曾维民

摘要：网架结构因具有许多优点，使其成为近年来中国空间结构中发展最快，应用较为广泛的结构形式之一；而在该结构实施应用过程中，网架结构最终的质量好坏，是其推广使用是否有效的关键。文中简要介绍了螺栓球节点网架的特点及适用范围，结合实际工程介绍了螺栓球节点网架施工过程中应注意的事项，包括在施工前需重视对钢网架材料的检查验收，对土建结构及网架安装工艺的要求等；并着重阐述了螺栓球节点网架结构杆件变形、挠度过大、“马蹄缝”等质量问题的出现以及对其质量问题产生的原因做出了有关设计、加工、运输和安装施工方面的分析，以便在螺栓球网架结构在设计、加工及施工安装过程中能够进行有效的控制；并提出了相应的质量控制措施，以及网架验收的相关规定。

笔者在从事钢网架结构施工的过程中，总结了一些施工经验，并通过经济、技术效益的分析指出该技术的优势。笔者认为，研究总结螺栓球节点网架结构质量问题的产生、控制及防治对于同类工程的设计、施工和使用都具有一定的积极意义。

关键词：螺栓球节点网架，特点，注意事项，质量问题与原因，控制措施及验收

一、网架的特点及适用范围

1、网架结构的特点

螺栓球节点网架作为一种屋盖承重结构，其属于多次超静定空间结构体系。具有以下优点：①空间布置灵活，可做出各种曲面、造型。②整体性好、空间刚度大、抗震性能好。③受力明确，杆件规律性强，网格划一。④节约钢材，降低造价。⑤可工厂批量生产，提高施工效率。⑥有利于解决采光、通风问题等。其缺点有：① 设计时要考虑杆件的角度；② 网架形状复杂、杆件定位困难；③各个配件的精度要求高等。

2、适用范围

可应用于公共建筑大跨度体育馆、游泳馆、展览馆、剧院、火车站、候机厅、飞机库、加油站、收费站、工业厂房等屋盖承重结构。

二、工程概况

1、工程概况

某航材库总建筑面积18000m2，结构形式为钢结构，地上3层，主体檐高15m。由A座A段、BC段；B座B1、B2网架四部分组成，A、B座大楼的屋面钢网架为四个长方形，一个多边形。所有网架均为四角锥格构平面网架，A座A段建筑面积为48.1×48.6m、A座BC段建筑面积为106×48.6m、B座B1网架建筑面积为72.9×37.5m、B座B1、B2建筑面积为81×37.5m。

2、施工方案及工艺简述

由于本工程为平面网架，故采用搭设脚手架作为作业平台的方式进行网架的安装：即在某段伸缩缝处或靠近山墙处搭设宽度为6米的几个活动脚手架（可滑动或滚动）至网架下弦，在上面铺设脚手板并绑扎牢固作为材料临时存放和作业人员的操作平台，完成网架的安装就位施工。

按照下弦→腹杆→上弦的顺序进行单元拼装，在网架未形成几何不变体之前，每一下弦节点均用临时垫块支垫，每一节点处的螺栓必须拧紧到位。安装完脚手架范围内的网架后，开始移动脚手架，并调整好位置。

以此类推，按以上程序继续向前推进安装网架，直至完成。

三、网架施工中应注意的事项

1、在施工前要重视对钢网架材料的检查验收

材料是控制施工质量的源头，必须重视用料的质量关，钢网架原材料、焊接球、螺栓球、高强度螺栓、杆端嵌入件、杆件等均应有合格证及检验记录；同时对进场的（网架）散件及时进行外观检查：杆件是否弯曲变形、螺栓球表面是否有裂纹、过烧、褶皱；油污及飞溅物、毛刺等是否清理干净；网架配件及杆件检测使用塞尺、钢尺、螺纹规、放大镜等工具，检查中按规范规定对高强螺栓、螺栓球、杆件、锥头等随机抽取一定比例进行力学试验和探伤检测。

