为准。条(块)与条(块)之间可以直接拼装,也可空一网格在高空拼装。由于条(块)状单元是在地面拼装,因而高空作业量较高空散装法大为减少,拼装支架也减少很多,又能充分利用现有起重设备,故比较经济。这种安装方法适用于分割后网架的刚度和受力状况改变较小的各类中小型网架,如两向正交正放四角锥、正放抽空四角锥等网架,且工地现场具有起重条件和足够的拼装场地。

  2)单元划分 条(块)状单元有如下几种分割方法:

  (1)单元相互靠紧,下弦用双角钢分在两个单元上,可用于正放四角锥网架。

  (2)单元相互靠紧,上弦用剖分式安装节点连接,可用于斜放四角锥网架。

  (3)单元间空一网格,在单元吊装后再在高空将此空格拼成整体,可用于两向正交正放或斜放四角锥网架。

  网架分割成条(块)状单元后,其自身应是几何不变体系,同时还应有足够的刚度,否则应采取临时加固措施。对于正放类网架,分成条(块)状单元后,一般不需要加固。但对于斜放类网架,分成条(块)状单元后,由于上(下)弦为菱形结构可变体系,必须加固后方可吊装。

  3)挠度控制 条状单元在吊装就位过程中的受力状态属平面结构体系,而网架是按空间结构设计的,因此条状单元在总拼前的挠度比形成整体网架后的挠度大(除非设计时考虑施工状态而增高网架),故在合拢前必须在中部用临时支撑顶起,调整其挠度使其与整体网架挠度符合。块状单元在地面拼成后,应模拟高空支承条件,观察其挠度,以确定是否要调整。

  4)几何尺寸控制条(块)状单元尺寸、形状必须准确,以保证高空总拼时节点吻合及减少积累误差,可采取预拼装或在现场临时配杆等措施解决。

  3.高空滑移法

  高空滑移法即将网架条状单元在建筑物上由一端滑移到另一端,就位后总拼成整体的安装方法。

  1)工艺特点

  高空滑移法分为下列两种方法:

  (1)单条滑移法 将条状单元一条一条地分别从一端滑移到另一端就位安装,各条单元之间分别在高空再连接。即逐条滑移,逐条连成整体。

  (2)逐条积累滑移法 先将条状单元滑移一段距离后(能连接上第二条单元的宽度即可),连接上第二条单元后,两条单元一起在滑移一段距离(宽度同上),再接第三条,三条又一起滑移一段距离……如此循环操作直至接上最后一条单元为止。

  第一种方法的特点是摩阻力。?缱吧瞎雎,当小跨度时可不必用机械牵引,用撬棍即可撬动,但单元之间的连接需要脚手架;第二种方法的特点是在建筑物一端搭设支架(或利用建筑物屋顶平台),牵引力逐次加大,要求滑移速度较慢(约为1m/min),一般需要多门滑轮组变速,故采用小型卷扬机或手动葫芦牵引即可。高空滑移法按摩擦方式的不同可分为滚动摩擦式(即在网架上安装有滚轮)和滑动摩擦式两种。

  待滑移的网架条状单元可以在地面或高空制作。滑移方式除水平滑移外,还可利用屋面坡度下坡滑移,以节约动力。有时因条件限制也可上坡滑移。

  高空滑移法的主要优点是:网架的滑移可与其他土建工程平行作业,而使总工期缩短,如体育馆或剧场等土建、装修及设备安装等工程量较大的建筑,更能发挥其经济效果。因此端部拼装支架最好利用室外的建筑物或搭设在室外,以便空出室内更多的空间给其他工程平行作业。在条件上不允许时才搭设在室内的一端。其次是设备简单,不需大型起重设备,成本低。特别在场地狭小或跨越其它结构、设备等而起重机无法进入时更为合适。

  目前国内一些小型网架和具有吊装条件的工地,多采用在地面组装后整体吊装或分条(块)空中对接。对于螺栓球节点的各种形式的网架结构在国内以满堂脚手架高空散装法最为常用,另外,还可采用活动平台移动法(即移动式脚手架)进行网架结构安装,此种方法也较常用。总之,网架的安装方法多种多样,应用时应根据网架受力和构造特点,在满足质量、安全、进度和经济效果的要求下,结合当地的施工技术条件综合确定。

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