高速公路天棚網(wǎng)架結(jié)構(gòu)螺栓球焊接球混合節(jié)點分析

趙 健 高志英

（中咨公路養(yǎng)護(hù)檢測技術(shù)有限公司，北京 100089）

1 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)應(yīng)用優(yōu)勢

桿件組合形式合理、剛度大，具備較強(qiáng)的抗震性能；桿件的質(zhì)地較輕，在保證網(wǎng)架穩(wěn)定性的前提下具有輕便化的優(yōu)勢；網(wǎng)架桿件和節(jié)點定型化；構(gòu)件布置靈活等。

2 螺栓球焊接球混合節(jié)點分析

螺栓球節(jié)點和焊接球節(jié)點均具有獨特的應(yīng)用優(yōu)勢，采取集兩種節(jié)點于一體的混合節(jié)點方式，可以充分融合多重優(yōu)勢，更好地滿足工程對網(wǎng)架結(jié)構(gòu)建設(shè)質(zhì)量、適應(yīng)性、施工效益等方面的要求。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)采用混合節(jié)點時，各類型節(jié)點的數(shù)量占比一般不同，多數(shù)桿件的兩端與螺栓球連接，存在較多的螺栓球節(jié)點，僅有少量節(jié)點選用焊接球，此時需借助焊接的手段實現(xiàn)桿件與球的穩(wěn)定連接。根據(jù)多類節(jié)點的混合思路，衍生出多種較為常見的桿件連接形式。螺栓球焊接球混合節(jié)點指網(wǎng)架中的節(jié)點采用兩種方式連接。

在工程建設(shè)中，各桿件的受力特點不同，對應(yīng)的桿件連接方法需結(jié)合實際情況進(jìn)行靈活的調(diào)整。將桿件內(nèi)力（假定為“A”）與M64高強(qiáng)度螺栓抗拉承載力（假定為“B”）進(jìn)行對比分析。

（1）工況1：A不大于B且桿件兩端未與焊接球的節(jié)點相交，宜采取“桿件兩端均為螺栓球節(jié)點”的方法。

（2）工況2：A大于B或A不大于B但桿件兩端均與拉力超過B的桿件相交，宜采取“桿件兩端均為焊接球節(jié)點”的方法。

（3）工況3：A不大于B，但桿件一端與拉力超過B的桿件相交或與拉力較大的支座相交，宜采取“桿件的兩端分別為焊接球節(jié)點、螺栓球節(jié)點”的方法。

3 螺栓球焊接球混合節(jié)點施工工藝

3.1 鋼網(wǎng)架的安裝

（1）網(wǎng)架結(jié)構(gòu)較大，根據(jù)實際尺寸劃分為多個塊狀結(jié)構(gòu)，分步有序安裝到位。于分塊下方搭設(shè)可滑移式腳手架平臺，員工在該處作業(yè)，安裝網(wǎng)架，滑移腳手架平臺至下一分塊，繼續(xù)安裝，直至完成所有屋蓋的安裝工作。

（2）腳手架平臺是鋼網(wǎng)架安裝中的重要裝置，施工人員可以在該處安全安裝網(wǎng)架，全程操作便捷，有利于檢測桿件的坐標(biāo)、網(wǎng)架球等，便于采取有效的控制措施[1]。網(wǎng)架安裝后，應(yīng)保證其穩(wěn)定性，不可承受其他形式的外部作用力。

（3）為提高安裝效率，采取分段逐步安裝的作業(yè)方法，不易受混凝土結(jié)構(gòu)的影響，在協(xié)調(diào)得當(dāng)?shù)那疤嵯拢梢赃_(dá)到穿插施工、平行施工的效果，使整個安裝作業(yè)進(jìn)程有條不紊地推進(jìn)。

3.2 支座與埋件的定位精度保障措施

網(wǎng)架的跨度較大，對支座安裝精度提出較高的要求，方法不合理或控制不當(dāng)可能導(dǎo)致支座安裝精度偏低，直接影響鋼結(jié)構(gòu)的整體安裝效果。部分與支座相連的埋件設(shè)在柱頂或牛腿上，未控制好支座與埋件的尺寸關(guān)系（如難以與支承柱的直徑相配套）會影響正常施工。

