大跨度螺栓球网架结构施工技术摘 要：结合天津轻轨休闲娱乐区车站工程,详细介绍了大跨度螺栓球形节点网架结构的安装及施工注意事项。关键词：大跨度螺栓球网架 栓接 施工1 工程概况 天津轻轨项目是天津市重点工程,其中休闲娱乐区车站总建筑面积为3390m2,车站长120m,为框架剪力墙结构。屋架为正方四角锥螺栓球形空间网架结构,其顶部大屋架为90m×47.5m的长方形,28根直径为1.2m的柱子分布在站台两侧,其顶部由28个支座支撑整个屋架。网架轴线平面尺寸为90m×47.5m,高度为1.5m。网架总重100.4,t总的节点数为1128个,总的杆件数为2464根。2 屋架结构形式 天津轻轨休闲娱乐区车站屋架外形为平板形,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,均支承在10.3m高的28个支撑钢柱上。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。四周悬挑部分为倒三角形的空间桁架结构,悬挑长度为3.8m。整个屋架以28个弧形支座为支承点,支座处节点采用螺栓球节点,支座选用金属弹簧抗震支座。网架四坡起拱,起拱高度为150mm。网架平面如图1所示。
3 工程特点及难点 屋架结构是由纵向主桁架、悬挑桁架及支托组成的空间结构。高空拼装过程中,在屋面拉杆未安装前各构件的受力状况与设计受力状况是不同的,施工过程中的主要施工工况需计算核定。 由于工程跨度大、重量大、构件尺寸大,在组装和拼装过程中的刚度、稳定性、挠度、杆件内力等要进行施工验算,必要时需采取加固措施。 由于工程构件长度及截面尺寸都较大,整体连接必须在工地进行,这就要求对施工组织、工厂生产调度、构件运输调度等问题要精密组织,保证工地顺利拼装。 控制屋架下沉量为本工程的难点之一。屋架安装需要根据安装方案进行工况计算,以满足拆除临时支撑后的工况内力接近屋架在该阶段的设计内力。屋架材料安装完毕拆除支撑后,中点挠度值应小于19cm。4 主要施工方法4.1 空心钢球及钢管杆件的制作 为了保证网架的安装质量,所有空心钢球节点和钢管杆件均在工厂集中加工。钢球采用胎膜加工,原材料为45号钢。采用车床切边,加工允许公差为:直径偏差±1mm,球椭圆度偏差<1mm。钢管杆件长度允许偏差为±1mm,杆件端面与杆轴线必须垂直,其允许偏差为0.5%R(R为钢管半径),钢管杆件的最大弯曲不得大于1/1000杆长。4.2 钢网架的安装 以计算机模拟理论为依据和指导,制定了详细的拼装方案。根据工程结构特点和施工现场平面布置情况,在地面搭设脚手架工作平台,在脚手架上平铺木板,然后在脚手架工作平台上组拼网架,网架的拼装采用空中散装法进行施工。 根据网架结构的实际情况和左右对称的特点,为了减小网架在拼装工程中的误差积累,整体网架的组拼应从起步单元8轴、9轴之间开始,先组拼起步单元的纵横轴,随时校正尺寸,在认为起步单元网架无误后方可从中心向两侧展开。拼装过程中由扒杆将杆件吊装到位,在设计位置进行拼装栓接。 (1)组装施工平台 首先将原地面进行地基处理,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。进行定位电焊(每个支座处焊接3点),以保证网架在后面的安装过程中不产生位移。然后分别以起步单元为中心向两个方向同时拼装。 (3)基本单元的拼装 起步单元以外的网架采用空中散装法进行拼装, 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。首先选择1个上弦三角锥,用1根上弦水平杆、3根腹杆和1个上弦球拼出1个符合设计要求的单元锥体(见图2)。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应超过1mm,符合上述规定即为合格,可以进行下一步施工。 (4)网架的整体拼装 拼完单元锥体之后即可进行整体网架的组拼。首先按照设计要求安装下弦节点,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了。之后以此类推,拼出整体网架。拼装过程中应随时校正尺寸,确认符合设计要求后方可进行下一整体单元的安装。 网架拼装施工工艺流程如图3所示。5 关键工序的质量控制5.1 材料 屋架使用的各种材料必须有原材料质量证明书和出厂合格证。钢材还应有机械性能、化学成分分析报告。对材料的规格、外观质量、标志、炉号、批号认真进行验收。5.2 测量 为了保证整个施工过程的误差处于受控状态,施工中采用了全过程定点跟踪测量方法,每部分结构都设置了测量控制点。在杆件安装、螺栓球安装过程中,每天早、中、晚各进行1次测量并记录控制点的轴线标高和垂直度误差结果,将结果在分析之后提交给施工人员,以便及时调整、控制误差。6 结束语 本工程在施工过程中应用了许多新工艺、新材料,通过上述措施,钢屋架的安装精度和焊接质量均达到有关国家标准和设计要求。参考文献[1] 王国周,瞿履谦.钢结构原理与设计.北京:清华大学出版社,2001
