大跨度空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的施工探討

劉宗瓊

（貴州建工集團有限公司 貴州貴陽 550003）

大跨度空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的施工探討

劉宗瓊

（貴州建工集團有限公司 貴州貴陽 550003）

網(wǎng)架是由鋼構(gòu)件（鋼管或角鋼）及其連接配件組成的空間結(jié)構(gòu)體系。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的特點是剛度大，整體性好，抗震性能力強，自重輕，節(jié)約鋼材，可適用于各種跨度及平面形狀的建筑，加強對空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)安裝方法的研究，總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，為以后大跨度的安裝提供有益的借鑒，是非常必要和有意義的。本文以具體工程實際為例，通過建立力學(xué)模型進行計算分析，運用切實可行的施工方法，工程施工達到預(yù)期效果。

大跨度；空間；網(wǎng)架結(jié)構(gòu)；施工

1 引言

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進步，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)在建筑中的運用越來越廣泛，目前主要應(yīng)用于大、中型跨度的公共建筑中，如體育館、飛機庫、展覽館和候車大廳等，大跨度結(jié)構(gòu)建筑物建造所采用的技術(shù)已成為衡量一個企業(yè)建筑技術(shù)水平的一個重要標(biāo)志。

分段吊裝技術(shù)在我國具有較早的發(fā)展歷史，但隨著網(wǎng)架結(jié)構(gòu)跨度的增大，結(jié)構(gòu)形式也更復(fù)雜，施工難度亦更大，特別是施工方案對工程質(zhì)量、進度、成本的影響更大。我公司在對重慶市輕軌2號線白居寺項目施工的實踐中，采用地面組裝、整體吊裝、高空散裝相結(jié)合的方式，順利地完成了該項目運用庫的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)施工，取得了良好的效果。

2 工程概況

本工程運用庫主要用于夜間停放輕軌車輛，地面共12條軌道。屋面為螺栓球節(jié)點雙層正放四角錐網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，跨度為65.6m 與34.0m連續(xù)跨，向外分別懸挑10.5m與1.5m，總寬108.6m，總長264.6m。共23個軸線，按設(shè)計圖分為一區(qū)（5～16軸）和二區(qū)（16～27軸），一區(qū)長132.6m、二區(qū)長132.0m。支座采用下弦對邊支撐，支座高0.35m，支座為平板支座及橡膠支座。

3 施工工藝技術(shù)

3.1 網(wǎng)架安裝工藝流程（如圖1）

施工準(zhǔn)備→支座復(fù)核→地面拼裝三角架→起步網(wǎng)架安裝→小單元吊裝→校正→分塊吊裝→合攏→校正→支座焊接→涂漆→驗收。

圖1 吊裝作業(yè)先后順序流程圖

3.2 網(wǎng)架安裝施工方法

首先在地面拼裝完成N-S軸/15-16軸部分，而后采用4臺 30t的吊車將網(wǎng)架整體吊裝就位，形成一區(qū)網(wǎng)架的起步架，而后采用2臺30t的吊車，同時使用吊裝三角錐方法進行高空散裝A-N軸/15-16軸區(qū)域與N-S軸/14-15軸區(qū)域。

3.3 螺栓球節(jié)點網(wǎng)架拼裝質(zhì)量檢查標(biāo)準(zhǔn)

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)相關(guān)節(jié)點、桿件、連接件的規(guī)格及焊接材料應(yīng)滿足設(shè)計規(guī)范要求。

網(wǎng)架整體安裝完成后，應(yīng)對螺栓球節(jié)點進行外觀檢查，同時對螺栓球未擰緊的部位，均應(yīng)做好詳細記錄。

各桿件與節(jié)點連接時中心線應(yīng)交匯于一點，螺栓球、焊接球應(yīng)交匯于球心，其偏差值不得超過1mm。

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)總拼完后及屋面施工完后應(yīng)分別測量其撓度值；所測的撓度值，不應(yīng)超過設(shè)計值的1.15倍[1]。

