高速公路天棚网架结构螺栓球焊接球混合节点分析

赵 健 高志英

（中咨公路养护检测技术有限公司，北京 100089）

1 网架结构应用优势

杆件组合形式合理、刚度大，具备较强的抗震性能；杆件的质地较轻，在保证网架稳定性的前提下具有轻便化的优势；网架杆件和节点定型化；构件布置灵活等。

2 螺栓球焊接球混合节点分析

螺栓球节点和焊接球节点均具有独特的应用优势，采取集两种节点于一体的混合节点方式，可以充分融合多重优势，更好地满足工程对网架结构建设质量、适应性、施工效益等方面的要求。网架结构采用混合节点时，各类型节点的数量占比一般不同，多数杆件的两端与螺栓球连接，存在较多的螺栓球节点，仅有少量节点选用焊接球，此时需借助焊接的手段实现杆件与球的稳定连接。根据多类节点的混合思路，衍生出多种较为常见的杆件连接形式。螺栓球焊接球混合节点指网架中的节点采用两种方式连接。

在工程建设中，各杆件的受力特点不同，对应的杆件连接方法需结合实际情况进行灵活的调整。将杆件内力（假定为“A”）与M64高强度螺栓抗拉承载力（假定为“B”）进行对比分析。

（1）工况1：A不大于B且杆件两端未与焊接球的节点相交，宜采取“杆件两端均为螺栓球节点”的方法。

（2）工况2：A大于B或A不大于B但杆件两端均与拉力超过B的杆件相交，宜采取“杆件两端均为焊接球节点”的方法。

（3）工况3：A不大于B，但杆件一端与拉力超过B的杆件相交或与拉力较大的支座相交，宜采取“杆件的两端分别为焊接球节点、螺栓球节点”的方法。

3 螺栓球焊接球混合节点施工工艺

3.1 钢网架的安装

（1）网架结构较大，根据实际尺寸划分为多个块状结构，分步有序安装到位。于分块下方搭设可滑移式脚手架平台，员工在该处作业，安装网架，滑移脚手架平台至下一分块，继续安装，直至完成所有屋盖的安装工作。

（2）脚手架平台是钢网架安装中的重要装置，施工人员可以在该处安全安装网架，全程操作便捷，有利于检测杆件的坐标、网架球等，便于采取有效的控制措施[1]。网架安装后，应保证其稳定性，不可承受其他形式的外部作用力。

（3）为提高安装效率，采取分段逐步安装的作业方法，不易受混凝土结构的影响，在协调得当的前提下，可以达到穿插施工、平行施工的效果，使整个安装作业进程有条不紊地推进。

3.2 支座与埋件的定位精度保障措施

网架的跨度较大，对支座安装精度提出较高的要求，方法不合理或控制不当可能导致支座安装精度偏低，直接影响钢结构的整体安装效果。部分与支座相连的埋件设在柱顶或牛腿上，未控制好支座与埋件的尺寸关系（如难以与支承柱的直径相配套）会影响正常施工。

（1）柱顶支座安装。

在埋件上确定支座的十字交叉线并设置醒目的标记，以此为基准安装；测量支座上表面中心点，明确坐标数据，确认无误后将支座点焊接至埋件上；处理支座与预埋件之间的区域，以焊接的方法连接，各焊点对称布置，分段有序完成焊接作业，在保证焊接稳定性的同时避免焊接变形问题；为减少现场工作量，下弦球支座节点安装前先在工厂焊接，实际安装中，调整校正下弦球支座，实测数据无误后，将下弦球支座点连接在橡胶支座上，形成稳定的连接关系。

（2）边支座安装。

安装边支座时，需要精确地将过渡板安装到位，测量过渡板上螺栓裙的中心线，根据实测结果进行有效调整，确保其与埋线的十字交叉线对齐。

3.3 钢屋盖结构的卸载

网架拼装现场存在较多临时支架支点，直接采用千斤顶同步卸载的方法，将存在作业难度大、安全隐患多等一系列问题，合理选择高效卸载屋盖网架的方法至关重要。

选择顶升设备时，主要参考施工现场布设的临时支撑数量，以此配套千斤顶。卸载环节通常需要借助多台千斤顶共同完成，需要确保其各自协调运行。

同步卸载的要求较高，需要尽可能提高各支点的协同性；同一卸载支架单元支点的载荷也应合理。

（1）合理确定卸载单元。

安装时采用滑移拼装平台，将整体结构划分为多个部分，逐块有序安装至指定位置。向相邻分块间设格构式临时支撑，屋盖网架成型并且确认无质量问题后，进行整体卸载。

（2）合理选择卸载机具。

网架拼装面积较大，采用计算机控制技术实现对顶升以及下降两项动作的精细化控制，更为准确地完成钢屋盖的整体卸载作业。在整个卸载过程中，计算机精准控制油压机的运行状态，在妥善的协调措施之下，达到同步卸载的效果。

