螺栓球节点钢网架安装施工关键技术

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，其节点为吕梁螺栓球节点，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。这种弧形吕梁网架，结构新颖美观，吕梁杆件规律性强，网格划一，整体性好，空间刚度大，抗震性能好，吕梁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吕梁工程，阐述了该钢吕梁网架安装的关键吕梁施工技术，为后续类似钢吕梁网架的安装提供参考。

关键词：吕梁螺栓球节点  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吕梁工程，其单区平面尺寸为172m×98.5m，4个区总面积68667.18㎡。整个结构为圆型吕梁钢柱+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，节点形式为吕梁螺栓球，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

钢网架安装吕梁施工工艺

02

2.1

总体安装方案

由于本吕梁工程工期紧、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”相结合的吕梁施工方案：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，首先将球节点和吕梁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、大型商场及工业吕梁厂房等，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：

《吕梁建筑结构荷载规范》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

《吕梁钢结构工程施工质量验收规范》GB 50205-2001  

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