钢结构网架结构:大型建筑屋盖的首选,坚固与艺术的完美结合

   日期:2024-07-31     来源:网络整理    作者:佚名    浏览:276    
核心提示:2、钢结构网架是一种多次超稳定空间结构。网架结构特点:因此,对高强度螺栓连接的、用型钢制作的钢网架或螺栓球节点的钢管网架较适宜,目前仍有一些钢网架用此法施工。网架拼装的关键,是控制好网架框架轴线支座的尺寸(要预放焊接收缩量)和起拱要求。网架焊接主要是球体与钢管的焊接。

钢结构网架结构是目前国内大型体育场馆、工业厂房、影剧院、候车大厅等建筑最常用的屋面形式,这种新型结构依靠钢体本身的受力,利用螺栓将一根根钢柱连接在一起,相互交错支撑,形成各种形状的屋面空间,小到几米的会议室,大到跨度几百米的工业厂房,这些都属于空间网架结构的适用范围。

1、钢结构网架结构具有无拘无束、伸缩自如的特点,既有古典建筑的韵律美,又有现代造型艺术的浪漫情调,因此越来越多的建筑师利用其坚固性与艺术性来设计和建造大型屋架,这种新颖美观的网架结构为现代建筑创造了新的客体形象。

2、钢结构网架是一种多次超稳定空间结构,正是由于结构的多次超稳定特性,以及相对于其他结构而言独特的形状灵活性,结构内力计算通常采用矩阵位移法,具体方法视工程情况而定,对于简单的工程,矩阵插值次数可达数万次,对于较为复杂的工程,矩阵插值次数难以统计,即使在计算机上采用高斯迭代法,计算一次也要花费数小时,内力计算工作量大,施工图设计难度高,在计算机辅助设计水平尚未完成之前,网架结构的推广使用受到很大的限制。

钢网架结构现今在很多大型场馆中都得到了应用,从建筑角度上看,这是建筑结构和建筑材料的一次革命,从建筑的艺术观感上看,网架结构的多样性、造型的变化。给人们的生产、生活空间增添了艺术感。空间网架结构还具有建筑材料轻、安装方便等优点,同时由于建筑材料的组合,还具有良好的抗震性能,具有独特的效果。

钢结构网架是现代建筑科学百花园中一朵奇葩,近十几年来在我国得到了广泛的应用和推广,放眼望去,这一片美丽的城市风景线正向着更为广阔的地域延伸。

网格结构的特点:

1、格栅是由许多杆件组成的网状结构,是一种高度静不定的空间结构,格栅结构可分为平面格栅和曲面格栅两种。

2、平板格栅应用较多,其优点是:空间受力体系,杆件主要承受轴向力,受力合理,节省材料,整体性能好,刚度大,抗震性能好。杆件种类较少,适用于工业生产中。

3、平板网架分为十字桁架体系和金字塔体系两种,金字塔体系受力更合理,刚度更大。

4、网架高度与短跨度之比一般为1/15左右,网架构件一般采用钢管,节点一般为球节点。

1.拱形结构:

(1)拱的应力特点及适用范围:

1、拱属于推力结构,其主要内力为轴压力,可采用抗压性能好的混凝土建造大跨度的拱结构。

2、拱结构受力合理,在建筑、桥梁中得到广泛应用,适用于体育馆、展览馆等。

(2)拱的种类:拱有三铰拱、二铰拱、无铰拱等,以后两者应用较多。

(二)缆索悬吊结构

(1)缆索悬索结构是较为理想的大跨度结构之一,在桥梁中得到广泛的应用,缆索悬索结构的主要承重构件是张拉钢缆,采用高强度钢绞线或钢丝绳制作。

(2)电缆的张力取决于跨距中部的垂度,垂度越小,张力越大。电缆的垂度一般为跨距的1/30。

3.薄壁空间结构

(1)又称壳结构。是一种主要承受曲面内部轴向压力、弯矩很小的空间受力结构。

(2)大跨度屋盖结构常采用薄壳,如展览馆、俱乐部、飞机库等,薄壳结构多采用现浇钢筋混凝土,模板工程量大,工时多。

钢网架吊装根据其结构类型和施工条件可采用高空拼装法、整体安装法或高空滑移法安装。

1.高空组装法

钢网架采用高空拼装法安装,即先在设计位置搭设拼装支架,再用起重机将网架构件(或分块)吊到空中设计位置,在支架上进行拼装。无需大型起重设备,但拼装支架工程量大,高空作业多。因此,采用型钢或钢管网架加螺栓球节点,采用高强度螺栓连接的钢网架较为适宜。采用此法施工框架。

