摘要：上海松江拉斐尔云廊项目为大跨铝合金网壳结构，采用钢结构树状柱作为整体网壳的支撑体系，考虑多跨结构的抗震因素以及温度因素，根部采用大吨位球形支座，本文重点介绍大吨位球形支座在实际案例中对结构受力优化及对应选型，以及在工程案例中的施工重难点分析。
关键词：大吨位；球形支座；大跨；铝合金；网壳
Application of large tonnage spherical bearing in high-rise and large-span aluminium alloy shell structure
Li Quanwei
Shanghai General Construction Engineering Co.，Ltd.Shanghai 201900
Abstract：Shanghai SongjiangRafaer Cloud Gallery Project is a long-span aluminium alloy latticed shell structure.The steel tree-shaped columns are used as the support system of the whole latticed shell.Considering the seismic factors of multi-span structure and temperature，the large-tonnage spherical support is used at this project.This article focuses on the optimization and type selection of large tonnage spherical bearings in practical cases，as well as the analysis of key construction difficulties in engineering cases.
Keywords：large tonnage；spherical bearings；large-span；aluminium alloy；shell
引言
球形支座具有良好减震、可靠传力及稳定位移的特性，因此，不仅在桥梁工程中有广泛应用，在大跨空间网壳结构中同样有大量实践应用。在本工程案例中，结构形式为大跨、多跨网壳结构，且采用铝合金新型材料，对因温度因素引起的结构变形尤为敏感，而球形支座则可以很好消解温度因素引起的结构变形位移。
球形支座主要分三类，固定支座、单向滑移支座和双向滑移支座。其构造组成一般由六部分组成，分别为上下支座板、不锈钢滑板、平面聚四氟乙烯滑板、曲面聚四氟乙烯滑板及球面中间板，根据实际情况及加工工艺可增加防尘构造。构造形式如图1所示。
图1 球形支座构造
Fig.1 detail of spherical bearings
1 工程概况
上海拉斐尔云廊项目（见图2和图3）位于上海市漕河泾开发区，占地82公顷，规划面积86万平米，由国际著名建筑师拉斐尔·维诺里操刀设计，1.5公里的城市产业长廊堪称“世界之最”。项目包括22幢80m高的建筑，上覆盖面积达15万平方米，总重7000吨的全球最大铝合金屋盖，获称“拉斐尔云廊”。
图2 拉斐尔云廊效果图
Fig.2 Design sketch of Rafaer Cloud Gallery
图3 拉斐尔云廊远景图
Fig.3 Panoramas of Rafaer Cloud Gallery
本工程一期工程共计11幢楼，分别在楼顶布设有52根钢结构树状柱，即下方布设有52个球形支座，其中48个固定支座，4个单向滑移支座。构造形式如图4所示。
图4 球形支座使用部位
Fig.4 The part of spherical bearings
图5 球形支座节点图
Fig.5 spherical bearings
本工程受力最大的两种支座技术参数：
表1 支座技术参数
Table 1 Basic parameters of bearings
2 球形支座对高空大跨铝合金网壳的受力影响分析
图6 下部结构
Fig.6Substructure
图7 网壳平面图
Fig.7Plane of the shell
图8 网壳立面图
Fig.8Elevation of shell
图9 网壳轴测图
Fig.9Axle side of shell