（1）柱頂支座安裝。

在埋件上確定支座的十字交叉線并設(shè)置醒目的標(biāo)記，以此為基準(zhǔn)安裝；測量支座上表面中心點，明確坐標(biāo)數(shù)據(jù)，確認(rèn)無誤后將支座點焊接至埋件上；處理支座與預(yù)埋件之間的區(qū)域，以焊接的方法連接，各焊點對稱布置，分段有序完成焊接作業(yè)，在保證焊接穩(wěn)定性的同時避免焊接變形問題；為減少現(xiàn)場工作量，下弦球支座節(jié)點安裝前先在工廠焊接，實際安裝中，調(diào)整校正下弦球支座，實測數(shù)據(jù)無誤后，將下弦球支座點連接在橡膠支座上，形成穩(wěn)定的連接關(guān)系。

（2）邊支座安裝。

安裝邊支座時，需要精確地將過渡板安裝到位，測量過渡板上螺栓裙的中心線，根據(jù)實測結(jié)果進(jìn)行有效調(diào)整，確保其與埋線的十字交叉線對齊。

3.3 鋼屋蓋結(jié)構(gòu)的卸載

網(wǎng)架拼裝現(xiàn)場存在較多臨時支架支點，直接采用千斤頂同步卸載的方法，將存在作業(yè)難度大、安全隱患多等一系列問題，合理選擇高效卸載屋蓋網(wǎng)架的方法至關(guān)重要。

選擇頂升設(shè)備時，主要參考施工現(xiàn)場布設(shè)的臨時支撐數(shù)量，以此配套千斤頂。卸載環(huán)節(jié)通常需要借助多臺千斤頂共同完成，需要確保其各自協(xié)調(diào)運行。

同步卸載的要求較高，需要盡可能提高各支點的協(xié)同性；同一卸載支架單元支點的載荷也應(yīng)合理。

（1）合理確定卸載單元。

安裝時采用滑移拼裝平臺，將整體結(jié)構(gòu)劃分為多個部分，逐塊有序安裝至指定位置。向相鄰分塊間設(shè)格構(gòu)式臨時支撐，屋蓋網(wǎng)架成型并且確認(rèn)無質(zhì)量問題后，進(jìn)行整體卸載。

（2）合理選擇卸載機(jī)具。

網(wǎng)架拼裝面積較大，采用計算機(jī)控制技術(shù)實現(xiàn)對頂升以及下降兩項動作的精細(xì)化控制，更為準(zhǔn)確地完成鋼屋蓋的整體卸載作業(yè)。在整個卸載過程中，計算機(jī)精準(zhǔn)控制油壓機(jī)的運行狀態(tài)，在妥善的協(xié)調(diào)措施之下，達(dá)到同步卸載的效果。

（3）合理選擇卸載方法。

卸載采取循序漸進(jìn)的原則，有序完成卸載作業(yè)。配套的計算機(jī)控制液壓千斤頂為卸載期間的專用工具，根據(jù)卸載要求進(jìn)行有效操作。卸載全程中，各工作人員嚴(yán)格聽從指揮，由計算機(jī)進(jìn)行精細(xì)化控制，逐級卸載作業(yè)，最終使結(jié)構(gòu)與千斤頂脫離。

3.4 網(wǎng)架的安裝

根據(jù)網(wǎng)架的整體尺寸進(jìn)行合理劃分，在確定各個細(xì)分的分塊后，于下方搭設(shè)滿堂腳手架，提供作業(yè)平臺，在該處高效架設(shè)網(wǎng)架。安裝工作完成后卸載網(wǎng)架，滑移腳手架平臺，按照此方式有序推進(jìn)網(wǎng)架分塊安裝工作。

（1）網(wǎng)架的安裝在搭建成型的腳手架上完成，安裝成型的網(wǎng)架應(yīng)具有足夠的穩(wěn)定性，除了受到重力作用外，不可受其他形式的作用力。

（2）配套足夠的滑移軌道，加強(qiáng)控制，增強(qiáng)安裝與滑移兩項工作的協(xié)調(diào)性。

（3）以分段的方式有序施工，可以減小施工受混凝土結(jié)構(gòu)的影響，在保證質(zhì)量與增強(qiáng)施工秩序性方面均有較突出的優(yōu)勢。

4 工程具體應(yīng)用

4.1 工程概況

某海洋館網(wǎng)架跨度63.8 m，采用正放四角錐網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，以螺栓球節(jié)點為主，局部有焊接球節(jié)點。支座標(biāo)高19.6 m，屋面標(biāo)高24 m。網(wǎng)架桿件為Q235B高頻焊管和無縫鋼管，以45#鋼鍛造的方式制作螺栓球，以Q235B鋼板鍛造的方式制作焊接球，高強(qiáng)螺栓材質(zhì)為40Cr，于軸線4～8j處設(shè)焊接球節(jié)點。屋蓋下方建設(shè)二層樓面。

