螺栓球節點鋼網架安裝施工關鍵技術

作者

張靖煊  楊  卿  張  鵬

摘 要：正方四角錐圓弧形空間網格結構，其節點為螺栓球節點，此種結構屬于多次超靜定空間結構體系，它改變了一般平面結構的受力狀態，能夠承受來自各方面的荷載。這種弧形網架，結構新穎美觀，桿件規律性強，網格劃一，整體性好，空間剛度大，抗震性能好，桿件之間全部采用螺栓連接，便于安裝，操作簡便，受力明確。通過蘭州東川貨場中心站貨場雨棚工程，闡述了該鋼網架安裝的關鍵施工技術，為后續類似鋼網架的安裝提供參考。

關鍵詞：螺栓球節點  鋼網架  起步跨  高空散裝

項目概況

01

新建鐵路寶雞至蘭州客運專線東川貨場中心站貨場雨棚工程，其單區平面尺寸為172m×98.5m，4個區總面積68667.18㎡。整個結構為圓型鋼柱+鋼網架+屋面，屋蓋網架更大結構標高為16.02m，檐口標高為10.09m。

圖1  東川貨場雨棚結構形式

本屋蓋網架為正放四角錐雙跨鋼網架，節點形式為螺栓球，網架跨度為單跨40.5m，倆側懸挑8.75m；網架矢高2.4m。

圖2  立面結構形式

網架材料包含上弦桿、下弦桿、腹桿、螺栓球、錐頭、套筒、高強螺栓等。其主要節點圖如下：

圖3 螺栓球節點示意圖

鋼網架安裝施工工藝

02

2.1

總體安裝方案

由于本工程工期緊、任務重且場地條件復雜，不適合采用整體頂升或高空滑移的安裝方案，在綜合研究后并結合現場實際情況，決定采取“分塊安裝法”和“高空散裝”相結合的施工方案：以5軸～6軸網架為整體提升跨，即將5軸～6軸網架在地面拼裝后采用汽車吊吊裝就位；1軸～5軸和6軸～11軸為高空散裝區，即將此部分網架在5軸～6軸基礎上，向兩側高空推進安裝。采用此種方案，網架可多點作業，提高網架施工精度和進度。

圖4 施工分區示意圖

2.2

網架施工流程示意

圖5 步驟一：5～6軸網架地面拼裝

圖6 步驟二：吊裝5～6軸與A～B軸網架

圖7 步驟三：吊裝5～6軸與B～C軸網架

圖8 步驟四：向兩側推進，高空散裝4～5軸和6～7軸網架

圖9 步驟五：繼續推進安裝

圖10 步驟六：完成2～3軸和8～9軸網架安裝

圖11 步驟七：繼續向兩側推進安裝

圖12 步驟八：完成網架安裝

2.3

網架高空散裝

本項目采用高空散裝法，即把5～6軸在地面進行拼裝、吊裝就位后，以5～6軸為起點向兩側在高空推進散裝。

網架高空散裝時，首先將球節點和桿件拼裝成基本單元：一個下弦螺栓球和與其相連的其中一根下弦桿拼為一個基本單元，球與桿擰固到位；一個上弦螺栓球和與其相連的四根腹桿拼為一個基本單元，球與桿擰固到位。

圖13 拼裝示意

拼裝時應固定下弦球，確保下弦節點不位移，同時邊安裝邊用全站儀對各控制節點進行測量定位。

圖14 現場安裝

本工程網架安裝關鍵技術

03

3.1

起步跨吊裝

5～6軸起步跨整體吊裝采用雙機臺吊是本工程的重難點，針對工程特點及現場條件，根據起步跨重量及吊點設置，選擇合適噸位的吊車，同時做好雙機抬吊的驗算工作和專家論證工作，確保網架吊裝的平穩和安全。

3.2

計算機過程驗算

3.2.1起步跨整體吊裝過程驗算

本項目5～6軸網架在地面拼裝后，采用吊機吊裝就位，吊機安裝時采用四點起點，故采用MIDAS對吊裝過程進行模擬分析，確保結構在吊裝過程中的安全性。

5～6軸與A～B軸網架吊裝計算示意：

圖15 更大位移為26.5mm

圖16 更大應力為67 Mpa

3.2.2高空散裝安裝過程驗算

網架安裝完成分析圖:

