螺栓球节点网架施工技术实例

/螺栓球节点网架施工技术提要：螺栓球节点网架现在已成为一种运用广泛的的屋盖承重结构，从结构力学角度上此种结构属于多次超静定空间结构体系。这种空间网架，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，杆件之间全部接受螺栓连接，便于安装，操作简便。现广泛用于公共建筑大跨度门厅、体育馆、展览厅、民航候机厅、工业厂房等屋盖承重结构。本文主要介绍螺栓球节点网架的施工过程。关键词：钢结构、网架、螺栓球节点、吊装一、工程概况本工程由会议中心和展览中心组成，总建筑面积47480m2。其中会议中心地下一层，建筑面积6190m2，地上四层，建筑面积25350m2*****会展中心俯视图会议中心为混凝土框架-剪力墙结构，局部钢网架屋盖，会议厅屋顶为马鞍造型，入口大厅为蒙古包式造型，建筑高度24m。展览中心为框架结构、钢屋架屋盖，建筑高度22.8m。该工程钢网架结构投影面积为16879m2，其中包括：会堂观众席，823m2；会堂舞台，1152m2，展厅，3以展厅为例，本工程为螺栓球节点双层异形钢网架，投影尺寸为60m×84.8m，正放四角锥形式，网格尺寸4m×4m，柱间支承。恒荷载：上弦层1.2kN/m2，下弦层0.0kN/m2；活荷载：上弦层0.5kN/m2，下弦层0.6kN/m2；风荷载：基本风压0.5kN/m2；温度荷载：±30º。抗震设防烈度为8度，网架轴线总尺寸为33m×33m，网架球节点接受45#钢。二、网架加工制作1、螺栓球的加工1.1螺栓球加工工艺流程如下：圆钢下料→返射炉锻烧→锻造毛坯球→加工定位螺纹孔→按图加工螺栓球各角度及孔径→打加工人员工号、螺栓球编号→防腐处理。1.2球坯用压力加工的钢锭锻造的黑皮锻件经正火处理，锻造球坯接受胎模锻。1.3丝锥攻螺纹过程加工，螺纹孔经抗拉强度检验合格后方能安装运用，螺栓球标记打在基准孔平面上。按图纸要求定角度、铣平面→钻螺纹底孔→倒角→丝锥攻螺纹。1.4加工螺纹孔及平面设备：运用加工中心机床或接受车、钻、镗、铣床配以专用工装，所用的专用工装，其转角误差不得大于10′。1.5螺纹孔及平面接受一次装夹加工，接受分工序加工时，必需有牢靠的技术措施。铣削平面：设计图规定的削平面数值不作测量用，而保证球中心至球平面距离尺寸精度。2、杆件制作2.1杆件都是由切管机下料，除锈后和经检验合格的端部零件(螺栓、封板、锥头、套筒)用自动焊接机焊接组装。其质量限制为管材的原材料检验，以及杆件长度检验，焊接检验等。2.2锥头、封板及其连接焊缝以及锥头的任何截面必需和相配的钢管一样，其焊缝宽度可依据钢管壁厚取2～5mm。封板厚度按实际受力大小计算确定，且不小于钢管外径的1/5。锥头底板厚度不小于锥头底部外径的1/5。3、杆件的焊接网架施工技术措施和质量管理措施：3.1焊接工艺3.1.13.1.23.1.3焊接方法：手工电焊弧焊、气体爱惜焊；3.1.4匹配焊条型号：E4303，焊条性能符合碳钢焊条的规定；3.1.5焊条和电流匹配参数焊条直径(mm)Φ3.2Φ4.0电流(A)100～130160～210底层焊道接受Φ3.2mm焊条3.1.6焊条按规范要求经过烘焙；3.1.7主要型式：焊缝为“V”型、长度严格按下料单下料，且保持管面平整。3.2钢管和封板或锥头成杆件时，钢管两端对接焊缝质量等级选择相应焊接材料进行施焊，并实行保证对焊接全熔透的焊接工艺。杆件组装饰焊时按图纸规定取配对的钢管、锥头或封板以及高强度螺栓在胎具上组装饰焊。