4.2 施工方案的對比分析

屋面支座標(biāo)高19.6 m，工程量較大且工期較緊，難以在短期內(nèi)澆筑至設(shè)計支座標(biāo)高處，導(dǎo)致網(wǎng)架結(jié)構(gòu)暫時無法成型，難以構(gòu)成空間幾何不變體。為兼顧質(zhì)量和效率的雙重要求，提前在地面完成拼裝作業(yè)，與土建同步施工。根據(jù)此思路，利用4～8j軸作為起步網(wǎng)架，網(wǎng)架安裝到位后進(jìn)行詳細(xì)檢查，無誤則開展高空散裝作業(yè)（向兩個方向同步推進(jìn)）。

起步網(wǎng)架的安裝方法較多，如整體吊裝、提升、頂升，根據(jù)現(xiàn)場作業(yè)條件進(jìn)行合理的選擇。本工程中，拼裝場地位于二層樓面，根據(jù)工程規(guī)劃，樓面有五個表演水池直通地面，并在南側(cè)建設(shè)看臺，留給拼裝作業(yè)的場所相對有限。以扣件式鋼管為基礎(chǔ)構(gòu)件，在水池內(nèi)搭設(shè)操作平臺，路用組合鋼管柱對部分區(qū)域采取加強(qiáng)措施。在臺階部位，受工期的影響，需要先組織土建施工，但會加大后續(xù)網(wǎng)架安裝的難度，因此對二層樓面的網(wǎng)架進(jìn)行起升處理，直至其與臺階高度保持一致。

（1）施工思路。

①于二層樓面處搭設(shè)操作平臺，在該處拼裝。思路的不足之處為搭設(shè)規(guī)模較大，起步網(wǎng)架節(jié)點以焊接球形式為主，配套焊接球自重較大（達(dá)到446 kg），考慮穩(wěn)定性層面，需增設(shè)組合鋼管柱，在此配套方式下避免基座下沉。

②分階段交替頂升，最終完成整體作業(yè)。實際操作中，需要在無臺階部位搭設(shè)起步網(wǎng)架，于指定區(qū)域設(shè)頂升架和回頂支架；在此基礎(chǔ)上做到邊頂升、邊延伸，期間根據(jù)實際情況適時增加頂升支點，建成起步網(wǎng)架。思路不足之處為必須針對樓板采取加固措施，需要精細(xì)化控制頂升支架的垂直度，否則可能由控制不到位導(dǎo)致垂直度偏差超限。

（2）工程施工方案。

①整體吊裝。配套4臺履帶吊，以滿足重約130 t的起步網(wǎng)架的吊裝要求；女兒墻高度24 m，吊車運行時靈活調(diào)整吊車臂，使其高于女兒墻。經(jīng)計算可知，順利完成吊裝作業(yè)需配套至少為500 t的吊車，在設(shè)備方面的成本投入較高，缺乏經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)勢。

②整體提升法。借助原有柱子搭設(shè)三角支架，于該處懸掛提升器，在計算機(jī)控制的方式下，利用穿心液壓千斤頂對吊點進(jìn)行同步張拉處理。方案的不足之處為需重新制作提升支架，不具備重復(fù)使用的價值；工序協(xié)調(diào)效果差，需在支架吊裝結(jié)束后，組織土建施工作業(yè)。

③整體頂升法。配套液壓千斤頂頂升支架，將其設(shè)在起步網(wǎng)架下方，合理布設(shè)支點，計算機(jī)精細(xì)化調(diào)控，同步頂升。從支架結(jié)構(gòu)組成的角度分析，結(jié)構(gòu)由若干標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段構(gòu)成，具有重復(fù)利用價值。方案的不足之處為支架的垂直度控制要求較高，必須確保頂升時不存在水平偏移現(xiàn)象。

經(jīng)過對比分析，以思路一結(jié)合方案二、思路二結(jié)合方案三為宜，實際施工中，其在質(zhì)量、便捷性等方面的優(yōu)勢優(yōu)于其他組合方案。

5 結(jié)語

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代工程建設(shè)中取得廣泛應(yīng)用，其跨度靈活，對環(huán)境的適應(yīng)能力較強(qiáng)，對桿件進(jìn)行靈活組合可以構(gòu)成穩(wěn)定可靠的高次超靜定結(jié)構(gòu)，在施工期間具有安全、便捷的特點，使用期間具有穩(wěn)定可靠、耐久的特點，綜合應(yīng)用效果較好。焊接球、螺栓球的混合型網(wǎng)架的施工中，需要注重節(jié)點部位的處理。