3.4 質(zhì)量技術(shù)保證措施

3.4.1 鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量保證措施

所有原材料、零部件應(yīng)具有產(chǎn)品合格報告，出廠檢驗報告，進場后均應(yīng)進行復(fù)檢，合格后方可使用。

網(wǎng)架在進行組裝的過程中，應(yīng)隨時檢查其基軸線位置、標(biāo)高及垂直度，若發(fā)現(xiàn)偏差量超過設(shè)計及施工規(guī)范要求，應(yīng)及時進行糾正。

網(wǎng)架安裝應(yīng)注意支座的受力情況，應(yīng)按照設(shè)計要求和產(chǎn)品說明進行支座安裝。

3.4.2 網(wǎng)架質(zhì)量通病控制措施（如表1）

表1 網(wǎng)架質(zhì)量通病控制措施

4 相關(guān)計算書

4.1 吊車型號選擇計算書[3]

制約吊車型號選擇的主要因素有：①單件組裝網(wǎng)架的重量及幾何尺寸；②專業(yè)分包單位重慶單軌公司安裝地面軌道PC梁后的梁間尺寸；③網(wǎng)架的吊裝高度；④吊車的最小工作幅度，確定了以上4點，吊車的選型即可確定，具體如表2。

表2 網(wǎng)架的安裝方式、吊裝重量及幾何尺寸

故單臺吊車的單件起吊重量最大值為：19.17/4=4.79t，含吊鉤重量，則按5t考慮計算。

專業(yè)分包單位重慶市單軌公司室內(nèi)地面軌道安裝PC梁后的梁間尺寸：

PC梁安裝完成后，經(jīng)圖上查詢PC梁間可共吊車行進及回旋的寬度最窄處為6m（該尺寸已扣除PC梁的保護架體尺寸）。

網(wǎng)架的吊裝高度：

柱頂支柱處標(biāo)高10.15m，鋼絲繩吊點與網(wǎng)架頂部高度2m，網(wǎng)架的高度4.7m，吊鉤與吊車主臂的距離為2m，故吊臂的頂部距地面的高度為：10.15+2+4.7+2=18.85m。

吊車的最小工作幅度：

吊臂定部距地面18.85m，吊臂的仰角按65°考慮，吊車的工作幅度為：

L=18.85/tan65°=8.79m（選擇9～10m的工作幅度）。

則主臂的長度：LZ=18.85/sin65°=20.79m（選擇21m的主臂長度）。

故吊車的型號選擇需滿足：

工作幅度：9～10m、吊裝高度：18.85m、主臂長度能達到21m、主臂仰角能達到65°、單件吊裝重量需達到5t（含吊鉤重量）、工作時的旋轉(zhuǎn)半徑3m內(nèi)。

經(jīng)查詢，擬選用30t吊車進行吊裝作業(yè)，該型號吊車旋轉(zhuǎn)半徑2.5m、在10m的工作幅度、主臂長度在24m時的起重量為6.95t，工作負荷為5/6.95=71.9%；符合要求。

4.2 鋼絲繩選擇計算書

4.2.1 吊裝構(gòu)件重量計算

吊裝構(gòu)件重量按最重的N-S軸整體吊裝部分考慮，其單件吊裝單臺吊車分?jǐn)傊亓繛椋?9.17/4=4.79t，含吊鉤重量，按5t計算考慮。

4.2.2 鋼絲繩拉力計算

式中：N-每根鋼絲繩索具的受拉力；G-構(gòu)件質(zhì)量的一半；n-吊索根數(shù)；α-吊索鋼絲繩與網(wǎng)架水平夾角；P-吊索鋼絲繩的破斷拉力；K1-吊裝時動載系數(shù)，取1.2；K2-吊索鋼絲繩的安全系數(shù)，取6。

