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螺栓球节点钢网架安装施工关键技术

发布时间:2022-11-18人气:11717

作者


张靖煊  杨  卿  张  鹏





摘 要:正方四角锥圆弧形空间网格结构,其节点为螺栓球节点,此种结构属于多次超静定空间结构体系,它改变了一般平面结构的受力状态,能够承受来自各方面的荷载。这种弧形网架,结构新颖美观,杆件规律性强,网格划一,整体性好,空间刚度大,抗震性能好,杆件之间全部采用螺栓连接,便于安装,操作简便,受力明确。通过兰州东川货场中心站货场雨棚工程,阐述了该钢网架安装的关键施工技术,为后续类似钢网架的安装提供参考。


关键词:螺栓球节点  钢网架  起步跨  高空散装




项目概况



01



新建铁路宝鸡至兰州客运专线东川货场中心站货场雨棚工程,其单区平面尺寸为172m×98.5m,4个区总面积68667.18㎡。整个结构为圆型钢柱+钢网架+屋面,屋盖网架更大结构标高为16.02m,檐口标高为10.09m。



图1  东川货场雨棚结构形式


本屋盖网架为正放四角锥双跨钢网架,节点形式为螺栓球,网架跨度为单跨40.5m,俩侧悬挑8.75m;网架矢高2.4m。



图2  立面结构形式


网架材料包含上弦杆、下弦杆、腹杆、螺栓球、锥头、套筒、高强螺栓等。其主要节点图如下:



图3 螺栓球节点示意图




钢网架安装施工工艺



02



2.1


总体安装方案


由于本工程工期紧、任务重且场地条件复杂,不适合采用整体顶升或高空滑移的安装方案,在综合研究后并结合现场实际情况,决定采取“分块安装法”和“高空散装”相结合的施工方案:以5轴~6轴网架为整体提升跨,即将5轴~6轴网架在地面拼装后采用汽车吊吊装就位;1轴~5轴和6轴~11轴为高空散装区,即将此部分网架在5轴~6轴基础上,向两侧高空推进安装。采用此种方案,网架可多点作业,提高网架施工精度和进度。



图4 施工分区示意图




2.2


网架施工流程示意



图5 步骤一:5~6轴网架地面拼装



图6 步骤二:吊装5~6轴与A~B轴网架



图7 步骤三:吊装5~6轴与B~C轴网架





图8 步骤四:向两侧推进,高空散装4~5轴和6~7轴网架





图9 步骤五:继续推进安装





图10 步骤六:完成2~3轴和8~9轴网架安装





图11 步骤七:继续向两侧推进安装





图12 步骤八:完成网架安装


2.3


网架高空散装


本项目采用高空散装法,即把5~6轴在地面进行拼装、吊装就位后,以5~6轴为起点向两侧在高空推进散装。


网架高空散装时,首先将球节点和杆件拼装成基本单元:一个下弦螺栓球和与其相连的其中一根下弦杆拼为一个基本单元,球与杆拧固到位;一个上弦螺栓球和与其相连的四根腹杆拼为一个基本单元,球与杆拧固到位。



图13 拼装示意


拼装时应固定下弦球,确保下弦节点不位移,同时边安装边用全站仪对各控制节点进行测量定位。



图14 现场安装




本工程网架安装关键技术



03



3.1


起步跨吊装


5~6轴起步跨整体吊装采用双机台吊是本工程的重难点,针对工程特点及现场条件,根据起步跨重量及吊点设置,选择合适吨位的吊车,同时做好双机抬吊的验算工作和专家论证工作,确保网架吊装的平稳和安全。


3.2


计算机过程验算


3.2.1起步跨整体吊装过程验算


本项目5~6轴网架在地面拼装后,采用吊机吊装就位,吊机安装时采用四点起点,故采用MIDAS对吊装过程进行模拟分析,确保结构在吊装过程中的安全性。


5~6轴与A~B轴网架吊装计算示意:



