大跨度螺栓球钢网架优化及施工质量控制

陈胜民/CHEN Sheng-min

（中铁十六局集团第四工程有限公司，北京 101400）

1 引言

随着高铁车站使用功能要求地不断提高，其屋盖体系常采用轻型钢结构屋面系统，其中网架是一种比较常用的结构体系，钢网架体系造型美观轻巧，抗震性、稳定性好，比传统平面钢屋架节省材料，因此在大跨度场馆屋架的建设中得到广泛应用。钢网架结构复杂、跨度大、构件数量及种类多，在地面进行拼装后，再进行高空吊装。但钢网架单件重量大，安装精度要求高，地面拼装及高空组装均存在较大困难。钢网架需要在各阶段的施工过程进行严格控制，做好各阶段检测检验才能保障钢网架的施工质量。

2 设计概况

宝兰客专定西北站房钢网架结构屋盖长度为73.8m，宽度为36.4m，钢网架屋面面积约2686.32m2。根据《空间网格结构技术规程》中的网架类型进行比选，本工程屋面网架为正放四角锥体螺栓球上弦三边多点支承网架，屋面维护结构主檩为焊接H型钢，次檩为冷弯薄壁C型钢。钢网架下弦设检修马道，焊接H型钢做马道梁。

钢网架钢管采用无缝钢管，螺栓球采用45号钢，毛坯钢球锻造成型，檩条、拉条及支撑均采用Q235钢加工，高强螺栓M12～M36为10.9级，M39为9.8级，普通螺栓材质为Q235钢。本工程包含网架杆件108种，共5338根，总重量为93464kg。网架球有8种球径，共1372个，总重量为19057kg。高强螺栓6种类型，共10676根，总重量为5706kg。

3 钢网架优化

宝兰客专定西北站房钢网架结构采用同济大学3D3S软件进行优化设计，3D3S软件可以自动完成节点校核及计算，对杆件类型和节点分类进行编号，可对钢网架中的参数进行修改并重新进行验算。计算简图如图1所示(圆表示支座，数字为节点号)。

图1 计算简图

经过建模计算，对钢网架杆件进行了优化，同时发现部分节点存在的问题，提出相应的改进措施。

3.1 杆件优化设计

对所有杆件及封板、锥头、螺栓进行编号，计算下料长度、焊接长度，以上层弦杆为例，局部计算编号示意图如图2所示。

图2 上层弦杆局部计算编号示意图

3.2 螺栓球优化设计

根据图纸对所有螺栓球节点编号，按球径的不同，螺栓孔数的不同进行分类统计，为后期加工提供依据。螺栓球的加工示意图如图3所示。

图3 B68号球（9孔）

3.3 发现的问题及改进措施

1）钢网架施工图中局部沿受力方向相邻杆件截面积大于1.8倍，由此对钢网架进行优化设计。

2）检修马道图中的支托D=38×3.5mm，建议改为D=60×3.5mm。

3）对局部夹角小于30°的杆件进行角度优化。

4）钢网架构件优化对比。优化后构件总重量为74916kg，比优化前减轻18548kg。在符合GB 50017-2017《钢结构设计规范》的前提下，通过优化设计实现了成本降低、结构总重量最轻、材料最省的目标。

4 施工方案

针对钢网架工程的特点，并结合土建结构的施工进度，采用高空散拼的施工方法，垂直运输采用塔机运输的方式。构件在工厂加工制作，分类打包以散件形式运至现场，在现场先进行小单元试拼装，试拼装合格后将构件用汽车起重机运至屋面拼装施工平台。先安装下弦平面网架，再安装上弦平面网格，后安装上弦倒三角网格，最后安装正三角锥网格。

按照上述步骤依次进行拼装，直到完成网架的安装工作。将主檩条与次檩条用螺栓连接，安装好檩条校正后，进行屋面板安装。屋面板现场进行压型，压装好用吊带与扁担相连通过吊机将板运至屋面，逐块依次安装。

