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试深度分析钢结构网架结构与网架吊装

来源:本站原创 发布时间:2016年06月18日 阅读

钢结构网架结构是目前国内大型体育场馆、工业厂房、影剧院、侯车厅等建筑常用的屋盖形式。这种新样式结构的方法是依赖钢体自身的受力,用螺栓球把一根根钢柱连接在一起相互交错支撑,网结成各种形态不一的屋盖空间。从小至几米的会议室到大至跨度几百米的工业厂房,这些都是空间网架结构所适宜的范围。

1、钢结构网架结构的型态奔放舒展。它既含概了古典建筑的韵律美,又有现代造型艺术的浪漫性。因此,越来越多的建筑师利用它的坚固性和艺术性来设计构筑大型屋顶骨架。这种新颖美观的网架结构。为现代建筑构筑了新的物体形像。

2、钢结构网架是一种多次超稳定空间结构。正是由于结构的多次超稳特征和相对其它结构它所特有的造型灵活程度。结构内力计算通常采用矩阵位移法。矩阵介次要根据工程情况而定,简单的工程其矩阵介次也要达上万次。复杂一些的工程其矩阵介次难以数计。即使用计算机采用高斯迭代法,计算一次也要数小时。因为结构内力计算工作量大,施工图设计难度高,在计算机辅助设计程度未完成之前,大大限制了网架结构的推广使用。

钢结构网架结构在今天诸多的大型场馆中得以施用,从建筑学的角度讲,这是建筑结构和建筑材料上的一场革命。从建筑物体的艺术观感上讲,网架结构的多样性造型变化。为人民群众的生产、生活空间,增添了艺术感。空间网架结构,还有施工材料轻,安装便利等优点。同时,由于建筑材料是组合受力,它还有抗震性能好的特异功效。

钢结构网架是现代建筑科学百花园中的一支奇花。近十多年来,它在我国得以大面积的应用和推广,放眼望去,这道亮丽的城市风景线,正向着更加辽阔的地域伸延。

网架结构特点:

1、网架是由许多杆架组成的网状结构。是高次超静定的空间结构。网架结构可分为平板网架和曲面网架两种。

2、平板网架采用较多,其优点是:空间受力体系,杆件主要承受轴向力,受力合理,节约材料整体性能好,刚度大,抗震性能好。杆件类型较少,适于工业化生产。

3、平板网架可分为交叉桁架体系和角锥体系两类。角锥体系受力更为合理,刚度更大。

4、网架的高度与短跨之比一般为1/15左右。网架杆件一般采用钢管,节点一般采用球节点。

一、拱式结构:


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(1)拱的受力特点与适用范围:

1.拱是一种有推力的结构,它的主要内力是轴向压力。可利用抗压性能良好的混凝土建造大跨度的拱式结构。

2.由于拱式结构受力合理,在建筑和桥梁中被广泛应用。适用于体育馆、展览馆等。

(2)拱的类型:拱可分为三铰拱、两铰拱和无铰拱,后两种拱采用较多。

(二)悬索结构

(1)悬索结构,是比较理想的大跨度结构形式之一,在桥梁中被广泛应用。悬索结构的主要承重构件是受拉的钢索,钢索是用高强度钢绞线或钢丝绳制成。

(2)索的拉力取决于跨中的垂度,垂度越小拉力越大。索的垂度一般为跨度的1/30。

(三)薄壁空间结构


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(1)也称壳体结构。属于空间受力结构,主要承受曲面内的轴向压力,弯矩很小。

(2)薄壳常用于大跨度的屋盖结构,如展览馆、俱乐部、飞机库等。薄壳结构多采用现浇钢筋混凝土,费模板、费工时。

网架吊装

钢网架根据其结构型式和施工条件的不同,可选用高空拼装法,整体安装法或高空滑移法进行安装。


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一、高空拼装法

钢网架用高空拼装法进行安装,是先在设计位置处搭设拼装支架,然后用起重机把网架构件分件(或分块)上吊至空中的设计位置,在支架上进行拼装。此法有时不需大型起重设备,但拼装支架用量大,高空作业多。因此,对高强度螺栓连接的、用型钢制作的钢网架或螺栓球节点的钢管网架较适宜,目前仍有一些钢网架用此法施工。

