大跨度螺栓球網架結構施工技術摘 要：結合天津輕軌休閑娛樂區車站工程,詳細介紹了大跨度螺栓球形節點網架結構的安裝及施工注意事項。關鍵詞：大跨度螺栓球網架 栓接 施工1 工程概況 天津輕軌項目是天津市重點工程,其中休閑娛樂區車站總建筑面積為3390m2,車站長120m,為框架剪力墻結構。屋架為正方四角錐螺栓球形空間網架結構,其頂部大屋架為90m×47.5m的長方形,28根直徑為1.2m的柱子分布在站臺兩側,其頂部由28個支座支撐整個屋架。網架軸線平面尺寸為90m×47.5m,高度為1.5m。網架總重100.4,t總的節點數為1128個,總的桿件數為2464根。2 屋架結構形式 天津輕軌休閑娛樂區車站屋架外形為平板形,屋架采用正交空間桁架結構體系。主桁架垂直與線路中線方向橫向布置,均支承在10.3m高的28個支撐鋼柱上。屋架所有桿件均采用空心圓鋼管,節點采用相貫線直接交匯螺栓球連接。四周懸挑部分為倒三角形的空間桁架結構,懸挑長度為3.8m。整個屋架以28個弧形支座為支承點,支座處節點采用螺栓球節點,支座選用金屬彈簧抗震支座。網架四坡起拱,起拱高度為150mm。網架平面如圖1所示。
3 工程特點及難點 屋架結構是由縱向主桁架、懸挑桁架及支托組成的空間結構。高空拼裝過程中,在屋面拉桿未安裝前各構件的受力狀況與設計受力狀況是不同的,施工過程中的主要施工工況需計算核定。 由于工程跨度大、重量大、構件尺寸大,在組裝和拼裝過程中的剛度、穩定性、撓度、桿件內力等要進行施工驗算,必要時需采取加固措施。 由于工程構件長度及截面尺寸都較大,整體連接必須在工地進行,這就要求對施工組織、工廠生產調度、構件運輸調度等問題要精密組織,保證工地順利拼裝。 控制屋架下沉量為本工程的難點之一。屋架安裝需要根據安裝方案進行工況計算,以滿足拆除臨時支撐后的工況內力接近屋架在該階段的設計內力。屋架材料安裝完畢拆除支撐后,中點撓度值應小于19cm。4 主要施工方法4.1 空心鋼球及鋼管桿件的制作 為了保證網架的安裝質量,所有空心鋼球節點和鋼管桿件均在工廠集中加工。鋼球采用胎膜加工,原材料為45號鋼。采用車床切邊,加工允許公差為:直徑偏差±1mm,球橢圓度偏差<1mm。鋼管桿件長度允許偏差為±1mm,桿件端面與桿軸線必須垂直,其允許偏差為0.5%R(R為鋼管半徑),鋼管桿件的最大彎曲不得大于1/1000桿長。4.2 鋼網架的安裝 以計算機模擬理論為依據和指導,制定了詳細的拼裝方案。根據工程結構特點和施工現場平面布置情況,在地面搭設腳手架工作平臺,在腳手架上平鋪木板,然后在腳手架工作平臺上組拼網架,網架的拼裝采用空中散裝法進行施工。 根據網架結構的實際情況和左右對稱的特點,為了減小網架在拼裝工程中的誤差積累,整體網架的組拼應從起步單元8軸、9軸之間開始,先組拼起步單元的縱橫軸,隨時校正尺寸,在認為起步單元網架無誤后方可從中心向兩側展開。拼裝過程中由扒桿將桿件吊裝到位,在設計位置進行拼裝栓接。 (1)組裝施工平臺 首先將原地面進行地基處理,確認能夠滿足承載力要求后再搭設腳手架施工平臺,頂面采用1cm厚木板平鋪,平臺平面尺寸應大于網架1m左右,施工平臺頂面標高應低于下層網架標高300mm。 (2)起步單元的組拼 直接將單根桿件、單個節點拼裝成網架,在拼裝過程中每個節點的位置都應測量復核。起步單元的網架安裝完成后,立即進行自檢,保證所有節點處的螺栓緊固到位。進行定位電焊(每個支座處焊接3點),以保證網架在后面的安裝過程中不產生位移。然后分別以起步單元為中心向兩個方向同時拼裝。 (3)基本單元的拼裝 起步單元以外的網架采用空中散裝法進行拼裝, 首先拼裝小單元,然后再總拼成網架,拼裝時把網架根據實際情況合理地分割成小單元體,最后形成整個網架。首先選擇1個上弦三角錐,用1根上弦水平桿、3根腹桿和1個上弦球拼出1個符合設計要求的單元錐體(見圖2)。拼裝時應將單元錐體節點球處的所有螺栓全部擰到位。拼完此錐體后應進行校正,下弦矩形對角線誤差不應超過1mm,符合上述規定即為合格,可以進行下一步施工。 (4)網架的整體拼裝 拼完單元錐體之后即可進行整體網架的組拼。首先按照設計要求安裝下弦節點,再安裝水平桿件,調整無誤后擰緊螺栓。安裝下弦節點球時,為了防止網架下垂,應先在下弦節點球處搭設臨時支撐架,對于有起拱的位置其臨時支撐架頂面應符合設計標高要求。安裝完下弦桿件即可安裝上弦桿件,利用已經拼裝好的單元錐體進行拼裝,最后再安裝斜桿,經調整無誤后擰緊螺栓,這樣就拼出一個完整的整體單元了。之后以此類推,拼出整體網架。拼裝過程中應隨時校正尺寸,確認符合設計要求后方可進行下一整體單元的安裝。 網架拼裝施工工藝流程如圖3所示。5 關鍵工序的質量控制5.1 材料 屋架使用的各種材料必須有原材料質量證明書和出廠合格證。鋼材還應有機械性能、化學成分分析報告。對材料的規格、外觀質量、標志、爐號、批號認真進行驗收。5.2 測量 為了保證整個施工過程的誤差處于受控狀態,施工中采用了全過程定點跟蹤測量方法,每部分結構都設置了測量控制點。在桿件安裝、螺栓球安裝過程中,每天早、中、晚各進行1次測量并記錄控制點的軸線標高和垂直度誤差結果,將結果在分析之后提交給施工人員,以便及時調整、控制誤差。6 結束語 本工程在施工過程中應用了許多新工藝、新材料,通過上述措施,鋼屋架的安裝精度和焊接質量均達到有關國家標準和設計要求。參考文獻[1] 王國周,瞿履謙.鋼結構原理與設計.北京:清華大學出版社,2001
3 工程特點及難點 屋架結構是由縱向主桁架、懸挑桁架及支托組成的空間結構。高空拼裝過程中,在屋面拉桿未安裝前各構件的受力狀況與設計受力狀況是不同的,施工過程中的主要施工工況需計算核定。 由于工程跨度大、重量大、構件尺寸大,在組裝和拼裝過程中的剛度、穩定性、撓度、桿件內力等要進行施工驗算,必要時需采取加固措施。 由于工程構件長度及截面尺寸都較大,整體連接必須在工地進行,這就要求對施工組織、工廠生產調度、構件運輸調度等問題要精密組織,保證工地順利拼裝。 控制屋架下沉量為本工程的難點之一。屋架安裝需要根據安裝方案進行工況計算,以滿足拆除臨時支撐后的工況內力接近屋架在該階段的設計內力。屋架材料安裝完畢拆除支撐后,中點撓度值應小于19cm。4 主要施工方法4.1 空心鋼球及鋼管桿件的制作 為了保證網架的安裝質量,所有空心鋼球節點和鋼管桿件均在工廠集中加工。鋼球采用胎膜加工,原材料為45號鋼。采用車床切邊,加工允許公差為:直徑偏差±1mm,球橢圓度偏差<1mm。