試深度分析鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)與網(wǎng)架吊裝

鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是目前國內(nèi)大型體育場(chǎng)館、工業(yè)廠房、影劇院、侯車廳等建筑常用的屋蓋形式。這種新樣式結(jié)構(gòu)的方法是依賴鋼體自身的受力，用螺栓球把一根根鋼柱連接在一起相互交錯(cuò)支撐，網(wǎng)結(jié)成各種形態(tài)不一的屋蓋空間。從小至幾米的會(huì)議室到大至跨度幾百米的工業(yè)廠房，這些都是空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)所適宜的范圍。

1、鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的型態(tài)奔放舒展。它既含概了古典建筑的韻律美，又有現(xiàn)代造型藝術(shù)的浪漫性。因此，越來越多的建筑師利用它的堅(jiān)固性和藝術(shù)性來設(shè)計(jì)構(gòu)筑大型屋頂骨架。這種新穎美觀的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。為現(xiàn)代建筑構(gòu)筑了新的物體形像。

2、鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架是一種多次超穩(wěn)定空間結(jié)構(gòu)。正是由于結(jié)構(gòu)的多次超穩(wěn)特征和相對(duì)其它結(jié)構(gòu)它所特有的造型靈活程度。結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算通常采用矩陣位移法。矩陣介次要根據(jù)工程情況而定，簡單的工程其矩陣介次也要達(dá)上萬次。復(fù)雜一些的工程其矩陣介次難以數(shù)計(jì)。即使用計(jì)算機(jī)采用高斯迭代法，計(jì)算一次也要數(shù)小時(shí)。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算工作量大，施工圖設(shè)計(jì)難度高，在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)程度未完成之前，大大限制了網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的推廣使用。

鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)在今天諸多的大型場(chǎng)館中得以施用，從建筑學(xué)的角度講，這是建筑結(jié)構(gòu)和建筑材料上的一場(chǎng)革命。從建筑物體的藝術(shù)觀感上講，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的多樣性造型變化。為人民群眾的生產(chǎn)、生活空間，增添了藝術(shù)感。空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，還有施工材料輕，安裝便利等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，由于建筑材料是組合受力，它還有抗震性能好的特異功效。

鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架是現(xiàn)代建筑科學(xué)百花園中的一支奇花。近十多年來，它在我國得以大面積的應(yīng)用和推廣，放眼望去，這道亮麗的城市風(fēng)景線，正向著更加遼闊的地域伸延。

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

1、網(wǎng)架是由許多桿架組成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。是高次超靜定的空間結(jié)構(gòu)。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)可分為平板網(wǎng)架和曲面網(wǎng)架兩種。

2、平板網(wǎng)架采用較多，其優(yōu)點(diǎn)是：空間受力體系，桿件主要承受軸向力，受力合理，節(jié)約材料整體性能好，剛度大，抗震性能好。桿件類型較少，適于工業(yè)化生產(chǎn)。

3、平板網(wǎng)架可分為交叉桁架體系和角錐體系兩類。角錐體系受力更為合理，剛度更大。

4、網(wǎng)架的高度與短跨之比一般為1/15左右。網(wǎng)架桿件一般采用鋼管，節(jié)點(diǎn)一般采用球節(jié)點(diǎn)。

一、拱式結(jié)構(gòu)：

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（1）拱的受力特點(diǎn)與適用范圍：

1.拱是一種有推力的結(jié)構(gòu)，它的主要內(nèi)力是軸向壓力?？衫每箟盒阅芰己玫幕炷两ㄔ齑罂缍鹊墓笆浇Y(jié)構(gòu)。

2.由于拱式結(jié)構(gòu)受力合理，在建筑和橋梁中被廣泛應(yīng)用。適用于體育館、展覽館等。

（2）拱的類型：拱可分為三鉸拱、兩鉸拱和無鉸拱，后兩種拱采用較多。

（二）懸索結(jié)構(gòu)

（1）懸索結(jié)構(gòu)，是比較理想的大跨度結(jié)構(gòu)形式之一，在橋梁中被廣泛應(yīng)用。懸索結(jié)構(gòu)的主要承重構(gòu)件是受拉的鋼索，鋼索是用高強(qiáng)度鋼絞線或鋼絲繩制成。

（2）索的拉力取決于跨中的垂度，垂度越小拉力越大。索的垂度一般為跨度的1/30。

（三）薄壁空間結(jié)構(gòu)

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（1）也稱殼體結(jié)構(gòu)。屬于空間受力結(jié)構(gòu)，主要承受曲面內(nèi)的軸向壓力，彎矩很小。

