(煙臺飛龍集團有限公司,山東 煙臺 264000)
隨著體育館、展覽館、影院等一些大跨度公共建筑物的興建,網(wǎng)架結(jié)構(gòu)備受青睞,它多變的造型不僅能賦予建筑師豐富的想象力還有相當?shù)暮侠硇院徒?jīng)濟實用性。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)已成為現(xiàn)代世界應用較普遍的新型結(jié)構(gòu)之一。我國從20 世紀60 年代開始研究和采用,近年來,由于電子計算技術(shù)的迅速發(fā)展,解決了網(wǎng)架結(jié)構(gòu)高次超靜定結(jié)構(gòu)的計算問題,促使網(wǎng)架結(jié)構(gòu)無論在型式方面以及實際工程應用方面,發(fā)展都很快。
網(wǎng)架是以多根桿件按照一定規(guī)律組合而成的網(wǎng)格狀高次超靜定結(jié)構(gòu)。由于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)桿件之間的相互作用,使其整體性好、空間剛度大、結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定。主要有三方面優(yōu)點:
(一)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)靠桿件的軸力傳遞載荷,材料強度可以得到充分利用,既節(jié)約鋼材,又減輕了自重。
(二)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)高度小,可有效利用空間,普通鋼結(jié)構(gòu)高跨比為1/8—1/10,而網(wǎng)架結(jié)構(gòu)高跨比只有1/10—1/18,能降低建筑物的高度。
(三)建設速度快,網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的構(gòu)件,其尺寸和形狀大量相同,使現(xiàn)場工作量降至最低,這就便于網(wǎng)架進行定型化工業(yè)化的施工,工期縮短。
根據(jù)外形不同,可分為雙層的板型網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、單層和雙層的殼型網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。板型網(wǎng)架和雙層殼型網(wǎng)架的桿件分為上弦桿、下弦桿和腹桿,主要承受拉力和壓力;單層殼型網(wǎng)架的桿件,除承受拉力和壓力外,還承受彎矩及切力。目前中國的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)絕大部分采用板型網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)板型網(wǎng)架結(jié)構(gòu)按組成形式主要分三類:第一類是由平面桁架系組成,有兩向正交正放網(wǎng)架、兩向正交斜放網(wǎng)架、兩向斜交斜放網(wǎng)架及三向網(wǎng)架四種形式;第二類由四角錐體單元組成,有正放四角錐網(wǎng)架、正放抽空四角錐網(wǎng)架、斜放四角錐網(wǎng)架、棋盤形四角錐網(wǎng)架及星形四角錐網(wǎng)架五種形式;第三類由三角錐體單元組成,有三角錐網(wǎng)架、抽空三角錐網(wǎng)架及蜂窩形三角錐網(wǎng)架三種形式。
網(wǎng)架設計時宜采用空間桿系有限元法進行計算,常用軟件有3D3S,SFCAD,MST 等,網(wǎng)架可采用雙層或多層形式,網(wǎng)格形式也分為交叉桁架體系、四角錐體系和三角錐體系,常用的為正放四角錐體系。因網(wǎng)架的支點會落在下部混凝土結(jié)構(gòu)的梁或者柱上,建模確定網(wǎng)架分格時要結(jié)合下部結(jié)構(gòu)尺寸,然后根據(jù)跨度,荷載條件(目前網(wǎng)架屋面板一般為混凝土屋面,網(wǎng)架板,彩鋼板,玻璃等),初定網(wǎng)架高度,并宜使相鄰桿件的夾角大于45 度。再進行恒載,活載(檢修橋架,消防水管等)風載,地震,溫度等作用下的位移和內(nèi)力計算。
結(jié)構(gòu)分析時,應考慮上部空間結(jié)構(gòu)與下部支承結(jié)構(gòu)的相互影響,可把下部支撐結(jié)構(gòu)折算等效剛度和等效質(zhì)量作為上部網(wǎng)架結(jié)構(gòu)分析時的條件,或按實際情況做兩向或一向可位移的鉸接支座及彈性支座,支座的選取對網(wǎng)架用鋼量影響較大。嚴禁支座構(gòu)造與計算模型不符,條件允許時應將上部網(wǎng)架與下部混凝土結(jié)構(gòu)整體分析。網(wǎng)架支座優(yōu)先設在柱頂,而非混凝土梁上,因柱軸向變形可忽略,而梁的彎曲變形對網(wǎng)架內(nèi)力影響較大,同時梁的配筋也會大大加大。
在使用的過程中,網(wǎng)架事故時有發(fā)生,輕則出現(xiàn)網(wǎng)架桿件彎曲,重則網(wǎng)架變形過大,甚至坍塌。而這其中涉及到的原因大致有如下3 點:
(一)設計原因,網(wǎng)架結(jié)構(gòu)選型不合理,工程考慮不全面,建設及使用過程的荷載考慮不全面;
(二)加工制造原因,構(gòu)件加工質(zhì)量粗糙,精度不足,材質(zhì)使用混雜,構(gòu)件組合錯亂等;
(三)安裝原因,測量精度低,安裝偏差過大,螺栓安裝深度不足,吊裝過程吊點選擇不合理,焊接質(zhì)量差,吊掛位置及方式不合理等。
(一)高空拼裝法
鋼網(wǎng)架用高空拼裝法進行安裝,是先在設計位置處搭設拼裝支架,然后用起重機把網(wǎng)架構(gòu)件分件(或分塊)上吊至空中的設計位置,在支架上進行拼裝。此法有時不需大型起重設備,但拼裝支架用量大,高空作業(yè)多。因此,對高強度螺栓連接的、用型鋼制作的鋼網(wǎng)架或螺栓球節(jié)點的鋼管網(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,然后用起重設備將其整體提升到設計位置上加以固定。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備,技術(shù)較復雜。因此,此法對球節(jié)點的鋼網(wǎng)架(尤其是三向網(wǎng)架等桿件較多的網(wǎng)架)較適宜。
(三)多機抬吊法
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網(wǎng)架進行錯位拼裝作業(yè)(即拼裝位置與安裝軸線錯開一定距離,以避開柱子的位置)。然后用多臺起重機(多為履帶式起重機或汽車式起重機)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。
目前,一些鋼結(jié)構(gòu)建筑企業(yè)正看到鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架的未來發(fā)展,逐步改變傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式,實現(xiàn)鋼網(wǎng)架配件的流水線生產(chǎn),不斷改進生產(chǎn)工藝,使鋼網(wǎng)架配件進行工廠化加工。同時,將其應用于實際,降低企業(yè)成本,降低項目設計的人工成本,提高項目設計各方面的工作效率。當前,我國裝配式建筑正進入全面提速階段。隨著行業(yè)發(fā)展和配套產(chǎn)業(yè)鏈的完善,企業(yè)可以順應行業(yè)發(fā)展趨勢,積極參與其中,加快傳統(tǒng)建筑產(chǎn)業(yè)向新方式轉(zhuǎn)變,開辟企業(yè)轉(zhuǎn)型升級的新空間。鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)以其施工速度快、噪音低、揚塵少、建筑垃圾少等優(yōu)點得到了廣泛的應用。同時該網(wǎng)架結(jié)構(gòu)性能良好,使用壽命長,使用過程中環(huán)保效果突出。它將在未來的建筑構(gòu)件中發(fā)揮更大的作用,在建筑業(yè)中具有更大的發(fā)展前景。