鋼管桿件長度允許偏差為±1mm,桿件端面與桿軸線必須垂直,其允許偏差為0.5%R(R為鋼管半徑),鋼管桿件的最大彎曲不得大于1/1000桿長。4.2 鋼網架的安裝 以計算機模擬理論為依據和指導,制定了詳細的拼裝方案。根據工程結構特點和施工現場平面布置情況,在地面搭設腳手架工作平臺,在腳手架上平鋪木板,然后在腳手架工作平臺上組拼網架,網架的拼裝采用空中散裝法進行施工。 根據網架結構的實際情況和左右對稱的特點,為了減小網架在拼裝工程中的誤差積累,整體網架的組拼應從起步單元8軸、9軸之間開始,先組拼起步單元的縱橫軸,隨時校正尺寸,在認為起步單元網架無誤后方可從中心向兩側展開。拼裝過程中由扒桿將桿件吊裝到位,在設計位置進行拼裝栓接。 (1)組裝施工平臺 首先將原地面進行地基處理,確認能夠滿足承載力要求后再搭設腳手架施工平臺,頂面采用1cm厚木板平鋪,平臺平面尺寸應大于網架1m左右,施工平臺頂面標高應低于下層網架標高300mm。 (2)起步單元的組拼 直接將單根桿件、單個節點拼裝成網架,在拼裝過程中每個節點的位置都應測量復核。起步單元的網架安裝完成后,立即進行自檢,保證所有節點處的螺栓緊固到位。進行定位電焊(每個支座處焊接3點),以保證網架在后面的安裝過程中不產生位移。然后分別以起步單元為中心向兩個方向同時拼裝。 (3)基本單元的拼裝 起步單元以外的網架采用空中散裝法進行拼裝, 首先拼裝小單元,然后再總拼成網架,拼裝時把網架根據實際情況合理地分割成小單元體,最后形成整個網架。首先選擇1個上弦三角錐,用1根上弦水平桿、3根腹桿和1個上弦球拼出1個符合設計要求的單元錐體(見圖2)。拼裝時應將單元錐體節點球處的所有螺栓全部擰到位。拼完此錐體后應進行校正,下弦矩形對角線誤差不應超過1mm,符合上述規定即為合格,可以進行下一步施工。 (4)網架的整體拼裝 拼完單元錐體之后即可進行整體網架的組拼。首先按照設計要求安裝下弦節點,再安裝水平桿件,調整無誤后擰緊螺栓。安裝下弦節點球時,為了防止網架下垂,應先在下弦節點球處搭設臨時支撐架,對于有起拱的位置其臨時支撐架頂面應符合設計標高要求。安裝完下弦桿件即可安裝上弦桿件,利用已經拼裝好的單元錐體進行拼裝,最后再安裝斜桿,經調整無誤后擰緊螺栓,這樣就拼出一個完整的整體單元了。之后以此類推,拼出整體網架。拼裝過程中應隨時校正尺寸,確認符合設計要求后方可進行下一整體單元的安裝。 網架拼裝施工工藝流程如圖3所示。5 關鍵工序的質量控制5.1 材料 屋架使用的各種材料必須有原材料質量證明書和出廠合格證。鋼材還應有機械性能、化學成分分析報告。對材料的規格、外觀質量、標志、爐號、批號認真進行驗收。5.2 測量 為了保證整個施工過程的誤差處于受控狀態,施工中采用了全過程定點跟蹤測量方法,每部分結構都設置了測量控制點。在桿件安裝、螺栓球安裝過程中,每天早、中、晚各進行1次測量并記錄控制點的軸線標高和垂直度誤差結果,將結果在分析之后提交給施工人員,以便及時調整、控制誤差。6 結束語 本工程在施工過程中應用了許多新工藝、新材料,通過上述措施,鋼屋架的安裝精度和焊接質量均達到有關國家標準和設計要求。參考文獻[1] 王國周,瞿履謙.鋼結構原理與設計.北京:清華大學出版社,2001