構(gòu)件質(zhì)量G=50kN，α取45°。

擬選用6×37+1鋼絲繩，鋼絲繩直徑φ26mm，公稱抗拉強度1550N/mm2，破斷拉力總和388.5kN。

鋼絲繩容許拉力可按下式計算：

式中：[Fg]-鋼絲繩的容許拉力（kN）；Fg-鋼絲繩的鋼絲破斷拉力總和（kN），取Fg=388.5（kN）；α-考慮鋼絲繩之間荷載不均勻系數(shù)，α=0.82；K-鋼絲繩使用安全系數(shù)，取K=6。

經(jīng)計算得[Fg]=0.82×388.5/6=53.10（kN）

故選用6×37+1鋼絲繩，鋼絲繩直徑φ26mm，公稱抗拉強度1550N/mm2，破斷拉力總和388.5kN，鋼絲繩滿足要求。

4.3 吊車抗傾覆驗算（如圖2）

為保證汽車吊在吊裝過程中的穩(wěn)定，需進行抗傾覆驗算，即需使穩(wěn)定力矩大于傾覆力矩。以整體吊裝構(gòu)件為驗算對象，查《起重機設(shè)計規(guī)范》可知：

式中：KG——自重加權(quán)系數(shù)，取1；KQ-起升荷載加權(quán)系數(shù)，取1.15；KW-風(fēng)動載加權(quán)系數(shù)，取1；MG、MQ、MW-汽車吊自重、起升荷載、風(fēng)動荷載對傾覆邊的力矩，N·m。

圖2 汽車吊工作時受力簡圖

圖中：G-汽車吊自重，取32.2t；Q-起升物重量，考慮4臺機抬吊，取5t；W-風(fēng)動載，按起升物重量的20%考慮；a-汽車吊重心至支腳傾覆支點的距離，支腿全伸6.6m，故a取3.3m；R-汽車吊工作半徑，最大取8.79m；h-風(fēng)動載合力點高度。

故穩(wěn)定性滿足要求。

4.4 獨立鋼柱支撐穩(wěn)定性驗算[4]

鋼柱支撐規(guī)格φ219×7mm，鋼管截面積A=46.62cm2，慣性矩I=2605.11cm4，截面模量W=239.46cm3，回轉(zhuǎn)半徑i=7.48cm；并在其底部焊接3mm厚500mm×500mm鋼板，鋼柱支撐的單根長度為l0=12m，取最大跨布置間距為橫向9m、縱向6m的進行驗算。

該跨度鋼柱支撐支撐的重量為：9×6×0.045=2.43t，共設(shè)置鋼支撐4根，則分配至單根鋼柱支撐的軸向力為：2.43×10/4= 6.1kN，鋼柱受力按軸心受壓考慮，另為確保安全，鋼柱支撐的軸心壓力再有意的考慮1.5的安全系數(shù)，則立桿的軸向力值為：N= 6.1×1.5=9.15kN。

長細比λ=l0/i=1200/7.48=160.43。

根據(jù)立桿穩(wěn)定性計算公式：

式中：N-立桿軸向力值，N=9.15kN；φ-軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)，根據(jù)長細比查表得φ=0.274；f-鋼材抗壓強度；查表Q235鋼抗拉、抗壓和抗彎強度設(shè)計值f=205N/mm2。

故鋼支撐穩(wěn)定性滿足要求。

5 結(jié)語

本工程運用庫空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)在施工過程中采用地面組裝、整體吊裝、高空散裝相結(jié)合的方式，對施工組織管理、施工技術(shù)措施等方面進行了合理的優(yōu)化，有效地保證了工程施工質(zhì)量和施工進度。

[1]《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》（GB50205-2001）[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2001.

[2]王景文.鋼結(jié)構(gòu)工程施工與質(zhì)量驗收手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003.

[3]丁克勝.土木工程施工[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2009.

[4]《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50017-2003）[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003.

TU765

A

1673-0038（2015）24-0067-03

2015-5-20

劉宗瓊（1970-），男，苗族，貴州松桃人，高級工程師，本科，主要從事工作和研究方向為建筑工程施工技術(shù)管理。