3 工程特点及难点 屋架结构是由纵向主桁架、悬挑桁架及支托组成的空间结构。高空拼装过程中,在屋面拉杆未安装前各构件的受力状况与设计受力状况是不同的,施工过程中的主要施工工况需计算核定。 由于工程跨度大、重量大、构件尺寸大,在组装和拼装过程中的刚度、稳定性、挠度、杆件内力等要进行施工验算,必要时需采取加固措施。 由于工程构件长度及截面尺寸都较大,整体连接必须在工地进行,这就要求对施工组织、工厂生产调度、构件运输调度等问题要精密组织,保证工地顺利拼装。 控制屋架下沉量为本工程的难点之一。屋架安装需要根据安装方案进行工况计算,以满足拆除临时支撑后的工况内力接近屋架在该阶段的设计内力。屋架材料安装完毕拆除支撑后,中点挠度值应小于19cm。4 主要施工方法4.1 空心钢球及钢管杆件的制作 为了保证网架的安装质量,所有空心钢球节点和钢管杆件均在工厂集中加工。钢球采用胎膜加工,原材料为45号钢。采用车床切边,加工允许公差为:直径偏差±1mm,球椭圆度偏差<1mm。钢管杆件长度允许偏差为±1mm,杆件端面与杆轴线必须垂直,其允许偏差为0.5%R(R为钢管半径),钢管杆件的最大弯曲不得大于1/1000杆长。4.2 钢网架的安装 以计算机模拟理论为依据和指导,制定了详细的拼装方案。根据工程结构特点和施工现场平面布置情况,在地面搭设脚手架工作平台,在脚手架上平铺木板,然后在脚手架工作平台上组拼网架,网架的拼装采用空中散装法进行施工。 根据网架结构的实际情况和左右对称的特点,为了减小网架在拼装工程中的误差积累,整体网架的组拼应从起步单元8轴、9轴之间开始,先组拼起步单元的纵横轴,随时校正尺寸,在认为起步单元网架无误后方可从中心向两侧展开。拼装过程中由扒杆将杆件吊装到位,在设计位置进行拼装栓接。 (1)组装施工平台 首先将原地面进行地基处理,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。进行定位电焊(每个支座处焊接3点),以保证网架在后面的安装过程中不产生位移。然后分别以起步单元为中心向两个方向同时拼装。 (3)基本单元的拼装 起步单元以外的网架采用空中散装法进行拼装, 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。首先选择1个上弦三角锥,用1根上弦水平杆、3根腹杆和1个上弦球拼出1个符合设计要求的单元锥体(见图2)。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应超过1mm,符合上述规定即为合格,可以进行下一步施工。 (4)网架的整体拼装 拼完单元锥体之后即可进行整体网架的组拼。首先按照设计要求安装下弦节点,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了。之后以此类推,拼出整体网架。拼装过程中应随时校正尺寸,确认符合设计要求后方可进行下一整体单元的安装。 网架拼装施工工艺流程如图3所示。5 关键工序的质量控制5.1 材料 屋架使用的各种材料必须有原材料质量证明书和出厂合格证。钢材还应有机械性能、化学成分分析报告。对材料的规格、外观质量、标志、炉号、批号认真进行验收。5.2 测量 为了保证整个施工过程的误差处于受控状态,施工中采用了全过程定点跟踪测量方法,每部分结构都设置了测量控制点。在杆件安装、螺栓球安装过程中,每天早、中、晚各进行1次测量并记录控制点的轴线标高和垂直度误差结果,将结果在分析之后提交给施工人员,以便及时调整、控制误差。6 结束语 本工程在施工过程中应用了许多新工艺、新材料,通过上述措施,钢屋架的安装精度和焊接质量均达到有关国家标准和设计要求。参考文献[1] 王国周,瞿履谦.钢结构原理与设计.北京:清华大学出版社,2001
