摘要：螺栓球钢网架结构因其受力合理、工厂化程度高、施工速度快在大跨度屋面结构中得到广泛的应用。本文介绍了螺栓球网架结构的特点，对其加工和安装的控制要点进行阐述。结合机场项目机库钢网架工程， 对钢网架整体顶升方法进行了详细描述，旨在为类似工程提供借鉴的经验。
关键词：螺栓球钢网架 大跨度 液压顶升 同步性
1引言
钢网架结构因其受力合理，自重轻、用钢量低、跨度大、平面形状设计灵活、施工定位简单、安装方式多样等优点，在大型场馆、收费站、展览中心、影剧院、航站楼、候车厅等大跨度结构中已得到普遍应用。从结构力学角度上此种结构属于多次超静定空间结构体系。网架结构主要分为：焊接球节点网架及螺栓球节点网架两种。螺栓球节点网架其构件工厂内加工量较大，现场安装便捷，特别适用于现场工期紧，施工条件、用电量受制约，网架形状复杂、杆件定位困难的异形结构。
2螺栓球网架结构特点
螺栓球网架系统由杆件、螺栓球、支撑支座等组成。
螺栓球钢网架是通过螺栓球拧入高强度螺栓连接各杆件形成的网架结构，钢管是钢网架结构的主要受力部件。螺栓球节点（见图一、图二）由螺栓球、高强度螺栓、套筒、紧固螺钉和锥头或封板等零部件组成的节点，高强度螺栓是杆件和螺栓球的连接件。锥头或封板是钢管端部的连接件，较大直径的钢管采用锥头。套筒是承受压力和拧进高强螺栓的零件，紧固螺钉是拧套筒时可以带动高强螺栓转动的零件。
3螺栓球网架结构设计
3.1螺栓球网架结构选型
以网架构成方式分类，目前常用的网架结构可分为平面桁架系网架和角锥体系网架。角锥体系网架比桁架网架刚度大，受力性能好，可预制标准锥体单元，安装、运输、存放方便。我单位承接的荆门漳河通用机场项目，其机库屋盖结构即采用正放四角锥网架结构。
正放四角锥体网架特点：（1）杆件内力均匀，空间刚度大。点支承时除支座处杆件内力较大，其他杆件内力均匀。（2）屋面板规格比较统一，上下弦杆长度相同，制作构造简单。
（3）杆件数量多，用钢量大。适用范围：（1）平面接近于正方形的中小跨度周边支承的建筑。（2）大柱距的点支承、有悬挂吊车的工业厂房。
螺栓球的加工成型分为锻压球和铸钢球两种。螺栓球受力复杂，螺栓球的直径大小要满足按要求拧入球体的任意相邻两个螺栓不相碰条件并满足套筒接触面的要求。螺栓直径根据计算确定后，钢球直径 D 取下面两式中的较大值。
式中：D─钢球直径（mm）；
θ─两相邻螺栓之间的最小夹角（rad）；
A─ 高强度螺栓的有效截面面积（mm2）；
d b─两相邻螺栓的较大直径（mm）；
d b─两相邻螺栓的较小直径（mm）；
ξ─螺栓拧入球体长度与螺栓直径的比值，可取为 1.1；
λ─套筒外接圆直径与螺栓直径的比值，可取为 1.8；
螺栓直径由网架中最大受拉杆件的内力控制，一个螺栓受拉承载力设计值按下式计算：
3.2网架的支承
网架的支承可分为周边支承、点支承、周边支承与点支承相结合、三边或两边支承、单边支承等情况。周边支承网架传力直接，受力均匀，是最常用的支承方式。点支承的网架与无梁楼盖受力有相似之处，应尽可能设计成带有一定长度的悬挑网格，这样能使跨中正弯矩和挠度减少，并使整个网架内力趋于均匀。对于单跨多点支承，悬挑长度宜取中间跨的 1/3， 对于多跨多点支承，悬挑长度宜取中间跨的 1/4。周边支承与点支承相结合的网架适用于大柱网工业厂房、仓库、展览馆的建筑。
3.3网架屋面排水
网架屋面排水形式有两种，一种是网架变高度（图六），这样可降低弦杆内力，使其趋于均匀；抗震性好；但杆件种类增多，给施工带来不便。另一种方法是上弦节点设置小立柱
（图七），这种方式灵活多变，可构造双坡，四坡或其它复杂的多坡排水屋面，但跨度大时要作稳定和抗震计算。
4构件加工要求
螺栓球网架加工用钢材的化学成分必须符合要求，加工精度以及各构件力学性能符合规范和设计要求。高强螺栓和紧固螺钉应做硬度试验，高强度螺栓还应做高温冲击韧性试验， 螺栓球和高强度螺栓连接件应做拉力荷载试验。封板和锥头与钢管焊接，应做焊缝拉力荷载试验。钢网架结构的各种零部件应按照设计要求进行除锈和涂层，涂料的品种和涂层厚度应符合要求。为确保现场安装的顺利，各部件加工完成后进行试拼装，以核对相关几何参数的准确性。
5螺栓球钢网架的安装
网架的主要安装方法有高空散装法、分条或分块安装法、高空滑移法、移动支架安装法、整体吊装法、整体提升法、整体顶升法。
整体顶升法其优点是大量工作可以在地面完成，减少工装脚手架用量，大幅减少了高空作业，降低了工程的安全管理的风险。地面拼装可以形成多点、多面流水作业，加快拼装进度，有利于工程安装精度控制，确保工程质量。在大跨度钢网架结构中采用优势更加显著。