2、对土建结构及网架安装工艺的要求

钢网架安装时的柱顶标高、轴线需及时同土建施工单位做好交接并做好交接记录。网架的安装方法跟工程的结构形式而有所变化，本工程采用高空散装法安装，搭设满堂脚手架。脚手架的高度距支撑边的距离、剪刀撑设置部位、木跳板搭设等均需满足荷载、施工要求。

3、网架安装过程中的注意事项

在钢网架施工过程中，注意检查拼装顺序是否正确，下弦支撑是否牢固。注意检查钢支座位置是否准确，支撑方式是否正确，焊缝厚度是否符合要求，杆件是否存在强制变形安装的现象。以及屋面排水方向及排水坡度是否满足设计要求。

网架安装由于跨度较大，实际施工中会造成误差的累计，为了减少累计误差，采用由中心向四周推移的安装方法。

四、网架施工中常见的问题及产生原因分析

1、杆件的变形及产生变形的原因分析

杆件变形在钢网架安装工程中是不可避免的，主要表现为受压杆件的弯曲变形，从受力角度来说杆件变形是由于杆件所受应力值超过其极限承载力造成的。如果在一个拼装完成的杆件单元里，只有少量的杆件变形，则几乎不会影响网架结构的安全，如果变形数量较多则不能忽视，就要认真分析产生变形的原因，并对结构的安全性进行鉴定。

造成杆件变形的原因主要有设计、加工、安装等因素，网架杆件在这些因素的共同或分别作用下产生变形。

（1）设计原因

一般情况下设计在计算时安全系数取值较高，选取的杆件在工作状态下一般达不到其极限承载力，杆件也不会产生变形。如果杆件截面取值较小则可能会引起杆件的变形。例如，钢网架设计规程规定杆件取值不能≤φ48×2，如果设计没有考虑到这一点选用了大量的φ48杆件，则在受力状态下很可能会造成φ48的受压杆弯曲变形。在一个拼装完成的网架单元中如果出现的大量的杆件变形，很可能是由于设计原因造成的，对网架造成的后果也是相当严重的。则首先要从设计角度分析设计计算过程以及假想条件是否与实际荷载情况相符，以便采取措施应对。

（2）加工制作的原因

部分桿件、套筒等部件几何尺寸超过允许偏差，拼装后则会在网架内产生应力，导致杆件变形。为此在网架拼装前必须仔细核对网架各部件的几何尺寸，不准有任何超差现象。另外在拼装过程中如出现螺栓紧固不畅等现象也不要忽视，这时要立即停止拼装分析原因，则很可能是网架部分零件加工尺寸出现问题。

（3）运输、安装方面的原因

在运输阶段出现杆件变形，主要是碰撞、挤压造成的。在安装过程出现杆件变形，则主要是安装工人操作不当造成的。

2、挠度过大出现及产生原因分析

挠度值是检验钢网架总拼完成后以及外荷载加载完成网架承载能力的重要指标，一般情况下，钢网架在拼装完成后以及屋面工程、设备工程安装后会产生一些挠度。正常情况下挠度值不会超过设计允许值的1.15倍，设计计算的允许最大挠度值为短向跨度的1/250。网架挠度的检测主要靠塔尺和水准仪来完成，网架挠度值大小分两次测量，即总拼完成后和屋面工程完成后。

钢网架在总拼完成后产生的挠度主要是由自重引起的。这时钢网架挠度不可能太大，如果挠度值太大则说明网架存在较大的安全隐患，就要进一步进行论证其安全性。钢网架屋面工程安装完成后，需要再次测量网架的挠度，屋面工程以及网架上的设备管线基本全部安装完成，永久荷载基本全部加载完毕，可以说钢网架能够达到安装阶段的最大挠度值，但原则上仍不应达到设计允许的挠度值。

挠度过大出现的原因主要有以下几个方面：

（1）设计原因

设计在计算时考虑的荷载参数偏小或不全面，而实际荷载偏大，实际荷载与计算荷载不匹配。如果预设荷载较小则经过计算后的杆件壁厚和直径就会偏小，或者网架厚度偏薄，按照这种结果去制作安装，则在钢网架拼装完成所有荷载加上去后，最终会导致挠度值偏大，影响结构安全。另外设计在计算过程中考虑的结构重要性系数也会非常重要，如果取值偏小，也会影响结构挠度值的偏大，致使结构偏不安全。

