螺栓球節(jié)點(diǎn)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)幾個(gè)設(shè)計(jì)常見(jiàn)問(wèn)題探析

王廣熱 （安徽雙鳳鋼結(jié)構(gòu)工程有限公司，安徽 合肥 230001）

0 引 述

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是高次超靜定結(jié)構(gòu)，其節(jié)點(diǎn)構(gòu)造簡(jiǎn)單,構(gòu)件生產(chǎn)工廠化加工精度高,施工工期短,多年來(lái)在體育館、會(huì)議室、大型影劇院、車站、飛機(jī)庫(kù)、大跨度聯(lián)合儲(chǔ)庫(kù)等建筑中獲得廣泛應(yīng)用。

本文結(jié)合作者在網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中的大量實(shí)踐，針對(duì)目前螺栓球節(jié)點(diǎn)網(wǎng)架工程設(shè)計(jì)中存在的幾個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題進(jìn)行分析和探討，以期引起設(shè)計(jì)人員的注意。

1 網(wǎng)架設(shè)計(jì)軟件簡(jiǎn)介

目前國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件有浙江大學(xué)MSTCAD、北京云光建筑設(shè)計(jì)咨詢開(kāi)發(fā)中心研制的SFCAD、建研院MSGS、上海同濟(jì)大學(xué)3D3S、上海交通大學(xué)TWCAD等，軟件不斷完善成熟,使得網(wǎng)架設(shè)計(jì)加工更加方便快捷。在本文中,筆者主要以浙江大學(xué)MSTCAD軟件為例針對(duì)設(shè)計(jì)者常常出現(xiàn)的問(wèn)題,并提出相應(yīng)的解決辦法。

MSTCAD軟件界面如下圖所示。

2 幾類設(shè)計(jì)常見(jiàn)問(wèn)題分析

2.1 網(wǎng)架桿件規(guī)格超出配件市場(chǎng)型號(hào)

有的螺栓球網(wǎng)架施工圖采用的網(wǎng)架桿件直徑規(guī)格為Φ45、Φ50、Φ54、Φ63.5、Φ68、Φ102、Φ150等特殊規(guī)格。這些規(guī)格的桿件在現(xiàn)行網(wǎng)架市場(chǎng)難以買到相應(yīng)配件如錐頭、封板等，需要特殊定制，要盡量避免采用；應(yīng)采用網(wǎng)架市場(chǎng)上常用的直徑規(guī)格系列桿件如Φ48、Φ60、Φ76、Φ89、Φ114、Φ140、Φ159、Φ180、Φ219等等直徑規(guī)格。

2.2 雙坡網(wǎng)架屋脊處無(wú)節(jié)點(diǎn)球（易造成積水）

有些雙坡平板網(wǎng)架由于網(wǎng)架上弦分格的不同，在上弦屋脊處有可能沒(méi)有球節(jié)點(diǎn)，使得屋脊部位的屋面節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜，施工繁瑣且易造成屋脊排水不暢（如下圖所示）。

遇到這種情況，作者建議可以增加一排屋脊上弦球節(jié)點(diǎn)再和下弦球節(jié)點(diǎn)連接形成幾何不變體系，并重新分析計(jì)算；這樣對(duì)屋面上屋脊節(jié)點(diǎn)的做法則來(lái)的相對(duì)簡(jiǎn)單許多且不留積水隱患（如下圖所示）。

2.3 網(wǎng)架設(shè)計(jì)時(shí)提示套筒承壓不足情況

在使用MSTCAD軟件設(shè)計(jì)螺栓球時(shí)，經(jīng)常提示套筒承壓不足（如下圖所示）。

由于MSTCAD軟件材料信息中，45號(hào)鋼的材質(zhì)數(shù)據(jù)需要設(shè)計(jì)人員自己填寫完全方能進(jìn)行螺栓球計(jì)算；網(wǎng)架結(jié)構(gòu)受壓桿件通過(guò)套筒承壓將力傳遞到球節(jié)點(diǎn)上，套筒與螺栓球相接觸是采用端面承壓（刨平頂緊），大直徑套筒材質(zhì)采用的是45號(hào)鋼，而現(xiàn)行鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范中沒(méi)有45號(hào)鋼的端面承壓允許應(yīng)力數(shù)據(jù)，查詢機(jī)械手冊(cè)上只有45號(hào)鋼的屈服強(qiáng)度也沒(méi)有斷面承壓允許應(yīng)力。而45號(hào)鋼與Q345鋼的屈服強(qiáng)度接近，因此可以套用Q345鋼的端面承壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度400N/mm2；不過(guò)由于施工安裝誤差，套筒與球不一定完全貼平，且端面承壓強(qiáng)度也是套用的，建議對(duì)其強(qiáng)度折減，可以取0.9的折減系數(shù)。只有輸入了45號(hào)鋼的必要數(shù)據(jù)，模型經(jīng)過(guò)分析后軟件就可以進(jìn)行螺栓球的設(shè)計(jì)了。