2.整体安装方法

整体安装法是先将网架在地面组装成整体,再利用起重设备吊装到设计位置固定。此种施工方法不需要高大的组装支架,高空作业少,易保证焊接质量。但需要重型起重设备,工艺复杂。因此,此种方法比较适用于有球节点的钢网架(特别是三向网架等杆件较多的网架)。整体安装法又分为多机起重法、拉杆起重法、千斤顶起重法和千斤顶顶升法。

★1、多机升降方式

此法用于高度、重量不大的中、小型网架结构。安装前,先将网架在地面以错开的方式组装好(即组装位置与安装轴线错开一定距离,避开柱子位置),然后用多台起重机(多为履带起重机或汽车起重机)将组装好的网架整体吊至柱顶以上,在空中移位,然后落到位固定。

(1)网格组装

为防止网架整体吊装时与柱子发生碰撞,错开距离取决于网架吊装过程中网架与柱子或柱支架之间的净距,一般不应小于10~1125px,同时应考虑网架组装时,方便起重机高空移位作业,必要时可与设计单位协商预留网架部分边条,以便网架吊装后焊接,或更换部分影响网架吊装的柱支架。

钢网架在金属结构厂加工完成后,单件拼装成平面桁架或立体桁架的小单元,运输至施工现场。施工现场的拼装就是在拼装地点把小单元桁架拼装成整座网架。网架拼装的关键是控制桁架轴支撑尺寸(提前留出焊接收缩量)和拱度要求。

网架焊接主要是球体与钢管的焊接,一般采用等强度对接焊,为安全起见,对接焊处加6-8mm角焊缝。对于壁厚大于4mm的焊件,接口处应做成坡口。为使对接焊缝均匀,钢管长度可略微调整,可加套管。组装时,先安装上、下弦杆,再安装斜腹板。两桁架之间的钢管全部放好并校正后,再逐根焊接钢管。

(2)网架吊装

该类中、小型桁架通常采用四台履带吊(或汽车吊、轮胎吊)吊装,有的也有采用两台履带吊或杠杆吊装。

如果网架重量较小,或四台起重机的起吊能力满足要求,则宜在网架两侧布置四台起重机。这样,只要四台起重机同时旋转,便可完成网架空中位移的要求。起吊的关键是各台起重机的起吊速度要一致,否则,某些起重机就会超载,造成网架扭曲,焊缝开裂。为此,在起吊前应测量每台起重机的起吊速度,以便在起吊时掌握。

当网架升至高出柱顶约750px时,进行空中移动,使网架移至柱顶上方。网架就位时,为使网架制作中心线与柱顶中心线准确重合,事先在网架四个角上各绑一根钢丝绳,并用落链对准就位。

★2.引体向上和提举方法

球节点大型钢管格栅的安装目前我国多采用拉杆吊装法,采用该法时,先将格栅在地面交错拼装,再用多根单腿拉杆将格栅整体吊至柱顶以上,在空中移位并安装就位。

(1)空中位移原理

该方法的关键是空中移位,利用每根拉杆两侧提升滑轮内不相等的水平力,使格栅做水平移动。

栅栏在空中移位时,要求至少有两根拉杆托住栅栏,而同一侧的升降滑轮不动。因此,栅栏在空中移位时,只做水平移动,不发生倾斜。侧滑轮不动,所以栅栏不仅做水平移动,还产生可控的圆周运动,使栅栏略有下垂。栅栏空中位移的方向与拉杆的布置有关。

(2)起重设备的选择与布置

起吊设备的选择与布置是网架起吊施工中的一个重要问题,其内容包括:起吊杆的选择及吊点的布置、拉索及锚的布置、起吊滑轮及吊点索具的穿线、卷扬机的布置等。

拉杆的选取取决于其所承受的荷载和挂点的布置。网架安装时的计算荷载为:

Q=(K1 Q1+ Q2+ Q3)·K(千牛)

式中Q1为格栅自重(kN);

K1——荷载系数1.1(若网格重量计算准确,可取1.0);

Q2——附加设备(包括梁、通风管道、脚手架等)自重(kN);

Q3——吊索重量(kN);

K为因抬升差异造成受力不均的系数,若格栅重量基本均匀,且各点抬升差异控制在250px以下,则该系数取1.30。

网格吊点的布置不仅与吊装方案有关,还与网格吊装过程中的受力性能有关,在网格吊装过程中,不仅可能存在部分拉杆的内力超过设计时计算的内力,而且部分拉杆还可能造成内力符号的改变,使拉杆失稳。因此,应通过网格吊装计算确定吊点的数量和位置。但在吊装能力、吊装应力和网格刚度满足要求的前提下,应尽量减少拉杆和吊点的数量。

拉索布置应使多根拉杆相互连接,以增加整体稳定性。每根拉杆不少于6根拉索,拉索布置应根据风载、起重量、拉杆偏差等情况进行。斜缆、拉索的初应力等荷载应按最不利组合计算选取。地锚也应计算确定。

根据实际受力情况,进行起重滑轮组的受力计算,并根据计算结果选择滑轮的规格。

卷扬机的规格应根据提升钢丝绳的内力大小来确定,为减少提升量的差异,应尽可能采用同一规格的卷扬机。

(3)轴控制

应根据安装好的柱子的轴线准确测量桁架拼装柱子的位置,以消除柱子安装时轴线误差的积累。

(4)取出杆

桁架吊装完毕后,拉杆封闭在桁架内,应采用逆拆法拆除。此法是在桁架上弦的节点处挂两个起重滑轮,以吊挂拉杆,然后从最下节开始拆除拉杆。逐节拆除拉杆。

★3、电动丝杆升降方式

电动螺旋提升法与平板提升法类似,也是利用平板提升工程中采用的电动螺旋提升机,将地面拼装好的钢格栅提升到设计标高,此法的优点是不需要大型提升设备,施工方便。电动螺旋提升机只能垂直提升钢格栅,不能水平移动。为此,设计时需考虑在两柱之间设置托梁,格栅的支点落在托梁上。

由于网架在吊装时不发生水平移动,因此网架组装时不需要移位,就地组装即可。

3.高空滑行法

近年来,网架屋面施工越来越多地采用高空平行滑移法,这种施工方法特别适用于影剧院、礼堂等工程。这种施工方法网架多用拼装平台在建筑大厅屋面上拼装(也可在屋面上拼装,拼装平台搭设在礼堂看台上进行拼装)。当第一个拼装单元(或第一节)拼装完成后,将其落到滑移轨道上,利用牵引设备向前滑移一定距离,在平台上拼装第二个拼装单元(或第二节),拼装完成后随第一个拼装单元(或第一节)一起向前滑移,逐节拼装,不断向前滑移,直至整个网架拼装完毕并滑移到位。

组装好的网架可滑动,可在网架支架下方安装滚轮,使滚轮在滑行轨道上滑动;或在网架支架下方安装支撑底板,使支撑底板沿预埋钢筋混凝土框架梁上预埋钢板滑动。

格栅的滑动可用绞车或手扳葫芦牵引网状钢结构,根据拉力的大小和格栅支架间杆件的承载能力网状钢结构,可采用一点或多点牵引。

格栅滑行时,两端异步值不应大于50mm。

采用滑移方法构造网格时,网格在滑移和组装过程中应进行下列计算:

1)跨中无支撑时,构件内力及跨中挠度值;

2)当跨中设有支撑时,构件的内力、支撑反力和挠度值。

当桁架滑移单元因增设中间滑轨而引起内力变化时,应采取临时加固措施,防止失稳。

网架结构采用高空滑移法施工,由于网架拼装是在前厅屋面平台上进行,减少了高空作业的危险性;与高空拼装法相比,拼装平台小,可节省材料,保证网架拼装质量;由于网架拼装采用滑移法施工,可与土建平行、垂直相交,从而缩短了整个工程的施工工期;高空滑移法施工设备简单,一般不需要大型起重安装设备,因此工程造价也可降低。

 
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