二、整体安装法

整体安装法就是先将网架在地面上拼装成整体,然后用起重设备将其整体提升到设计位置上加以固定。这种施工方法不需高大的拼装支架,高空作业少,易保证焊接质量,但需要的起重量大的起重设备,技术较复杂。因此,此法对球节点的钢网架(尤其是三向网架等杆件较多的网架)较适宜。根据所用设备的不同,整体安装法又分为多机抬吊法、拔杆提升法、千斤顶提升法及千斤顶顶升法等。


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1、多机抬吊法

此法是用于高度和重量都不大的中、小型网架结构。安装前先在地面上对网架进行错位拼装作业(即拼装位置与安装轴线错开一定距离,以避开柱子的位置)。然后用多台起重机(多为履带式起重机或汽车式起重机)将拼装好的网架整体提升到柱顶以上,在空中移位后落下就位固定。

(1)网架拼装

为防止网架整体提升时与柱子相碰,错开的距离取决于网架提升过程中网架与柱子或柱子牛腿之间的净距,一般不得小于10~l125px,同时要考虑网架拼装的方便和空中移位时起重机工作的方便。需要时可与设计单位协商,将网架的部分边缘杆件留待网架提升后再焊接,或变更部分影响网架提升的柱子牛腿。

钢网架在金属结构厂加工之后,将单件拼成小单元的平面桁架或立体桁架运到工地,工地拼装即在拼装位置将小单元桁架拼成整个网架。网架拼装的关键,是控制好网架框架轴线支座的尺寸(要预放焊接收缩量)和起拱要求。

网架焊接主要是球体与钢管的焊接。一般采用等强度对接焊,为安全起见,在对焊处增焊6~8mm的贴角焊缝。管壁厚度大于4mm的焊件,接口宜作成坡口。为使对接焊缝均匀和钢管长度稍可调整,可加用套管。拼装时先装上、下弦杆,后装斜腹杆,待两榀桁架间的钢管全部放入并矫正后,再逐根焊接钢管。

(2)网架吊装

这类中、小型网架多用四台履带式起垂机(或汽车式、轮胎式起重机)抬吊,亦有用俩台履带式起重机或一根拨杆吊装的。

如网架重量较小,或四台起重机的起重量都满足要求时,宜将四台起重机布置在网架俩侧,这样只要四台起重机同时回转即完成网架空中移位的要求,多机抬吊的关键是各台起重机的起吊速度一致,否则有的起重机会超负荷,网架受扭,焊缝开裂。为此,起吊前要测最各台起重机的起吊速度,以便起吊时掌握。

当网架抬吊到比柱顶标高高出750px左右时,进行空中移位,将网架移至柱顶以上。网架落位时,为使网架制作中线准确地与柱顶中线吻合,事先在网架四角各拴一根钢丝绳,利用倒链进行对线就位。

2、拔杆提升法


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球节点的大型钢管网架的安装,我国目前多用拔杆提升法。用此法施工时,网架先在地面上错位拼装,然后用多根独脚拔杆将网架整体提升到柱顶以上,空中移位,落位安装。

(1)空中移位原理

空中移位是此法的关键。空中移位是利用每根拔杆两侧起重滑轮组中的水平力不等而使网架水平移动。

网架在空中移位时,要求至少有两根以上的拔杆吊住网架,且其同一侧的起重滑轮组不动,因此,在网架空中移位时只平移而不倾斜。由于同一侧滑轮组不动,所以网架除平移外,还产生可以控制圆周运动,而使网架产生少许的下降。网架空中移位的方向,与拔杆的布置有关。

(2)起重设备的选择与布置

起重设备的选择与布置是网架拨杆提升施工中的一个重要问题。内容包括:拔杆选择与吊点布置、缆风绳与地锚布置、起重滑轮组与吊点索具的穿法、卷扬机布置等。

拔杆的选择取决于其所承受的荷载和吊点布置。网架安装时的计算荷载为:

Q=(K1 Q1+ Q2+ Q3)·K (kN)

