钢结构网格是指由多根杆件通过节点按一定网格形式连接而成的空间结构。构成钢格栅的基本单元包括三棱锥、三棱柱、正方体、截四角锥等。这些基本单元可以组合成平面形状,例如三角形、四边形、六边形、圆形或任何其他形状。具有空间受力小、重量轻、刚度高、抗震性能好等优点;可作为体育馆、影剧院、展览馆、候车厅、体育场看台雨篷、飞机机库、双向大柱钢网架结构、厂房等建筑材料。屋顶。
钢结构网架是一种多重超稳定的空间结构。正是因为该结构具有多次超稳定的特性以及相比其他结构所具有的独特的形状灵活性。结构内力的计算通常采用矩阵位移法。矩阵引入视项目情况而定,简单项目的矩阵引入数量可达数万个。对于更复杂的项目,矩阵引入的数量是无数的。即使计算机使用高斯迭代法,计算一次也要花费几个小时。由于结构内力计算工作量大、施工图设计难度大,在计算机辅助设计水平尚未完成之前,网架结构的推广和使用受到很大限制。
如今,许多大型场馆都使用钢结构网格。从建筑学的角度来看,这是建筑结构和建筑材料的一场革命。从建筑对象的艺术角度来看,网架结构多样的造型变化给人们的生产、生活空间增添了艺术气息。空间网架结构具有建筑材料轻、安装方便等优点。同时,由于建筑材料受到合力作用,还具有抗震性能好的特殊效果。
钢结构网架是现代建筑科学园林中的一朵奇葩。近十几年来,它在我国得到了广泛的应用和推广。放眼望去,这美丽的城市景观正在向更广阔的区域延伸。
钢结构网架的特点
网格是由许多杆架组成的网状结构,是一种高阶超静定空间结构。网格结构可分为平面网格和曲线网格两种。
平板格栅应用广泛,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,综合性能好,刚度高,抗震性能好。棒材种类较少,适合工业化生产。
平板网格可分为十字桁架系统和金字塔系统两大类。金字塔体系受力更合理,刚度更大。
网格高度与短跨之比一般为1/15左右。网架构件一般采用钢管,节点一般采用球接头。
钢结构网架吊装
根据其结构类型和施工条件,钢结构网架可采用高空拼装法、整体安装法或高空滑移法安装。
2.1
高空组装方式
钢格栅采用高空拼装法安装。首先将组装支架架设在设计位置,然后用起重机将网架构件分成零件(或块)吊至空中设计位置,并组装在支架上。这种方法有时不需要大型起重设备,但需要大量的装配支架,并且需要大量的高空作业。因此,更适用于采用高强度螺栓连接、采用型钢或钢管制成的带有螺栓球接头的钢网架。目前仍有部分钢格板采用这种方法建造。
2.2
整体安装方法
整体安装方法是先将网架整体组装在地面上,然后用起重设备将整体吊装到设计位置并固定。这种施工方法不需要很高的装配支架,高空作业要求较少,并且可以轻松保证焊接质量。然而,它需要重型起重设备,技术复杂。因此,这种方法更适用于带有球接头的钢格栅(特别是三通格栅等杆数较多的格栅)。根据所用设备的不同,整体安装方式分为多机提升法、拉杆提升法、千斤顶提升法和千斤顶提升法。
2.2.1 多机吊装方式
此法适用于高度和重量不大的中小型网架结构。安装前,将格栅在地面上进行交错组装(即组装位置与安装轴线错开一定距离,避开支柱的位置)。然后用多台起重机(多为履带式起重机或汽车式起重机)将组装好的网格吊至立柱顶部上方,在空中移动,然后落下固定。
为了防止网格整体吊装时与柱子碰撞,错开距离取决于网格吊装时网格与柱或柱牛腿之间的净距,一般不应小于大于 10 到 125 像素。同时,必须考虑网格组装所需的空间。起重机在空中移位时工作的方便快捷。如有必要,可与设计单位协商,在网架吊装后保留部分网架边杆进行焊接,或更换部分影响网架吊装的柱牛腿。
钢网架在金属结构工厂加工后,将单件组装成小型单元平面桁架或三维桁架,运至施工现场。工地拼装是指将小单元桁架在拼装位置拼装成整个网格。网架拼装的关键是控制网架轴支撑尺寸(必须预先计算焊接收缩量)和起拱要求。
网格焊主要是球体和钢管的焊接。一般采用等强度对焊。出于安全考虑,在对接焊缝上增加了6-8mm的角焊缝。对于管壁厚度大于4毫米的焊件,接口处应开槽。为了使对接焊缝均匀和钢管长度略有可调,可加套管。组装时,先安装上下弦杆,再安装斜腹杆。两桁架之间的钢管全部放好并校正后,即可将钢管一根一根地焊接起来。
2.2.2 拉杆升降方式
对于球节大型钢管网架的安装,目前我国多采用拉杆吊装方式。采用这种方法施工时,首先将网格错位地组装在地面上,然后用多根单腿杆将网格整体提升到立柱顶部上方,在空中移位,然后安装到位。
(1) 气移原理
空中变速是该方法的关键。空中移位是利用各拉杆两侧升降滑轮所受的不等水平力,使网格水平移动。
网格在空中移位时,要求至少有两根拉杆悬挂网格,且同侧的升降滑轮组不动。因此,当网格在空中移动时,它仅平移而不会倾斜。由于同侧滑轮组不动,栅格除了平移外,还产生受控圆周运动,导致栅格轻微下降。网格的空中位移方向与拉杆的布置有关。