接受网架杆件气保焊打底焊接和用手把焊焊接成型，并应符合成品杆件成品尺寸极限偏差和形位公差(如下表)：序号项目允许偏差(mm)抽取样本数量检查方法杆件成品长度±1.05%钢卷尺杆件轴线平直度L/1000，且不大于55%平台、塞尺锥头、封板端面和钢管轴线的垂直度0.5%r5%v型块百分表3.3钢网架杆件、支座及支托的加工制作主要为网架制作的焊接部分3.3.a、焊接材料外观及质量证明文件符合要求才可运用。b、多层焊接应连续施焊，其中每一层焊道焊完后应刚好清理，如发觉有影响焊接质量的缺陷，必需清除后再焊。c、要求焊成凹面的贴角焊缝，可接受船位焊接使焊缝金属和母材间平缓过度。d、焊缝出现裂纹时，焊工不得擅自处理，须审报焊接技术负责人查清缘由，订出修补措施后才可处理。e、严禁在焊缝区以外的母材上打火引弧。在坡口内起弧的局部面积应熔焊一次，不得留下弧坑3.3.a)用于制造杆件的钢材品种、规格、质量必需符合设计规定及相应标准。焊接用的焊条、焊剂应符合设计要求和钢结构焊接的特地规定。检验方法视察和检验出厂合格证。b)钢管杆件和封板、锥头的连接必需按设计要求进行焊接；当要求等强度连接时焊缝质量标准必需符合《钢结构工程施工及验收规范》GB50205-2001检验数量每种杆件抽测5%。且不少于5件。检验方法为超声探伤。c)钢管杆件和封板、锥头的焊缝检验，可对最不利位置或多数杆件进行抗拉强度试验。三、钢网架现场安装1、安装前的准备及安装方法的确定1.1、安装前准备工作1.1.1安装前对网架支座轴线和标高进行验线检查，网架轴线、标高位置必需安装前对支座混凝土强度进行检查，混凝土强度必需符合设计要求和国家现行有关标准的规定后才能安装。2、安装方法的确定大型网架的安装一般分为整体安装和高空散装两大类。整体安装分为整体吊装，整体提升、整体顶升三类；高空散装大体可分为全单件散装，分条、分块散装。该工程展厅长84米，宽60米，短向中间跨跨度48m，两边跨均为6m，共三道边梁，最上层为曲线形，最低标高11.235m，最高（H轴处）19.827m，网架矢高3.5m。由于柱顶标高相差约8.6m，给网架安装造成较大困难。经探讨，网架整体接受高空散装法，散装的起步为结构中间三跨（eq\o\ac(○,H)-eq\o\ac(○,L)），该三跨接受“地面组装—单跨吊装—空中拼装”的方法安装，起步三跨的组装和吊装，是高空散装法的起先。选择中间跨为起步点，有利于减小累积安装误差和累积挠度。展厅沿长向共有九跨，网架以eq\o\ac(○,K)-eq\o\ac(○,J)跨为中心，各跨中eq\o\ac(○,K)-eq\o\ac(○,J)跨网架用钢量最大，约为37吨，平面投影尺寸12m×48m=576m2，用钢量约为64kg/m2，所以拼装和吊装以eq\o\ac(○,K)-eq\o\ac(○,J)跨为例其他跨的拼装和吊装方法和本跨相同。3、确定安装程序安装准备验线放线支座安装网架单元的拼装网架单元组装成型检查验收网架就位整体安装完毕。4、网架的拼装4.1拼装方法示意图网架拼装方法为由中心向两边同时起先拼装。拼装过程中严格限制各小拼单元尺寸，直至全部网架拼装完毕，测量挠度和几何尺寸。4.2网架具体拼装先在地面进行安装，工地拼装所用的临时支柱可为小钢柱或小砖墩（顶面做10cm厚的细石混凝土找平层）临时支柱的数量和位置，为保证拼装网架的稳定，每个立体网格下弦球设一个临时支柱，随网架找坡的变更，小钢柱的高度随起拱要求相应提高。