网架上弦螺栓球支座杆端干涉问题的处理

文/ 赵伯海 江苏省第一工业设计院股份有限公司 江苏徐州 221000

1、工程概况

连云港某钢铁公司原料棚平面投影尺寸为244.4＊157米，横向为80+77米跨度共两跨，采用钢管混凝土柱柱网和焊接球加螺栓球混合双坡网架，网架矢高3.2～5.5米，周圈采用间距20米的D1220＊14钢管混凝土柱上弦支撑，内部采用间距40米的D1620＊16钢管混凝土柱柱帽支撑。

2、支座节点

2.1 支座设计

本工程恒荷载起控制作用，支座节点以压力为主，选用“十”字形和“井”字形加劲板的重型压力支座，支座高度取900和1350毫米，周圈上弦支撑处钢柱柱头收缩成椎体连接网架支座，经计算和放样，满足工程需求并有效避开了杆件和钢柱的干涉。

2.2 支座干涉

实际生产中发现上弦支座处支座杆件虽有效避开了钢柱柱头和支座底板，但因网架腹杆角度太小导致网架腹杆杆配件和支座加劲板干涉，尤以屋脊处严重，查询网架屋脊处支座球直径D220，两主受力腹杆D159＊6配置M36螺栓的无纹螺母与支座-30mm厚加劲板干涉，导致杆件无纹螺母和支座加劲板干涉不能正常旋紧到位而产生安全隐患。

2.3 干涉分析

网架设计软件虽能智能优化配置节点，避免高强螺栓和网架杆件的干涉，但对支座处后加的支座劲板不能有效碰撞检查，查询杆件内力腹杆受力也较弦杆大，符合网架结构体系的受力特征，网架屋脊处矢高最大，达到5.5米，网格尺寸一定而导致腹杆角度最小，干涉支座加劲板处腹杆角度仅为39度，是产生干涉的主要原因。

2.4 干涉处理

问题发现时，网架生产已基本完成，为最小代价解决该问题且还不能改变网格尺寸和球与杆件的规格及长度，采用了以下方式：

a：加劲板有-30mm厚改为-25mm，支座材质有Q235B提升为Q355B。

b：无纹螺母端部切削20mm成锥形

2.5 验证分析

几何放样后，采用此方式处理可有效避免碰撞干涉，并留有一定的间隙防止焊缝焊脚影响。

受力分析，查询D159腹杆最不利受力为拉力263.9kN，压力-75.5kN，杆件承受拉力时高强螺栓发挥作用，无纹螺母不受力，本修改过程不改变螺栓及拧入深度，符合空间网格结构技术规程JGJ7-2010规定，M36高强螺栓可承受拉力为351.3kN，原支座处高强螺栓有较大的安全裕度也满足关键杆件及配件要求，故最大拉力时高强螺栓、杆件与球符合原设计不做验算。压力起控制作用时，属较少出现的荷载组合，但也有一定的概率，该种工况组合下高强螺栓退出工作，无纹螺母发挥作用。取腹杆最大压力-75.5kN来验算无纹螺母，修改后的无纹螺母是修改后的标准件没有好的验算方式，通过实体建模并细部分析验证无纹螺母，验证结如见下图：

结果表明，切削端口处应力最大，结果为107.3N/mm^2,小于无纹螺母允许抗压强度400.0 N/mm^2。证明该处理方式可行。

取最不利支座反力设计值建模细部分析验证支座加劲板的安全性，验证结果见下图：

结果表明支座加劲板受力影响最大，最大应力105.77 N/mm^2小于设计应力295.0 N/mm^2，中部增加-20mm厚筋板来保证高加劲板的稳定也发挥了协同作用并不可忽视。

分析结果表面，采用此方式处理，支座既能有效消除干涉，安全也有一定的富裕度，是生产施工进行过程中性价比很高的一种后处理方式。工程建成并投产，经过一年多的使用验证结果完好，证明该种处理方式是可行的。

结语：

实际工程设计中，广大设计人员已经注意到网架和主体结构的干涉，但上弦支撑时网架支座和杆件干涉问题容易遗漏，待到施工过程中发现时已不便调整，通过本文可知，上弦支撑网架支座处以腹杆拉力为主，通常腹杆较弦杆截面大，利用高强螺栓抗拉性能好的特性可在不修改杆件和球规格基础上解决问题。

虽然该种处理方式可有效解决问题，但也属事后处理，实际工程中设计初期可以通过调加大网架网格尺寸、下弦网格内缩、加高支座、增大支座球直径、削减主体结构柱头或改变上弦支撑为下弦支撑等方式均能有效避免和减少干涉，并通过实体放样将问题前期消化，避免事后修改更为安全可靠。