(2)起重设备的选择和布置
起重设备的选择和布置是网格杆吊装施工中的重要问题。内容包括:拉杆的选择和吊点的布置、缆风绳和地锚的布置、起重滑轮和吊点索具的穿线方法、绞车的布置等。
拉杆的选择取决于其承受的载荷和吊点的布置。计算电网安装时的荷载为:
Q=(K1 Q1+ Q2+ Q3)·K(kN)
式中:Q1——网格自重(kN);
K1——负载系数1.1(如果网格重量计算准确,可取1.0);
Q2——附加设备(包括纵梁、通风管、脚手架等)自重(kN);
Q3——吊具自重(kN);
K——因升降差引起的不均匀应力系数。如果网格权重基本均匀,且各点提升差控制在250px以下,则该系数取值1.30。
网格吊点的布置不仅与吊装方案有关,而且与吊装时网格的受力性能有关。在网格吊装过程中,不仅有的杆件的内力可能超过设计时计算的内力,而且有的杆件的内力符号可能发生变化,导致杆件失稳。因此,吊装点的数量和位置应通过网格吊装验证来确定。但在满足起重能力、吊装应力和网格刚度的前提下,应尽量减少拉杆和吊点的数量。
电缆风绳的布置应使多个拉杆相互连接成一个整体,以增加整体的稳定性。每个拉杆必须至少有 6 根电缆风绳。电缆风绳必须根据风荷载、吊重、拉杆挠度、电缆风绳初始应力和其他载荷以及最不利的条件组合进行计算和选择。地锚也需要计算和确定。
可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。
绞车的规格应根据起重钢丝绳的内力确定。为了减少捕捉和提升的差异,最好使用相同规格的绞车。
(3) 轴控制
网格组装支柱的位置应根据已安装支柱的轴线进行精确测量,以消除支柱安装时轴线误差的累积。
(4)拆下拉杆
网格吊装后,拉杆封闭在网格内,应采用倒置的方法拆除。这种方法是在网格上弦节点处悬挂两对起重滑轮来悬挂拉杆,然后从底部开始将拉杆一根一根地拆除。
2.2.3 电动螺杆升降方式
电动螺杆升降方式与板材升降方式类似。它利用板材吊装工程施工中使用的电动螺杆葫芦,将地面组装的钢网整体提升至设计标高。这种方法的优点是不需要大型吊装设备,施工方便。使用电动螺旋葫芦提升钢格板,只能垂直提升,不能水平移动。为此,设计时应考虑在两立柱之间设置托梁,网格的支点落在托梁上。
由于栅格在提升时不会水平移动,因此栅格组件不需要错位钢结构网架,可以组装在原来的位置。
2.3
高空滑移法
近年来,采用高空平行滑移法进行网架屋面施工的情况逐渐增多,特别适用于剧院、礼堂等工程。采用这种施工方式,网架通常采用建筑物前厅屋顶的拼装平台进行拼装(也可在礼堂看台上设置拼装平台)。第一个组装单元(或第一节段)组装完毕后,即掉落到滑轨上,利用牵引设备向前滑行一定距离。接下来,在组装平台上组装第二单元(或第二部分)。组装完成后,它与第一组装单元(或第一部分)一起向前滑动。就这样,组件一段一段地继续向前滑动,直到整个网格组装完毕并滑入到位。
为了保证组装好的格栅能够滑动钢结构网架,可以在格栅支架下方设置滚轮,让滚轮在滑轨上滑动;还可以在网格支撑下设置支撑底板,使支撑底板沿着梁上预埋钢板滑道预埋在钢筋混凝土框架内。
网格滑动可由绞车或手扳葫芦牵引。根据牵引力的大小和网格支撑之间拉杆的承载能力,可以采用一个或多个牵引点。
网格滑动时,两端不同步值不应大于50mm。
当采用滑动法施工网格时,在滑动和拼装过程中,应对网格进行如下校核计算: 1)当跨中无支点时,杆件的内力和跨中的挠度值; 2)当跨度中间有支撑时,杆件的内力、支点的反作用力和挠度值。
当网格滑动单元中增设中间滑轨而导致拉杆内力发生变化时,应采取临时加固措施,防止失稳。
采用高空滑移法构建网格结构。由于网格拼装是在前厅屋顶平台上进行,降低了高空作业的风险。与高空拼装方式相比,拼装平台较小,可以节省材料,保证电网的安全。装配质量;由于网架组件采用滑动施工,可与土建结构平行流动,并可三层交叉,因此可缩短整个工程的施工工期;高空滑移法的施工设备简单,一般不需要大型起重安装设备,因此施工成本也可以降低。
结论
钢结构网架的造型奔放、舒展,既涵盖了古典建筑的韵律美,又具有现代造型艺术的浪漫。因此,越来越多的建筑师利用其坚固性和艺术性来设计和建造大型屋顶框架。这种新颖美观的网格结构为现代建筑创造了新的物体形象。
钢结构网架是目前国内大型体育场馆、工业厂房、影剧院、候车大厅等建筑常用的屋面形式。这种新型结构依靠钢体本身的力量。螺栓球用于将钢柱连接在一起并相互支撑,形成各种屋顶空间的网络。小到几米的会议室,大到跨度数百米的工业厂房,都是空间网格结构的适用范围。
本文对钢结构网架的几种吊装形式进行了详细的讲解和分析,希望能为同行业的人们提供一些帮助。