第一步：先把支座球D620V、F472，球C621、C622、D602、C603、C624、D605找出，下弦杆件X1C8V、X1C10、X3CA88、X2A78、X1C8、X1C10、X3A89、X5A47V、X6A13、X5A48（共用2根）、找出，并相连接，组装成长方型；其次步：找出上弦球D276、B277、E278，复杆F6A5V、F1A91、F4A14、F1A90、F1A93（共用3根）、F3A30、F4A13、F1A90、F7A2、F5A18，上弦杆S4A49、S3A71，依据安装图纸，把它们和上、下弦球相连接，组成网架型；第三步：起先用人字型三角锥拼装，先把球D257和下弦杆S2A52、上弦杆F3A26、F5A17相连接组成一个人字三角锥，然后，把这个三角锥中杆件的另一头和先安装好的球D603、D603、D276相连接，这是上三角锥的连接；第四步：下三角锥拼装，先把球B584和下弦杆X2A74、X1C13、S2A52、复杆F1A94相连接组成一个人字三角锥，然后，把这个三角锥中杆件的另一头和先安装好的球D602、B257相连接，这是下三角锥的连接；第五步：上三角锥拼装，先把球C258和下弦杆S1B39、、上弦杆S2A65、复杆、封板F3A29、F5A21相连接组成一个人字三角锥，然后，把这个三角锥中杆件的另一头和先安装好的球B257、C603、C298相连接；第六步：下三角锥拼装，先把球B585和下弦杆X1B92、复杆F3A31、F1A93相连接组成一个人字三角锥，然后，把这个三角锥中杆件的另一头和先安装好的球B297、C603、C298相连接；第七步：单安装X1C11和球B585连接第八步：上三角锥拼装，先把球D299和下弦杆S4A35、上弦杆S2A63、复杆F2A22、F5A19相连接组成一个人字三角锥，然后，把这个三角锥中杆件的另一头和先安装好的球C258、C604、E278相连接；第九步：下三角锥拼装，先把球C286和下弦杆X2A75、复杆、F2A23、F1A91相连接组成一个人字三角锥，然后，把这个三角锥中杆件的另一头和先安装好的球C298、C604、BD299相连接；第十步：下三角锥拼装，先把球C286和下弦杆X2A75、复杆、F2A23、F1A91相连接组成一个人字三角锥，然后，把这个三角锥中杆件的另一头和先安装好的球C298、C604、BD299相连接；第十一步：下三角锥拼装，先把球D587和下弦杆X1C8、X3A82、复杆F5A19相连接组成一个人字三角锥，然后，把这个三角锥中杆件的另一头和先安装好的球C586、C605、D299相连接；这样组装后，就安装成了两个单元格，以下的安装方法和以上的安装方法相同，依据图纸所标的杆件号、球号，以第三步的安装方法，进行余下的安装，直至安装到=5\*GB3eq\o\ac(○,K)-=6\*GB3eq\o\ac(○,J)跨的另一头支座球F472、D469。5、拼装完成单元体的检查验收单元体拼装是网架安装的基础工作，也是质量保证的基础，必需严格限制拼装质量，为网架总拼装打好基础。网架单元体拼装的允许偏差见下表：拼装单元体的允许偏差(mm)：项目允许偏差单元长度≤20M拼装长度单跨±10.0多跨连续±5.0单元长度＞20M拼装长度单跨±20.0多跨连续±10.0四、网架的吊装1、安装依次首先在地面安装eq\o\ac(○,15)-eq\o\ac(○,16)轴部分，然后整体吊装到柱顶；再在地面安装eq\o\ac(○,9)-eq\o\ac(○,15)轴部分，然后整体吊装到柱顶；最终将=8\*GB3⑧-=9\*GB3⑨部分散装完成。2、吊装验算由于第一段和第三段的自重较轻，吊装时运用一台吊车进行吊装即可。这里只进行其次段吊车的吊装验算。首先确定接受吊车的数量及吊点的布置位置。由于其次段自重约37吨，单片网架尺寸较大（48m×12m），依据阅历，确定接受四台汽车吊联合作业。经分析，确定了四个吊点位置，每个吊点用钢丝绳绑扎两个下弦球节点，以使结构受力匀整。下面计算每个吊点须要吊车供应的提升力。建立计算模型：利用MST2002软件，将其次段结构模型按设计图纸录入电脑，如下图所示：设定支撑条件：在对应4个吊车吊点的8个下弦球处设置竖直向上的支撑，使其只能发生水平位移和转动，不能发生竖向位移，以近似模拟吊绳约束。