5 施工过程质量控制

钢网架分块安装施工需在测量放线、地面拼装、高空组装、喷涂过程中严格按照规范标准施工。

5.1 测量放线过程质量控制

钢网架支点滑移支座与混凝土结构柱顶预埋板焊接固定，控制好预埋板、滑移支座的位置准确性，能保证钢网架整体的稳定性、准确性，避免出现移位、拼接不牢的问题，因此吊装前需对钢网架滑移支座的轴线位置、标高严格按照控制点、标高点进行定位，进过多次复测后，用墨线弹出支座中心线,并用仪器测出每个支座中心点的高差及偏差,测量结果应详细记录，再进行吊装作业。如图4所示。

图4 钢网架滑移支座精确定位

5.2 钢网架地面拼装过程质量控制

钢网架在进行地面拼装时，要保证杆件与球节点的连接拧紧质量，钢网架施工质量控制的重点如下。

1）杆件、球节点在构件经检验合格后进行底漆涂装，在底漆涂装后，根据深化图纸编号对相应杆件上进行编号，以方便构件到达现场后进行分区域分拣、拼装。

2）杆件和球节点根据编号进行尺寸检查及焊缝质量复检，合格后再进行拼装，确保网架的拼装精度。

3）在正式拼装作业前，必须进行试拼装，经检查无误后进行大面积拼装。

4）杆件与球节点拼装完成后根据规范要求使用扭力扳手进行扭矩力抽检，并进行记录，抽检合格后方可进行吊装。

5.3 钢网架高空吊装过程质量控制

钢网架在地面拼装2-3跨（轴线）稳定的单元后进行整体吊装（可根据起重机选型及现场场地情况进行选择），为保证网架吊装稳定性选择两台汽车起重机同时起吊，根据支座定位吊装后，进行散装构件吊装，在高空吊装过程中质量控制要点如下。

1）两台汽车起重机进行吊装前，应组织对司机、信号工、司索工进行安全技术交底，在吊装过程中信号工、司机通过对讲机进行沟通，由专人指挥吊装，保证信息畅通。

2）在网架吊装前，根据设计图纸复核各滑移支座的位置和标高，在拼装过程中，要全程使用水准仪进行标高控制，使用全站仪进行节点位置校核，完成一跨（轴线）应复核整体标高、位置，当误差超过规范要求时，应及时进行纠正，提高网架安装的几何尺寸精度。

3）网架安装时要严格遵循边安装、边检测的原则。钢网架在从已固定支点向未固定支点拼装过程中，使用千斤顶对已拼装网架进行支撑，因钢网架自身自重会产生挠度变形，为确保网架拼装到下一节点时准确定位，在拼装过程中需对已拼装网架进行挠度监测，当挠度值超过规范及设计值L/250（L为钢网架跨度）时，及时通知作业人员调整千斤顶压力，确保钢网架挠度值在设计值允许范围内。

4）网架吊装时安装人员应做好安全防护，使用的工具应固定在随身工具带上，严禁悬挂在网架杆件上，在吊装过程中，严禁人员在吊装范围内行走停留。

5.4 钢网架防火防腐漆涂装过程质量控制

钢网架涂装必须在网架全部构件安装合格验收后进行施工。在喷涂前对涂料的名称、型号、颜色进行检查，确保与设计规范要求相符，检查生产日期、合格证、复检报告，各项检查合格后方可使用。在大面积喷涂前进行样板施工，在喷涂后由试验、技术人员使用涂料测厚仪对喷涂的防火防腐漆厚度进行检查，腹杆和上、下弦每隔1m为一个测试点，检测各杆件各表面的涂层厚度，计算所有测点的平均值作为样板区域的涂层厚度，涂层厚度符合设计规范要求后方可进行大面积施工。涂装前对锈点应进行手工除锈、清理，直到露出杆件金属后才能补漆；漆膜如发现有起皱、龟裂等现象时应将漆膜刮除，重新补漆；防火防锈漆涂装后，如发现有凹陷洞孔、起泡、针孔锈等现象时，应将漆膜刮除并进行表面处理，再按涂层进行补漆。待网架涂装完成后，经自检合格后，由第三方检测单位进行检测出具相应检测报告。

6 结语

相对于钢筋混凝土结构，钢网架具有整体重量轻、施工便捷、抗震性能好等优点，但相对于钢筋混凝土结构质量控制更加严格。在钢网架施工时，通过优化结构体系，提高安装质量管理，制定切合现场的施工计划，才能保证钢网架安装安全与质量。