（2）薄殼常用于大跨度的屋蓋結(jié)構(gòu)，如展覽館、俱樂部、飛機(jī)庫等。薄殼結(jié)構(gòu)多采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土，費(fèi)模板、費(fèi)工時(shí)。

網(wǎng)架吊裝

鋼網(wǎng)架根據(jù)其結(jié)構(gòu)型式和施工條件的不同，可選用高空拼裝法，整體安裝法或高空滑移法進(jìn)行安裝。

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一、高空拼裝法

鋼網(wǎng)架用高空拼裝法進(jìn)行安裝，是先在設(shè)計(jì)位置處搭設(shè)拼裝支架，然后用起重機(jī)把網(wǎng)架構(gòu)件分件（或分塊）上吊至空中的設(shè)計(jì)位置，在支架上進(jìn)行拼裝。此法有時(shí)不需大型起重設(shè)備，但拼裝支架用量大，高空作業(yè)多。因此，對(duì)高強(qiáng)度螺栓連接的、用型鋼制作的鋼網(wǎng)架或螺栓球節(jié)點(diǎn)的鋼管網(wǎng)架較適宜，目前仍有一些鋼網(wǎng)架用此法施工。

二、整體安裝法

整體安裝法就是先將網(wǎng)架在地面上拼裝成整體，然后用起重設(shè)備將其整體提升到設(shè)計(jì)位置上加以固定。這種施工方法不需高大的拼裝支架，高空作業(yè)少，易保證焊接質(zhì)量，但需要的起重量大的起重設(shè)備，技術(shù)較復(fù)雜。因此，此法對(duì)球節(jié)點(diǎn)的鋼網(wǎng)架（尤其是三向網(wǎng)架等桿件較多的網(wǎng)架）較適宜。根據(jù)所用設(shè)備的不同，整體安裝法又分為多機(jī)抬吊法、拔桿提升法、千斤頂提升法及千斤頂頂升法等。

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1、多機(jī)抬吊法

此法是用于高度和重量都不大的中、小型網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。安裝前先在地面上對(duì)網(wǎng)架進(jìn)行錯(cuò)位拼裝作業(yè)（即拼裝位置與安裝軸線錯(cuò)開一定距離，以避開柱子的位置）。然后用多臺(tái)起重機(jī)（多為履帶式起重機(jī)或汽車式起重機(jī)）將拼裝好的網(wǎng)架整體提升到柱頂以上，在空中移位后落下就位固定。

（1）網(wǎng)架拼裝

為防止網(wǎng)架整體提升時(shí)與柱子相碰，錯(cuò)開的距離取決于網(wǎng)架提升過程中網(wǎng)架與柱子或柱子牛腿之間的凈距，一般不得小于10～l125px，同時(shí)要考慮網(wǎng)架拼裝的方便和空中移位時(shí)起重機(jī)工作的方便。需要時(shí)可與設(shè)計(jì)單位協(xié)商，將網(wǎng)架的部分邊緣桿件留待網(wǎng)架提升后再焊接，或變更部分影響網(wǎng)架提升的柱子牛腿。

鋼網(wǎng)架在金屬結(jié)構(gòu)廠加工之后，將單件拼成小單元的平面桁架或立體桁架運(yùn)到工地，工地拼裝即在拼裝位置將小單元桁架拼成整個(gè)網(wǎng)架。網(wǎng)架拼裝的關(guān)鍵，是控制好網(wǎng)架框架軸線支座的尺寸（要預(yù)放焊接收縮量）和起拱要求。

網(wǎng)架焊接主要是球體與鋼管的焊接。一般采用等強(qiáng)度對(duì)接焊，為安全起見，在對(duì)焊處增焊6～8mm的貼角焊縫。管壁厚度大于4mm的焊件，接口宜作成坡口。為使對(duì)接焊縫均勻和鋼管長度稍可調(diào)整，可加用套管。拼裝時(shí)先裝上、下弦桿，后裝斜腹桿，待兩榀桁架間的鋼管全部放入并矯正后，再逐根焊接鋼管。

（2）網(wǎng)架吊裝

這類中、小型網(wǎng)架多用四臺(tái)履帶式起垂機(jī)（或汽車式、輪胎式起重機(jī)）抬吊，亦有用倆臺(tái)履帶式起重機(jī)或一根撥桿吊裝的。