本工程网壳整体与11幢楼连为一体，如图6所示，网壳檐口标高达100m，700m长网壳与11幢楼作为整体后，抗震受力更加复杂，且网壳采用新型材料铝合金，温度效应较大，整体网壳传递到钢结构树的受力时刻发生变化，因此对根部节点提出更高要求，为了确保整体结构的减震效果更加合理，以及温度变化导致的结构受力传递至土建结构更加安全可靠，根部采用球形支座。
2.1 不采用球形支座的节点对整体结构的受力分析
图10 设计验算（1147根杆件应力≥0.8）
Fig.10 Designcheck（Stress of 1147 bars≥0.8）
2.2采用球形支座的节点对整体结构的受力分析
图11 设计验算（781根杆件应力≥0.8）
Fig.11 Designcheck（Stress of 781 bars≥0.8）
2.3 结构受力结果分析
通过计算对比分析，球形支座对结构主体的受力有比较明显的优化，提高了结构的安全可靠性，同时降低了一定的建筑构造成本。
3 球形支座的安装关键技术
3.1 球形支座安装流程
图12安装流程
Fig.12Installation process
3.2安装控制要点
1）支座运到现场后，应检查包装箱是否完好，有无破损并核对包装箱外注明的产品名称、规格是否与工程使用要求一致，包装箱内应附有产品合格证、质量检验单及装箱单。
2）安装前请检查支座处预埋钢板结构标高和平面定位尺寸是否与设计图纸一致，如不一致，应调整。
3）在预埋钢板上标注支座定位位置。
4）焊接施工前请检查预埋钢板与支座之间钢材的可焊性，以及对焊接材料和焊接工艺的要求。建议焊接时先铲除焊缝处支座镀锌层或油漆。
5）设计焊接工艺，并进行试焊，确保聚四氟乙烯滑板（或填充聚四氟乙烯滑板、改性超高分子量聚乙烯板）处的温度低于250℃。
6）在支座安装前，工地应检查支座连接状况是否正常，不得任意松动上、下支座板连接螺栓。
7）支座安装时，必须采取可靠措施，确保支座安装过程中受力不超过支座的设计承载力。
3.3 安装阶段技术控制措施
1）检查支座吊钩或吊装位置是否可靠；
2）检查支座底座与上、下盖板连接是否可靠。
3）将支座吊装至预埋钢板处，顶面向上，按标注的定位位置进行点焊定位。单向和双向滑动支座请注意区分支座的滑动方向。
4）检查支座上顶板与上部钢结构的位置，确认无误后将支座上顶板与上部钢结构焊接，焊缝应满足设计要求。
3.4 焊接阶段技术控制措施
1）焊接前用超声波探伤仪对铸钢件焊接部位进行检测，检测合格后将铸钢支座与预埋钢板点焊定位；
2）定位连接后用电炉板对铸钢件和钢板进行预热，预热范围为焊缝两侧各300mm，加热温度至120℃～150℃；
3）预热温度达到后，立即用手工电弧焊进行焊接，焊接可采用直流反接法对称同方向施工；
4）底盘焊接温度控制措施：按照要求使用焊机、焊丝、焊剂；焊接过程中，使用红外测温仪实时监测底座温度，当温度达到临界值下线-20℃（230℃）时停止焊接作业；禁止连续焊接，根据监测温度控制间断焊接时长；
4 球形支座的质量控制关键技术
1）检查支座标高及平面位置是否满足设计要求，如不满足，要求微调上部钢结构尺寸；
2）检查焊缝及焊接质量是否满足设计要求，如不满足，要求补焊；
3）检查支座下部及上部焊接过程中是否按照要求进行分阶段焊接以及焊接温度是否有采取措施进行控制；
4）检查支座上部结构安装前是否进行可靠的临时固定以及拆除临时固定措施是否按照要求在上部结构全部完成后实施。
5 结语
1）通过对高空大跨多跨铝合金网壳结构中球形支座在减震、温度变形方面受力的对比分析，可以看到球形支座有良好的结构受力优化效果。
2）由于球形支座中的聚四氟乙烯材料作为关键材料不具有耐高温特性，在焊接过程中必须做好控制温度措施。
3）球形支座具有±0.1rad的转角的特性，因此为了确保上部结构形态和受力符合设计要求，在安装上部结构结构前将球形支座进行临时固定，并在全部结构安装完成后再进行拆除。
综上所述，通过对球形支座在高空大跨多跨结构的设计、施工方面的应用分析，可在今后类似的结构体系中积累宝贵的经验以及更好的参考意义和推广意义。
参考文献：
[1] 娄峰，潘文智，石开荣，等.大型钢结构球形支座力学性能试验研究[J]，施工技术，2017（18）：35-38；
[2] 陈阶亮，谢晓波，谭永朝，等.大吨位抗震球形支座的有限元分析[J]，公路交通科技，2005（8）：98-101；
论文作者:李全伟
论文发表刊物:《基层建设》2019年第12期
论文发表时间:2019/7/19
标签：支座论文; 球形论文; 结构论文; 拉斐尔论文; 受力论文; 温度论文; 铝合金论文; 《基层建设》2019年第12期论文;