式中 Q1——网架自重(kN);

K1——荷载系数1.1(如网架重量经过精确计算可取为1.0);

Q2——附加设备(包括桁条、通风管、脚手架等)的自重(kN);

Q3——吊具自重(kN);

K——由提升差异引起的受力不均匀系数,如网架重量基本均匀,各点提升差异控制在250px以下时,此系数取值1.30。

网架吊点的布置不仅与吊装方案有关,还与提升时网架的受力性能有关。在网架提升过程中,不但某些杆件的内力可能会超过设计时的计算内力,而且对某些杆件还可能引起内力符号改变而使杆件失稳。因此,应经过网架吊装验算来确定吊点的数量和位置。不过,在起重能力、吊装应力和网架刚度满足的前提下,应尽最减少拔杆和吊点的数量。

缆风绳的布置,应使多根拔杆相互连成整体,以增加整体稳定性。每根拔杆至少要有6根缆风绳,缆风绳要根据风荷载、吊重、拔杆偏斜、缆风绳初应力等荷载,按最不利情况组合后计算选择。地锚亦需计算确定。

起重滑轮组的受力计算可按照实际受力情况进行,根据计算结果选择滑轮的规格。

卷扬机的规格,要根据起重钢丝绳的内力大小确定。为减少捉升差异,尽最采用相同规格的卷扬机。


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(3)轴线控制

网架拼装支柱的位置,应根据已安装好的柱子的轴线精确量出,以消除柱子按装时轴线误差的积累。

(4)拔杆拆除

网架吊装后,拔杆被围在网架中,宜用倒拆法拆除。此法即在网架上弦节点处挂两副起重滑轮组吊住拔杆,然后由最下一节开始一节一节拆除拨杆。

3、电动螺杆提升法

电动螺杆提升法与升板法相似,它是利用升板工程施工使用的电动螺杆提升机,将在地面上拼装好的钢网架整体提升至设计标高。此法的优点是不需大型吊装设备,施工简便。用电动螺杆提升机提升钢网架,只能垂直提升不能水平移动。为此,设计时要考虑在两柱之间设托梁,网架的支点落在托梁上。

由于网架提升时不进行水平移动,所以网架拼装不需错位,可在原位进行拼装。

三、高空滑移法

网架屋盖近年来采用高空平行滑移法施工的逐渐增多,它尤其适用于影剧院、礼堂等工程。这种施工方法,网架多在建筑物前厅顶板上设拼装平台进行拼装(亦可在观众厅看台上搭设拼装平台进行拼装),待第一个拼装单元(或第一段)拼装完毕,即将其下落至滑移轨道上,用牵引设备向前滑移一定距离。接下来在拼装平台上拼装第二个单元(或第二段),拼好后连同第一个拼装单元(或第一段)一同向前滑移,如此逐段拼装不断问前滑移,直至整个网架拼装完毕并滑移至就位位置。

拼装好网架的滑移,可在网架支座下设滚轮,使滚轮在滑动轨道上滑动;亦可在网架支座下设支座底板,使支座底板沿预埋在钢筋混凝土框架梁上的预埋钢板滑动。

网架滑移可用卷扬机或手扳葫芦牵引。根据牵引力大小及网架支座之间的杆件承载力,可采用一点或多点牵引。

网架滑移时,两端不同步值不应大于50mm。

采用滑移法施工网架时,在滑移和拼装过程中,应对网架进行下列验算:

1)当跨度中间无支点时,杆件内力和跨中挠度值;

2)当跨度中间有支座时,杆件内力、支点反力和挠度值。

当网架滑移单元由于增设中间滑轨引起杆件内力变号时,应采取临时加固措施以防失稳。

用高空滑移法施工网架结构,由于网架拼装是在前厅顶板平台上进行,减少了高空作业的危险;与高空拼装法比较,拼装平台小,可节约材料,并能保证网架的拼装质量;由于网架拼装用滑移施工,可以与土建施工平行流水和立体交叉,因而可以缩短整个工程的工期;高空滑移法施工设备简单,一般不需大型起重安装设备,所以施工费用亦可降低。


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