6整体顶升法施工工法
整体顶升法用于支点较少的多点支承网架。整体顶升法是网架在设计位置就地拼装成整体后，利用网架支承柱作为顶升支架，也可在原有支点处或其附近设置临时顶升支架，用千斤顶将网架整体顶升到设计标高的安装方法。
安装工艺流程:
准备工作(顶升设备到场)→清点杆件（球）→在中部场地上组对、安装网架→组对、安装网架（向外延伸）→安装顶升架、顶升网架→安装顶升架斜支撑（或斜拉索）→顶升、组对、安装网架（向支座外延伸）→尺寸校核→安装支座→直至完成。
6.1地基处理
网架拼装前应根据地质勘查报告计算场地内土质最大承载能力，判断是否满足顶升装置处受力要求，不能满足时需要对顶升装置所在部位进行基础加固。现场通常采用浇筑混凝土小承台形式进行加固。加固面积和配筋情况应按照最大荷载值经计算确定。
6.2网架地面拼装
网架拼装前，首先对施工现场测量定位，定位放线工作主要是根据平面坐标图进行测量， 以便控制螺栓球网架安装的整体精度。采用水准仪对支撑平台进行抄平，在满足设计及规范要求后开始拼装。网架拼装，先下弦后腹杆及上弦。拼装完成后整体顶升到位。
6.3顶升工装和机具选型
顶升的支承工装应按底部固定、顶端自由的悬臂柱进行稳定性验算，验算时除考虑网架 自重及随网架—起顶升的其它静载及施工荷载之外，还应考虑风荷载及柱顶水平位移的影响。
顶升的机具最常用的液压式千斤顶。千斤顶的选型应根据网架的自重，并考虑可能发生的所有的施工荷载。千斤顶和油表应配套标定配套使用。
6.4网架整体顶升
首先，在拼装完成的网架部位设置顶升点，设置好顶升点后，先整体顶升离胎架 50cm 进行静载，静载 20 分钟。顶升离地 500mm 后，静止 20 分钟，同时检查网架下挠、位移等数据，各顶升点实际承载力情况，并与设计计算值比较，同时检查网架情况，查看焊缝、杆件等是否正常，一切正常后，继续顶升，一直把网架顶升到设计标高位置，顶升过程中，时刻用全站仪检测标高控制点，发现到达设计标高后，继续顶升 5mm-10mm 后停止。
至此，顶升生步骤全部完成，之后，把顶升的网架与结构柱部分网架进行散拼，完成网架安装。
6.5计算机智能控制同步顶升
顶升过程计算机全程控制，行程监控和受力监控同步进行。同时顶升支架上设置标杆， 人工监视。确保网架同步顶升。
6.6网架卸载
待网架全部安装完成后，进行网架的卸载。卸载原则：变形协调、卸载均匀。
卸载时应逐步卸载，使支座位置受力，完成网架卸载，使网架和混凝土支撑柱上的钢支座形成整体。网架顶升完成。
6.7钢网架整体顶升工法安全质量控制要点
（1）顶升过程经过结构验算，确保顶升工装整体受力和网架结构的应力应变满足设计及规范要求。
（2）施工中确保每一个千斤顶的行程和提升速度一致，确保顶升时网架同步上升是施工控制的关键。在液压千斤顶上安装拉绳式位移传感器，通过数据传输，连接电脑专用软件， 实时观测液压千斤顶伸出量。保证顶升同步性。否则不仅会使网架杆件产生附加内力，同时还会使千斤顶的负荷增大和造成网架的水平偏移。
（3）顶升设备超过六米时，及时增加斜撑杆，以保证其稳定。当顶升设备达到十三米时，增加缆风绳拉于地面地锚处，以保证其稳定，缆风绳采用φ16 钢丝绳固定于顶升架与地面上，与地面可靠连接，缆风绳的拉结高度为十三米。
（4）全站仪全过程监控，确保顶升同步及整体网架稳定。
7结束语
加工用钢材的质量和加工精度是螺栓球钢网架质量控制的关键，施工中必须加强监控， 严格按照规范要求进行材料抽检和力学性能试验，确保各杆件的加工质量。为了保证结构的耐久性，钢网架结构的各种零部件应按照设计要求进行除锈和涂层，涂料的品种和涂层厚度应符合要求。
在大跨度钢网架施工中采用一次性整体顶升到位有显著的优势，顶升的结构重量重，可达万吨以上；顶升结构的尺寸、面积和体积大；计算机控制，自动化程度高；减少高空作业量，施工安全、可靠，降低施工管理风险；缩短施工周期，降低施工费用。跨度大，高度高成为机库结构设计的关键，非常适合应用整体顶升法。
参考文献：
[1] 《钢网架螺栓球节点》JG/T 10-2009
[2] 《空间网格结构技术规程》JGJ7-2010
论文作者:李孜斌
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年第11期
论文发表时间:2019/8/13
标签：网架论文; 螺栓论文; 结构论文; 钢网论文; 直径论文; 受力论文; 千斤顶论文; 《工程管理前沿》2019年第11期论文;