图15 更大位移为26.5mm



图16 更大应力为67 Mpa


3.2.2高空散装安装过程验算


网架安装完成分析图:



图17 分析示意



图18 分析示意



图19 分析示意




根据以上验算:网架在吊装和高空散装过程中,结构变形及杆件应力均满足规范要求,故施工安全。


3.3


吊点的合理选择


在网架分块吊装过程中,如何选择吊点,保证结构吊装过程中的稳定和对位时的准确,是一大重点。其基本思路如下:


(1)采用AutoCAD软件1:1实体建模;


(2)取得质心位置坐标;


(3)以质心位置为圆心,字母轴方向为母线,顺时钟方向每45°画半径,其与网架外框线交于4个点,形成4条线段。取线段中心点附近最近的节点作为该网架的吊点。


由于本工程为螺栓球结构,在吊点确定以后,不能使用常规的吊耳吊装,故选择网架球穿线吊装的方式进行。即钢丝绳穿过网架球两侧进行吊装,如下图所示:



图20 吊点选择


3.4


螺栓球高强螺栓拧入深度保证创新控制技术


本工程中将采用新型控制技术,控制螺栓球网架中高强螺栓拧入深度,确保螺栓拧入的有效长度。该技术为在高强螺栓浅槽区端部设置荧光涂层,套筒上除了常规的销钉孔外,增加一个观测孔,观测孔与销钉孔在套筒同一面上,位于高强螺栓拧紧时浅槽区端部对应位置。在施工时,通过观察观测孔处是否可能完全看到荧光涂层,判断高强螺栓是否拧紧。此方法操作简单,加工成本低,实现了通过肉眼直接判断螺栓是否拧紧,避免了螺栓球节点可能出现的“假拧紧”问题。



图21 高强螺栓拧入


3.5


钢网架安装误差控制


本工程的网架安装线路较长,安装温度变形、安装精度变形,因此在安装过程中会产生和安装累计误差。因此,在网架安装时必须采取如下措施:


3.5.1网架拼装误差控制与消除设计、计算等技术措施


(1)根据施工经验,采用计算机分析误差样本的方法,在深化设计中考虑由此引起的误差。


(2)根据温度变化,计算出热胀冷缩的数值,在深化设计及施工过程中考虑。


(3)节点用激光全站仪进行定位,定位一榀后进行测量,拼装完一榀后进行测量,安装完一个节段后再测量,整个区段完成后最终进行测量。


(4)选择合理的合拢时间,合拢处采用可调节点连接。


3.5.2网架拼装误差控制与消除的现场安装控制措施


(1)每榀下弦节点、上弦节点安装时,均应用水准仪、钢卷尺测量高低度、水平度、几何尺寸、挠度、做到每榀合格,整体合格。


(2)每拼装三到五格再作一次全方面复检,以利发现问题及时处理。


(3)整体拼装后,作一次全面检查和测量,确保不留下任何问题。


网架安装注意事项



04


(1)钢网架安装后,在拆卸拉接时应注意同步,逐步拆卸,防止应力集中使网架产生局部变形; (2)钢网架安装后,如需吊装檀条或屋面板时,应该轻拿轻放,严禁撞击网架杆件致使变形; (3)钢网架安装后,应及时进行防腐涂装工作;同时应注意成品的保护,勿在网架上方集中堆放物件。如有屋面板、檀条需要安装时,也应在不超载情况下分散码放。



钢网架安装施工工艺



05



大跨度弧形空间网架目前大量应用于飞机场、高铁站、大型商场及工业厂房等,其优美的姿态及合理的受力特点被人们越来越青睐。本文的安装工艺及主要关键技术取得了良好的经济效果和安装经验,也为后续类似项目的施工提供了重要的借鉴作用。




参考文献:


《建筑结构荷载规范》GB 50009-2012


《空间网格结构技术规程》 JGJ 7-2010


《钢网架螺栓球节点》 JG/T 10-2009


钢结构工程施工质量验收规范》GB 50205-2001  







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