圖17 分析示意

圖18 分析示意

圖19 分析示意

根據以上驗算：網架在吊裝和高空散裝過程中，結構變形及桿件應力均滿足規范要求，故施工安全。

3.3

吊點的合理選擇

在網架分塊吊裝過程中，如何選擇吊點，保證結構吊裝過程中的穩定和對位時的準確，是一大重點。其基本思路如下：

（1）采用AutoCAD軟件1:1實體建模；

（2）取得質心位置坐標；

（3）以質心位置為圓心，字母軸方向為母線，順時鐘方向每45°畫半徑，其與網架外框線交于4個點，形成4條線段。取線段中心點附近最近的節點作為該網架的吊點。

由于本工程為螺栓球結構，在吊點確定以后，不能使用常規的吊耳吊裝，故選擇網架球穿線吊裝的方式進行。即鋼絲繩穿過網架球兩側進行吊裝，如下圖所示：

圖20 吊點選擇

3.4

螺栓球高強螺栓擰入深度保證創新控制技術

本工程中將采用新型控制技術，控制螺栓球網架中高強螺栓擰入深度，確保螺栓擰入的有效長度。該技術為在高強螺栓淺槽區端部設置熒光涂層，套筒上除了常規的銷釘孔外，增加一個觀測孔，觀測孔與銷釘孔在套筒同一面上，位于高強螺栓擰緊時淺槽區端部對應位置。在施工時，通過觀察觀測孔處是否可能完全看到熒光涂層，判斷高強螺栓是否擰緊。此方法操作簡單，加工成本低，實現了通過肉眼直接判斷螺栓是否擰緊，避免了螺栓球節點可能出現的“假擰緊”問題。

圖21 高強螺栓擰入

3.5

鋼網架安裝誤差控制

本工程的網架安裝線路較長，安裝溫度變形、安裝精度變形，因此在安裝過程中會產生和安裝累計誤差。因此，在網架安裝時必須采取如下措施：

3.5.1網架拼裝誤差控制與消除設計、計算等技術措施

(1)根據施工經驗，采用計算機分析誤差樣本的方法，在深化設計中考慮由此引起的誤差。

(2)根據溫度變化，計算出熱脹冷縮的數值，在深化設計及施工過程中考慮。

(3)節點用激光全站儀進行定位，定位一榀后進行測量，拼裝完一榀后進行測量，安裝完一個節段后再測量，整個區段完成后最終進行測量。

(4)選擇合理的合攏時間，合攏處采用可調節點連接。

3.5.2網架拼裝誤差控制與消除的現場安裝控制措施

(1)每榀下弦節點、上弦節點安裝時，均應用水準儀、鋼卷尺測量高低度、水平度、幾何尺寸、撓度、做到每榀合格，整體合格。

(2)每拼裝三到五格再作一次全方面復檢，以利發現問題及時處理。

(3)整體拼裝后，作一次全面檢查和測量，確保不留下任何問題。

網架安裝注意事項

04

(1)鋼網架安裝后，在拆卸拉接時應注意同步，逐步拆卸，防止應力集中使網架產生局部變形； (2)鋼網架安裝后，如需吊裝檀條或屋面板時，應該輕拿輕放，嚴禁撞擊網架桿件致使變形； (3)鋼網架安裝后，應及時進行防腐涂裝工作；同時應注意成品的保護，勿在網架上方集中堆放物件。如有屋面板、檀條需要安裝時，也應在不超載情況下分散碼放。

鋼網架安裝施工工藝

05

大跨度弧形空間網架目前大量應用于飛機場、高鐵站、大型商場及工業廠房等，其優美的姿態及合理的受力特點被人們越來越青睞。本文的安裝工藝及主要關鍵技術取得了良好的經濟效果和安裝經驗，也為后續類似項目的施工提供了重要的借鑒作用。

參考文獻：

《建筑結構荷載規范》GB 50009-2012

《空間網格結構技術規程》 JGJ 7-2010

《鋼網架螺栓球節點》 JG/T 10-2009

《鋼結構工程施工質量驗收規范》GB 50205-2001  

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