（2）杆件的制作加工原因

杆件、套筒、螺栓球等部件的加工精度非常关键，规范允许的杆件加工长度的精度为±1mm，一般情况下杆件加工有正误差、负误差和零误差三种情况，当这三种情况交替出现时，网架总拼完成后不会对挠度差生太大影响，如果下弦杆都出现正误差，上弦杆都是负误差，也会使网架结构产生较大挠度。

（3）网架拼装方面的原因

网架在拼装过程中，尤其是双向受力网架，需要在安装过程中设临时支撑，行话叫“打点儿”，由于每个球结点的三维坐标在设计阶段已经预设，为此打点的位置要按照球结点的三维坐标布置，如果临时支撑的位置与设计不能吻合尤其是竖向标高过高或者过低，钢网架就不能按设计预设的坐标要求就位，导致网架在拼装阶段就发生了几何尺寸的变形，造成下弦杆的挠度增加。

3、“马蹄缝”的出现及原因分析

“马蹄缝”是指网架安装完成后封板与套筒之间、套筒与螺栓球切削面的接触面之间出现的不均匀缝隙，其危害为会使杆件封板与螺栓球接触面减小，导致高强螺栓、套筒、螺栓球不能形成有效的工作单元，不能进入正常的工作状态，从而使杆件与螺栓球传力不均，严重者甚至会造成网架结构破坏。

“马蹄缝”出现的原因主要有以下几个方面：

（1）设计计算方面的原因

如在深化图设计时，起拱角度、螺栓球切削面等方面计算有误，导致安装时出现马蹄缝。

（2）加工方面的原因

如螺栓球切削面加工偏差，套筒加工偏差，或者杆件封板加工及焊接偏差等，安装时套筒和螺栓球切削面不能吻合形成马蹄缝。

（3）安装方面的原因

安装过程中高强螺栓拧入螺栓球时没有对准，以及初拧和终拧时加力不均均有可能造成马蹄缝的形成。

五、网架的质量控制及验收

1、网架质量控制措施

1）加强对球、杆件、套筒加工精度的控制。

2）根据设计确定理论杆件下料尺寸，结合焊接收缩量（现场多次实测数据），最终确定杆件的实际下料尺寸。

3）安装网架时及时调整好差值，及时消除原来存在偏差的积累。

4）在拼装网架下弦网格时，每排钢柱的横向轴线均应保持与基准线垂直。

5）每格、每区网架组装均应严格控制偏差，以避免偏差值的积累。

6）完善施工中每道工序的同步检测、监控工作。做好每一个有变形工况实际数据的记录，并与理论计算变形量相比较的数据表。

2、网架的验收

钢网架结构安装结束后验收主要从两个方面来进行。一个方面是外观的检查，主要是检查是否存在弯杆，是否存在防锈漆涂刷不均匀的部位，是否存在未堵的螺栓球孔洞和筒套的间隙等外观的检查。

验收的另外一个方面就是实地测量网架的挠度值。测量在网架结构及屋面工程完成后，所测的挠度值不应超过相应设计值的1.15倍。跨度24m及以下网架结构测量下弦中央一點，跨度24m以上测量下弦中央一点及各下弦跨度的四等分点。

结 论

网架结构由于其优良的性能，使其发展应用的速度很快、范围很广。由于螺栓球节点网架不需现场焊接，制作方便，搭设少部分脚手架就可以完成安装，节约了材料和人力资源，同时缩短了施工工期，经济技术效益显著。但在设计及施工过程中若不重视，将导致杆件变形、挠度值过大、马蹄缝等质量问题在网架安装过程中出现，并且产生的危害也很大，如果不给予足够的重视将其根除会给钢架结构带来极大的安全隐患，最后希望通过对这些质量问题的分析及控制措施，能够给网架设计及施工同仁带来一点点益处。

参考文献

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