（3）合理选择卸载方法。

卸载采取循序渐进的原则，有序完成卸载作业。配套的计算机控制液压千斤顶为卸载期间的专用工具，根据卸载要求进行有效操作。卸载全程中，各工作人员严格听从指挥，由计算机进行精细化控制，逐级卸载作业，最终使结构与千斤顶脱离。

3.4 网架的安装

根据网架的整体尺寸进行合理划分，在确定各个细分的分块后，于下方搭设满堂脚手架，提供作业平台，在该处高效架设网架。安装工作完成后卸载网架，滑移脚手架平台，按照此方式有序推进网架分块安装工作。

（1）网架的安装在搭建成型的脚手架上完成，安装成型的网架应具有足够的稳定性，除了受到重力作用外，不可受其他形式的作用力。

（2）配套足够的滑移轨道，加强控制，增强安装与滑移两项工作的协调性。

（3）以分段的方式有序施工，可以减小施工受混凝土结构的影响，在保证质量与增强施工秩序性方面均有较突出的优势。

4 工程具体应用

4.1 工程概况

某海洋馆网架跨度63.8 m，采用正放四角锥网架结构，以螺栓球节点为主，局部有焊接球节点。支座标高19.6 m，屋面标高24 m。网架杆件为Q235B高频焊管和无缝钢管，以45#钢锻造的方式制作螺栓球，以Q235B钢板锻造的方式制作焊接球，高强螺栓材质为40Cr，于轴线4～8j处设焊接球节点。屋盖下方建设二层楼面。

4.2 施工方案的对比分析

屋面支座标高19.6 m，工程量较大且工期较紧，难以在短期内浇筑至设计支座标高处，导致网架结构暂时无法成型，难以构成空间几何不变体。为兼顾质量和效率的双重要求，提前在地面完成拼装作业，与土建同步施工。根据此思路，利用4～8j轴作为起步网架，网架安装到位后进行详细检查，无误则开展高空散装作业（向两个方向同步推进）。

起步网架的安装方法较多，如整体吊装、提升、顶升，根据现场作业条件进行合理的选择。本工程中，拼装场地位于二层楼面，根据工程规划，楼面有五个表演水池直通地面，并在南侧建设看台，留给拼装作业的场所相对有限。以扣件式钢管为基础构件，在水池内搭设操作平台，路用组合钢管柱对部分区域采取加强措施。在台阶部位，受工期的影响，需要先组织土建施工，但会加大后续网架安装的难度，因此对二层楼面的网架进行起升处理，直至其与台阶高度保持一致。

（1）施工思路。

①于二层楼面处搭设操作平台，在该处拼装。思路的不足之处为搭设规模较大，起步网架节点以焊接球形式为主，配套焊接球自重较大（达到446 kg），考虑稳定性层面，需增设组合钢管柱，在此配套方式下避免基座下沉。

②分阶段交替顶升，最终完成整体作业。实际操作中，需要在无台阶部位搭设起步网架，于指定区域设顶升架和回顶支架；在此基础上做到边顶升、边延伸，期间根据实际情况适时增加顶升支点，建成起步网架。思路不足之处为必须针对楼板采取加固措施，需要精细化控制顶升支架的垂直度，否则可能由控制不到位导致垂直度偏差超限。

（2）工程施工方案。

①整体吊装。配套4台履带吊，以满足重约130 t的起步网架的吊装要求；女儿墙高度24 m，吊车运行时灵活调整吊车臂，使其高于女儿墙。经计算可知，顺利完成吊装作业需配套至少为500 t的吊车，在设备方面的成本投入较高，缺乏经济效益优势。

②整体提升法。借助原有柱子搭设三角支架，于该处悬挂提升器，在计算机控制的方式下，利用穿心液压千斤顶对吊点进行同步张拉处理。方案的不足之处为需重新制作提升支架，不具备重复使用的价值；工序协调效果差，需在支架吊装结束后，组织土建施工作业。

③整体顶升法。配套液压千斤顶顶升支架，将其设在起步网架下方，合理布设支点，计算机精细化调控，同步顶升。从支架结构组成的角度分析，结构由若干标准节段构成，具有重复利用价值。方案的不足之处为支架的垂直度控制要求较高，必须确保顶升时不存在水平偏移现象。

经过对比分析，以思路一结合方案二、思路二结合方案三为宜，实际施工中，其在质量、便捷性等方面的优势优于其他组合方案。

5 结语

网架结构在现代工程建设中取得广泛应用，其跨度灵活，对环境的适应能力较强，对杆件进行灵活组合可以构成稳定可靠的高次超静定结构，在施工期间具有安全、便捷的特点，使用期间具有稳定可靠、耐久的特点，综合应用效果较好。焊接球、螺栓球的混合型网架的施工中，需要注重节点部位的处理。