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        1. 鋼結構網架吊裝施工全方位解析!純干貨!

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          引言

          鋼結構網架是指由多根桿件按照一定的網格形式通過節點連結而成的空間結構。構成鋼網架的基本單元有三角錐,三棱體,正方體,截頭四角錐等,由這些基本單元可組合成平面形狀的三邊形,四邊形,六邊形,圓形或其他任何形體。具有空間受力、重量輕、剛度大、抗震性能好等優點;可用作體育館、 影劇院、展覽廳、候車廳、體育場看臺雨篷、飛機庫、雙向大柱鋼網架結構距車間等建筑的屋蓋。

          鋼結構網架是一種多次超穩定空間結構,正是由于結構的多次超穩特征和相對其它結構它所特有的造型靈活程度。結構內力計算通常采用矩陣位移法。矩陣介次要根據工程情況而定,簡單的工程其矩陣介次也要達上萬次。復雜一些的工程其矩陣介次難以數計。即使用計算機采用高斯迭代法,計算一次也要數小時。因為結構內力計算工作量大,施工圖設計難度高,在計算機輔助設計程度未完成之前,大大限制了網架結構的推廣使用。

          鋼結構網架在今天諸多的大型場館中得以施用,從建筑學的角度講,這是建筑結構和建筑材料上的一場革命。從建筑物體的藝術觀感上講,網架結構的多樣性造型變化,為人民群眾的生產、生活空間,增添了藝術感??臻g網架結構,具有施工材料輕、安裝便利等優點。同時,由于建筑材料是組合受力,它還有抗震性能好的特異功效。

          鋼結構網架是現代建筑科學百花園中的一支奇花。近十多年來,它在我國得以大面積的應用和推廣,放眼望去,這道亮麗的城市風景線,正向著更加遼闊的地域伸延。

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          鋼結構網架的特點

          網架是由許多桿架組成的網狀結構,是高次超靜定的空間結構。網架結構可分為平板網架和曲面網架兩種。

          平板網架采用較多,其優點是:空間受力體系,桿件主要承受軸向力,受力合理,節約材料整體性能好,剛度大,抗震性能好。桿件類型較少,適于工業化生產。

          平板網架可分為交叉桁架體系和角錐體系兩類。角錐體系受力更為合理,剛度更大。

          網架的高度與短跨之比一般為1/15左右。網架桿件一般采用鋼管,節點一般采用球節點。

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          鋼結構網架吊裝

          鋼結構網架根據其結構型式和施工條件的不同,可選用高空拼裝法,整體安裝法或高空滑移法進行安裝。

          2.1

          高空拼裝法

          鋼網架用高空拼裝法進行安裝,是先在設計位置處搭設拼裝支架,然后用起重機把網架構件分件(或分塊)上吊至空中的設計位置,在支架上進行拼裝。此法有時不需大型起重設備,但拼裝支架用量大,高空作業多。因此,對高強度螺栓連接的、用型鋼制作的鋼網架或螺栓球節點的鋼管網架較適宜,目前仍有一些鋼網架用此法施工。

          2.2

          整體安裝法

          整體安裝法就是先將網架在地面上拼裝成整體,然后用起重設備將其整體提升到設計位置上加以固定。這種施工方法不需高大的拼裝支架,高空作業少,易保證焊接質量,但需要的起重量大的起重設備,技術較復雜。因此,此法對球節點的鋼網架(尤其是三向網架等桿件較多的網架)較適宜。根據所用設備的不同,整體安裝法又分為多機抬吊法、拔桿提升法、千斤頂提升法及千斤頂頂升法等。

          2.2.1 多機抬吊法

          此法是用于高度和重量都不大的中、小型網架結構。安裝前先在地面上對網架進行錯位拼裝作業(即拼裝位置與安裝軸線錯開一定距離,以避開柱子的位置)。然后用多臺起重機(多為履帶式起重機或汽車式起重機)將拼裝好的網架整體提升到柱頂以上,在空中移位后落下就位固定。

          為防止網架整體提升時與柱子相碰,錯開的距離取決于網架提升過程中網架與柱子或柱子牛腿之間的凈距,一般不得小于10~l125px,同時要考慮網架拼裝的方便和空中移位時起重機工作的方便。需要時可與設計單位協商,將網架的部分邊緣桿件留待網架提升后再焊接,或變更部分影響網架提升的柱子牛腿。

          鋼網架在金屬結構廠加工之后,將單件拼成小單元的平面桁架或立體桁架運到工地,工地拼裝即在拼裝位置將小單元桁架拼成整個網架。網架拼裝的關鍵,是控制好網架框架軸線支座的尺寸(要預放焊接收縮量)和起拱要求。

          網架焊接主要是球體與鋼管的焊接。一般采用等強度對接焊,為安全起見,在對焊處增焊6~8mm的貼角焊縫。管壁厚度大于4mm的焊件,接口宜作成坡口。為使對接焊縫均勻和鋼管長度稍可調整,可加用套管。拼裝時先裝上、下弦桿,后裝斜腹桿,待兩榀桁架間的鋼管全部放入并矯正后,再逐根焊接鋼管。

          2.2.2 拔桿提升法

          球節點的大型鋼管網架的安裝,我國目前多用拔桿提升法。用此法施工時,網架先在地面上錯位拼裝,然后用多根獨腳拔桿將網架整體提升到柱頂以上,空中移位,落位安裝。

          (1)空中移位原理

          空中移位是此法的關鍵??罩幸莆皇抢妹扛螚U兩側起重滑輪組中的水平力不等而使網架水平移動。

          網架在空中移位時,要求至少有兩根以上的拔桿吊住網架,且其同一側的起重滑輪組不動,因此,在網架空中移位時只平移而不傾斜。由于同一側滑輪組不動,所以網架除平移外,還產生可以控制圓周運動,而使網架產生少許的下降。網架空中移位的方向,與拔桿的布置有關。

