乌兰察布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，其节点为乌兰察布螺栓球节点，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。这种弧形乌兰察布网架，结构新颖美观，乌兰察布杆件规律性强，网格划一，整体性好，空间刚度大，抗震性能好，乌兰察布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乌兰察布工程，阐述了该钢乌兰察布网架安装的关键乌兰察布施工技术，为后续类似钢乌兰察布网架的安装提供参考。

关键词：乌兰察布螺栓球节点  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乌兰察布工程，其单区平面尺寸为172m×98.5m，4个区总面积68667.18㎡。整个结构为圆型乌兰察布钢柱+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，节点形式为乌兰察布螺栓球，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

钢网架安装乌兰察布施工工艺

02

2.1

总体安装方案

由于本乌兰察布工程工期紧、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”相结合的乌兰察布施工方案：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，首先将球节点和乌兰察布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、大型商场及工业乌兰察布厂房等，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：

《乌兰察布建筑结构荷载规范》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

《乌兰察布钢结构工程施工质量验收规范》GB 50205-2001  

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