2.4 網(wǎng)架矢高過(guò)厚，美觀度下降

有些設(shè)計(jì)人員往往單純重視網(wǎng)架計(jì)算的安全度，設(shè)計(jì)完成后網(wǎng)架厚度過(guò)厚，這樣雖然結(jié)構(gòu)撓度符合規(guī)范，安全也達(dá)到要求，但由于網(wǎng)架過(guò)厚，一方面不美觀，造成下部空間過(guò)小，還使得結(jié)構(gòu)材料用量浪費(fèi)，需要者引起足夠重視。一個(gè)優(yōu)秀的設(shè)計(jì)工程師通常需要對(duì)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的厚度進(jìn)行多次修正驗(yàn)算，達(dá)到既安全又經(jīng)濟(jì)美觀，不宜一步到位。

2.5 支座部位網(wǎng)架腹層桿件碰混凝土柱

通常出現(xiàn)這種情況是網(wǎng)架支座位于上弦球節(jié)點(diǎn),設(shè)計(jì)者容易忽視支座位置的上弦球節(jié)點(diǎn)與下弦球節(jié)點(diǎn)連接的斜下腹桿和混凝土柱的間隙驗(yàn)算,導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)安裝出現(xiàn)問(wèn)題如下圖所示。

此時(shí)應(yīng)盡量避免一味增加支座高度，可以將與支座腹桿端部連接的下弦球節(jié)點(diǎn)左右或上下移動(dòng)至合適位置，在Autocad中進(jìn)行實(shí)體觀測(cè)，確認(rèn)不會(huì)出現(xiàn)干涉時(shí)，重新分析計(jì)算通過(guò)即可（如右圖所示）。

2.6 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)高強(qiáng)螺栓起步采用M12

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)材料表中過(guò)多地使用M12高強(qiáng)螺栓，這常常發(fā)生在3D3S網(wǎng)架設(shè)計(jì)軟件中。有些設(shè)計(jì)人員初涉網(wǎng)架設(shè)計(jì)，沒(méi)有搞明白網(wǎng)架配件市場(chǎng)的使用情況，便按程序內(nèi)定的最小螺栓M12開(kāi)始配置，往往導(dǎo)致后期重復(fù)設(shè)計(jì)。雖然現(xiàn)行《空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ7-2010）中有M12的高強(qiáng)度螺栓，但也是網(wǎng)架螺栓的極限規(guī)格，若非極小的特殊工程，一般采用M16以上的高強(qiáng)度螺栓，否則市場(chǎng)上難以購(gòu)到不說(shuō)，那么小的螺栓在現(xiàn)場(chǎng)安裝也容易脆斷。

3 結(jié)論與建議

本文對(duì)螺栓球節(jié)點(diǎn)網(wǎng)架設(shè)計(jì)中的幾類常見(jiàn)問(wèn)題進(jìn)行了有針對(duì)性地分析，并提出了可供參考的解決辦法。通過(guò)本文的分析探討可作出如下幾點(diǎn)結(jié)論和建議供廣大工程技術(shù)人員參考。

①應(yīng)加強(qiáng)腹層桿件與混凝土柱的干涉復(fù)核工作，如有干涉相碰可采取提高下弦球節(jié)點(diǎn)標(biāo)高或改變下弦球節(jié)點(diǎn)水平位置的措施，應(yīng)盡量避免一味加高支座。

②雙坡網(wǎng)架屋脊部位宜從構(gòu)造上布置一排球節(jié)點(diǎn)，方便屋脊排水節(jié)點(diǎn)做法。

③要合理使用45號(hào)鋼力學(xué)數(shù)據(jù)。

④合理控制網(wǎng)架矢高，對(duì)矢高不斷修正，使得網(wǎng)架結(jié)構(gòu)達(dá)到既安全，又經(jīng)濟(jì)美觀。

⑤要深入了解網(wǎng)架常用桿件規(guī)格及市場(chǎng)上常用配件，避免后期重復(fù)設(shè)計(jì)。

[l]GB50017-2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]JGJ7-2010，空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

[3]丁蕓孫，等.網(wǎng)架網(wǎng)殼設(shè)計(jì)與施工[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2006.

[4]05SG109-4，民用建筑工程設(shè)計(jì)常見(jiàn)問(wèn)題分析及圖示(鋼結(jié)構(gòu)和空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu))[S].