确定荷载条件：将自重荷载考虑30％的保险系数施加到建好的模型上，其他荷载均设为零。计算并整理结果：通过计算，找出8个被约束的下弦球处的竖向约束反力，将其按分组相加，便得出每个吊点须要的竖向起重力，如下图所示，这个起重力可以作为选择吊车型号的依据。其次段吊装验算结果（单位：KN）另外，结构内力计算结果表明：结构内力分布匀整，没有发觉超限的杆件和节点。3、选择吊车型号依据吊装验算结果，确定吊装其次段网架接受四辆汽车吊，另外，为了减小网架跨中挠度，吊点位置没有选择在边缘下弦节点上，而是选择在距边缘2个网格处的下弦节点上，如下图所示：确定四台吊车型号。依据吊装相关规范，确定的原则为：上述理论计算得出的起重力，在吊车臂长和仰角能够满足吊装要求的前提下，不能高于此时吊车实力的75％。1＃吊点：须要起重力为133.5kN，则吊车相应起重实力不得低于133.5÷75％＝178.0kN；2＃吊点：须要起重力为131.4kN，则吊车相应起重实力不得低于131.4÷75％＝175.2kN；3＃吊点：须要起重力为108.6kN，则吊车相应起重实力不得低于108.6÷75％＝144.8kN；4＃吊点：须要起重力为106.8kN，则吊车相应起重实力不得低于106.8÷75％＝142.4kN。据查，50t、70t汽车吊现场条件下的最大起重实力分别为160kN和379KN，故选两辆70t汽车吊作为1#、2#吊车，选择两辆50t汽车吊作为3#和4#吊车。4、确定吊装依次首先用一辆50吨的汽车吊将第三段吊到柱顶相应位置并将支座安装坚实，然后起先其次段网架的吊装。1＃到4＃四辆吊车分别按依次站在其次段网架的两侧，调整其站位、臂长和仰角，使他们能满足吊装的须要。四台吊车联合作业，将其次段网架抬上空中就位，将其次段网架和第三段网架间的弦杆和腹杆装上并将螺栓拧紧。再将其次段网架北侧的两个支座固定在柱端。至此，四台吊车照旧保持工作，使网架中部挠度不致过大。另用一台25吨吊车协作将第一段网架在空中散装完成，并将支座固定在柱端。此时四台吊车才起先松绳，本次吊装完毕。5、吊装第三段网架在吊第三段网架（eq\o\ac(○,K)-eq\o\ac(○,J)/eq\o\ac(○,15)~eq\o\ac(○,16)）时，将汽车吊的四根钢丝绳用卡环分别卡在eq\o\ac(○,K)、eq\o\ac(○,J)、eq\o\ac(○,15)、eq\o\ac(○,16)轴中间的四个下弦球节点上，并把靠近eq\o\ac(○,J)轴的二球节点钢丝绳多绕一道，使吊起后eq\o\ac(○,K)轴低eq\o\ac(○,J)轴高。6、吊装其次段网架依据吊装验算结果，四台吊车每台吊车的吊点都用两根钢丝绳卡在网架下弦一网格的两个球节点上，每侧两台吊车的吊点应在一条水平直线上，留意绳的位置不能绑错，应严格和吊装验算一样，否则可能产生严峻后果。起吊前必需先在地面试吊，当起吊网架离地时，停住立即检查各吊点，并检查各根钢丝绳的工作受力状况，检查各吊车起重力是否在平安范围内。检查无误后，起吊离地200mm后立刻停下，再细致检查一遍吊点、钢丝绳，检查完后再落地，检查各吊点受力状况，各节点是否松动，检查时随时拧紧加固。检查完后，再准备起吊，当eq\o\ac(○,K)轴离开地面时1#、2#吊车停吊，eq\o\ac(○,J)轴边3#、4#吊车再起高550mm左右，看eq\o\ac(○,K)eq\o\ac(○,J)轴支座下平面相对成水平，停吊特别钟，视察网架状况及各节点、整体是否有变动和异样现象，吊车起重力是否正常，一切正常则可以统一指挥四台吊车缓慢起吊，过程中发觉异样，立刻停吊，如无异样，慢慢上升，直到网架各部位高于柱顶。统一指挥调整方位，柱顶特地设人视察位置，调正到轴线，将支座落到柱顶，吊车不能放