如網(wǎng)架重量較小，或四臺(tái)起重機(jī)的起重量都滿足要求時(shí)，宜將四臺(tái)起重機(jī)布置在網(wǎng)架倆側(cè)，這樣只要四臺(tái)起重機(jī)同時(shí)回轉(zhuǎn)即完成網(wǎng)架空中移位的要求，多機(jī)抬吊的關(guān)鍵是各臺(tái)起重機(jī)的起吊速度一致，否則有的起重機(jī)會(huì)超負(fù)荷，網(wǎng)架受扭，焊縫開裂。為此，起吊前要測(cè)最各臺(tái)起重機(jī)的起吊速度，以便起吊時(shí)掌握。

當(dāng)網(wǎng)架抬吊到比柱頂標(biāo)高高出750px左右時(shí)，進(jìn)行空中移位，將網(wǎng)架移至柱頂以上。網(wǎng)架落位時(shí)，為使網(wǎng)架制作中線準(zhǔn)確地與柱頂中線吻合，事先在網(wǎng)架四角各拴一根鋼絲繩，利用倒鏈進(jìn)行對(duì)線就位。

2、拔桿提升法

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球節(jié)點(diǎn)的大型鋼管網(wǎng)架的安裝，我國目前多用拔桿提升法。用此法施工時(shí)，網(wǎng)架先在地面上錯(cuò)位拼裝，然后用多根獨(dú)腳拔桿將網(wǎng)架整體提升到柱頂以上，空中移位，落位安裝。

（1）空中移位原理

空中移位是此法的關(guān)鍵?？罩幸莆皇抢妹扛螚U兩側(cè)起重滑輪組中的水平力不等而使網(wǎng)架水平移動(dòng)。

網(wǎng)架在空中移位時(shí)，要求至少有兩根以上的拔桿吊住網(wǎng)架，且其同一側(cè)的起重滑輪組不動(dòng)，因此，在網(wǎng)架空中移位時(shí)只平移而不傾斜。由于同一側(cè)滑輪組不動(dòng)，所以網(wǎng)架除平移外，還產(chǎn)生可以控制圓周運(yùn)動(dòng)，而使網(wǎng)架產(chǎn)生少許的下降。網(wǎng)架空中移位的方向，與拔桿的布置有關(guān)。

（2）起重設(shè)備的選擇與布置

起重設(shè)備的選擇與布置是網(wǎng)架撥桿提升施工中的一個(gè)重要問題。內(nèi)容包括：拔桿選擇與吊點(diǎn)布置、纜風(fēng)繩與地錨布置、起重滑輪組與吊點(diǎn)索具的穿法、卷揚(yáng)機(jī)布置等。

拔桿的選擇取決于其所承受的荷載和吊點(diǎn)布置。網(wǎng)架安裝時(shí)的計(jì)算荷載為：

Q=（K1 Q1+ Q2+ Q3）·K （kN）

式中 Q1——網(wǎng)架自重（kN）；

K1——荷載系數(shù)1.1（如網(wǎng)架重量經(jīng)過精確計(jì)算可取為1.0）；

Q2——附加設(shè)備（包括桁條、通風(fēng)管、腳手架等）的自重（kN）；

Q3——吊具自重（kN）；

K——由提升差異引起的受力不均勻系數(shù)，如網(wǎng)架重量基本均勻，各點(diǎn)提升差異控制在250px以下時(shí)，此系數(shù)取值1.30。

網(wǎng)架吊點(diǎn)的布置不僅與吊裝方案有關(guān)，還與提升時(shí)網(wǎng)架的受力性能有關(guān)。在網(wǎng)架提升過程中，不但某些桿件的內(nèi)力可能會(huì)超過設(shè)計(jì)時(shí)的計(jì)算內(nèi)力，而且對(duì)某些桿件還可能引起內(nèi)力符號(hào)改變而使桿件失穩(wěn)。因此，應(yīng)經(jīng)過網(wǎng)架吊裝驗(yàn)算來確定吊點(diǎn)的數(shù)量和位置。不過，在起重能力、吊裝應(yīng)力和網(wǎng)架剛度滿足的前提下，應(yīng)盡最減少拔桿和吊點(diǎn)的數(shù)量。

纜風(fēng)繩的布置，應(yīng)使多根拔桿相互連成整體，以增加整體穩(wěn)定性。每根拔桿至少要有6根纜風(fēng)繩，纜風(fēng)繩要根據(jù)風(fēng)荷載、吊重、拔桿偏斜、纜風(fēng)繩初應(yīng)力等荷載，按最不利情況組合后計(jì)算選擇。地錨亦需計(jì)算確定。

