網(wǎng)架工程設(shè)計(jì)要點(diǎn)及質(zhì)量控制

(煙臺飛龍集團(tuán)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(dāng)?shù)暮侠硇院徒?jīng)濟(jì)實(shí)用性。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)已成為現(xiàn)代世界應(yīng)用較普遍的新型結(jié)構(gòu)之一。我國從20 世紀(jì)60 年代開始研究和采用，近年來，由于電子計(jì)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(jì)算問題，促使網(wǎng)架結(jié)構(gòu)無論在型式方面以及實(shí)際工程應(yīng)用方面，發(fā)展都很快。

一、網(wǎng)架的定義

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(diǎn)：

（一）網(wǎng)架結(jié)構(gòu)靠桿件的軸力傳遞載荷，材料強(qiáng)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(shè)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(jìn)行定型化工業(yè)化的施工，工期縮短。

二、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)分類

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(shè)計(jì)時(shí)宜采用空間桿系有限元法進(jìn)行計(jì)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(diǎn)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(shí)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(jìn)行恒載，活載（檢修橋架，消防水管等）風(fēng)載，地震，溫度等作用下的位移和內(nèi)力計(jì)算。

結(jié)構(gòu)分析時(shí)，應(yīng)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(shí)的條件，或按實(shí)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(yán)禁支座構(gòu)造與計(jì)算模型不符，條件允許時(shí)應(yīng)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(shè)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(shí)梁的配筋也會大大加大。

三、在網(wǎng)架具體應(yīng)用

在使用的過程中，網(wǎng)架事故時(shí)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(diǎn)：

（一）設(shè)計(jì)原因，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)選型不合理，工程考慮不全面，建設(shè)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(diǎn)選擇不合理，焊接質(zhì)量差，吊掛位置及方式不合理等。

四、以上幾種原因都會造成網(wǎng)架在實(shí)際的安裝過程中產(chǎn)生安全事故隱患

（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。

（三）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網(wǎng)架進(jìn)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(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。

五、結(jié)語

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(shí)現(xiàn)鋼網(wǎng)架配件的流水線生產(chǎn)，不斷改進(jìn)生產(chǎn)工藝，使鋼網(wǎng)架配件進(jìn)行工廠化加工。同時(shí)，將其應(yīng)用于實(shí)際，降低企業(yè)成本，降低項(xiàng)目設(shè)計(jì)的人工成本，提高項(xiàng)目設(shè)計(jì)各方面的工作效率。當(dāng)前，我國裝配式建筑正進(jìn)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(yīng)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(yáng)塵少、建筑垃圾少等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用。同時(shí)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。