          (2)起重設備的選擇與布置

          起重設備的選擇與布置是網架撥桿提升施工中的一個重要問題。內容包括:拔桿選擇與吊點布置、纜風繩與地錨布置、起重滑輪組與吊點索具的穿法、卷揚機布置等。

          拔桿的選擇取決于其所承受的荷載和吊點布置。網架安裝時的計算荷載為:

          Q=(K1 Q1+ Q2+ Q3)·K (kN)

          式中: Q1——網架自重(kN);

          K1——荷載系數1.1(如網架重量經過精確計算可取為1.0);

          Q2——附加設備(包括桁條、通風管、腳手架等)的自重(kN);

          Q3——吊具自重(kN);

          K——由提升差異引起的受力不均勻系數,如網架重量基本均勻,各點提升差異控制在250px以下時,此系數取值1.30。

          網架吊點的布置不僅與吊裝方案有關,還與提升時網架的受力性能有關。在網架提升過程中,不但某些桿件的內力可能會超過設計時的計算內力,而且對某些桿件還可能引起內力符號改變而使桿件失穩。因此,應經過網架吊裝驗算來確定吊點的數量和位置。不過,在起重能力、吊裝應力和網架剛度滿足的前提下,應盡最減少拔桿和吊點的數量。

          纜風繩的布置,應使多根拔桿相互連成整體,以增加整體穩定性。每根拔桿至少要有6根纜風繩,纜風繩要根據風荷載、吊重、拔桿偏斜、纜風繩初應力等荷載,按最不利情況組合后計算選擇。地錨亦需計算確定。

          起重滑輪組的受力計算可按照實際受力情況進行,根據計算結果選擇滑輪的規格。

          卷揚機的規格,要根據起重鋼絲繩的內力大小確定。為減少捉升差異,盡最采用相同規格的卷揚機。

          (3)軸線控制

          網架拼裝支柱的位置,應根據已安裝好的柱子的軸線精確量出,以消除柱子按裝時軸線誤差的積累。

          (4)拔桿拆除

          網架吊裝后,拔桿被圍在網架中,宜用倒拆法拆除。此法即在網架上弦節點處掛兩副起重滑輪組吊住拔桿,然后由最下一節開始一節一節拆除撥桿。

          2.2.3 電動螺桿提升法

          電動螺桿提升法與升板法相似,它是利用升板工程施工使用的電動螺桿提升機,將在地面上拼裝好的鋼網架整體提升至設計標高。此法的優點是不需大型吊裝設備,施工簡便。用電動螺桿提升機提升鋼網架,只能垂直提升不能水平移動。為此,設計時要考慮在兩柱之間設托梁,網架的支點落在托梁上。

          由于網架提升時不進行水平移動,所以網架拼裝不需錯位,可在原位進行拼裝。

          2.3

          高空滑移法

          網架屋蓋近年來采用高空平行滑移法施工的逐漸增多,它尤其適用于影劇院、禮堂等工程。這種施工方法,網架多在建筑物前廳頂板上設拼裝平臺進行拼裝(亦可在觀眾廳看臺上搭設拼裝平臺進行拼裝),待第一個拼裝單元(或第一段)拼裝完畢,即將其下落至滑移軌道上,用牽引設備向前滑移一定距離。接下來在拼裝平臺上拼裝第二個單元(或第二段),拼好后連同第一個拼裝單元(或第一段)一同向前滑移,如此逐段拼裝不斷問前滑移,直至整個網架拼裝完畢并滑移至就位位置。

          拼裝好網架的滑移,可在網架支座下設滾輪,使滾輪在滑動軌道上滑動;亦可在網架支座下設支座底板,使支座底板沿預埋在鋼筋混凝土框架梁上的預埋鋼板滑動。

          網架滑移可用卷揚機或手扳葫蘆牽引。根據牽引力大小及網架支座之間的桿件承載力,可采用一點或多點牽引。

          網架滑移時,兩端不同步值不應大于50mm。

          采用滑移法施工網架時,在滑移和拼裝過程中,應對網架進行下列驗算:1)當跨度中間無支點時,桿件內力和跨中撓度值;2)當跨度中間有支座時,桿件內力、支點反力和撓度值。

          當網架滑移單元由于增設中間滑軌引起桿件內力變號時,應采取臨時加固措施以防失穩。

          用高空滑移法施工網架結構,由于網架拼裝是在前廳頂板平臺上進行,減少了高空作業的危險;與高空拼裝法比較,拼裝平臺小,可節約材料,并能保證網架的拼裝質量;由于網架拼裝用滑移施工,可以與土建施工平行流水和立體交叉,因而可以縮短整個工程的工期;高空滑移法施工設備簡單,一般不需大型起重安裝設備,所以施工費用亦可降低。

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          結語

          鋼結構網架的型態奔放舒展,它既涵蓋了古典建筑的韻律美,又有現代造型藝術的浪漫性。因此,越來越多的建筑師利用它的堅固性和藝術性來設計構筑大型屋頂骨架。這種新穎美觀的網架結構,為現代建筑構筑了新的物體形像。

          鋼結構網架是目前國內大型體育場館、工業廠房、影劇院、侯車廳等建筑常用的屋蓋形式。這種新樣式結構的方法是依賴鋼體自身的受力,用螺栓球把一根根鋼柱連接在一起相互交錯支撐,網結成各種形態不一的屋蓋空間。從小至幾米的會議室到大至跨度幾百米的工業廠房,這些都是空間網架結構所適宜的范圍。

          本文對幾種鋼結構網架的吊裝形式進行了詳細的闡述分析,希望能為各位同行業人士提供一定的幫助。


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