起重滑輪組的受力計(jì)算可按照實(shí)際受力情況進(jìn)行，根據(jù)計(jì)算結(jié)果選擇滑輪的規(guī)格。

卷揚(yáng)機(jī)的規(guī)格，要根據(jù)起重鋼絲繩的內(nèi)力大小確定。為減少捉升差異，盡最采用相同規(guī)格的卷揚(yáng)機(jī)。

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（3）軸線控制

網(wǎng)架拼裝支柱的位置，應(yīng)根據(jù)已安裝好的柱子的軸線精確量出，以消除柱子按裝時(shí)軸線誤差的積累。

（4）拔桿拆除

網(wǎng)架吊裝后，拔桿被圍在網(wǎng)架中，宜用倒拆法拆除。此法即在網(wǎng)架上弦節(jié)點(diǎn)處掛兩副起重滑輪組吊住拔桿，然后由最下一節(jié)開始一節(jié)一節(jié)拆除撥桿。

3、電動(dòng)螺桿提升法

電動(dòng)螺桿提升法與升板法相似，它是利用升板工程施工使用的電動(dòng)螺桿提升機(jī)，將在地面上拼裝好的鋼網(wǎng)架整體提升至設(shè)計(jì)標(biāo)高。此法的優(yōu)點(diǎn)是不需大型吊裝設(shè)備，施工簡便。用電動(dòng)螺桿提升機(jī)提升鋼網(wǎng)架，只能垂直提升不能水平移動(dòng)。為此，設(shè)計(jì)時(shí)要考慮在兩柱之間設(shè)托梁，網(wǎng)架的支點(diǎn)落在托梁上。

由于網(wǎng)架提升時(shí)不進(jìn)行水平移動(dòng)，所以網(wǎng)架拼裝不需錯(cuò)位，可在原位進(jìn)行拼裝。

三、高空滑移法

網(wǎng)架屋蓋近年來采用高空平行滑移法施工的逐漸增多，它尤其適用于影劇院、禮堂等工程。這種施工方法，網(wǎng)架多在建筑物前廳頂板上設(shè)拼裝平臺(tái)進(jìn)行拼裝（亦可在觀眾廳看臺(tái)上搭設(shè)拼裝平臺(tái)進(jìn)行拼裝），待第一個(gè)拼裝單元（或第一段）拼裝完畢，即將其下落至滑移軌道上，用牽引設(shè)備向前滑移一定距離。接下來在拼裝平臺(tái)上拼裝第二個(gè)單元（或第二段），拼好后連同第一個(gè)拼裝單元（或第一段）一同向前滑移，如此逐段拼裝不斷問前滑移，直至整個(gè)網(wǎng)架拼裝完畢并滑移至就位位置。

拼裝好網(wǎng)架的滑移，可在網(wǎng)架支座下設(shè)滾輪，使?jié)L輪在滑動(dòng)軌道上滑動(dòng)；亦可在網(wǎng)架支座下設(shè)支座底板，使支座底板沿預(yù)埋在鋼筋混凝土框架梁上的預(yù)埋鋼板滑動(dòng)。

網(wǎng)架滑移可用卷揚(yáng)機(jī)或手扳葫蘆牽引。根據(jù)牽引力大小及網(wǎng)架支座之間的桿件承載力，可采用一點(diǎn)或多點(diǎn)牽引。

網(wǎng)架滑移時(shí)，兩端不同步值不應(yīng)大于50mm。

采用滑移法施工網(wǎng)架時(shí)，在滑移和拼裝過程中，應(yīng)對(duì)網(wǎng)架進(jìn)行下列驗(yàn)算：

1）當(dāng)跨度中間無支點(diǎn)時(shí)，桿件內(nèi)力和跨中撓度值；

2）當(dāng)跨度中間有支座時(shí)，桿件內(nèi)力、支點(diǎn)反力和撓度值。

當(dāng)網(wǎng)架滑移單元由于增設(shè)中間滑軌引起桿件內(nèi)力變號(hào)時(shí)，應(yīng)采取臨時(shí)加固措施以防失穩(wěn)。

用高空滑移法施工網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，由于網(wǎng)架拼裝是在前廳頂板平臺(tái)上進(jìn)行，減少了高空作業(yè)的危險(xiǎn)；與高空拼裝法比較，拼裝平臺(tái)小，可節(jié)約材料，并能保證網(wǎng)架的拼裝質(zhì)量；由于網(wǎng)架拼裝用滑移施工，可以與土建施工平行流水和立體交叉，因而可以縮短整個(gè)工程的工期；高空滑移法施工設(shè)備簡單，一般不需大型起重安裝設(shè)備，所以施工費(fèi)用亦可降低。

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