大跨度火車站屋面鋼網(wǎng)架撓度監(jiān)測(cè)和控制

淺談大跨度鋼網(wǎng)架撓度控制摘要：結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)大跨度火車站屋面鋼網(wǎng)架撓度的監(jiān)測(cè)和控制進(jìn)行論述。關(guān)鍵詞：鋼網(wǎng)架；鋼網(wǎng)架支撐；鋼網(wǎng)架撓度0引言隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)憑借強(qiáng)度高、施工周期快等特點(diǎn)以成為當(dāng)今公用建筑的首選，尤其在最近幾年，一些新建、改建火車站項(xiàng)目應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)頗為廣泛，如：雨棚、勁性混凝土鋼骨柱、屋面鋼網(wǎng)架……本文通過(guò)具體工程實(shí)例，對(duì)大型火車站大跨度屋面鋼網(wǎng)架撓度的控制進(jìn)行簡(jiǎn)述和探討。1工程概況新建鐵路XX客運(yùn)專線XX西站站房及站臺(tái)雨棚鋼結(jié)構(gòu)工程站房建筑面積61456.85㎡，站臺(tái)雨棚建筑面積42771.6㎡；建筑層數(shù)：地下一層、地上兩層及商業(yè)夾層1層。A、B區(qū)站房屋面為網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。其中A區(qū)站房網(wǎng)架為11～16軸/K～R軸區(qū)域，平面尺寸108.0m×123.5m=13338㎡。線側(cè)B區(qū)網(wǎng)架為11～16軸/E～J軸區(qū)域,平面尺寸108.0m×45.0m=4860㎡，A、B區(qū)鋼網(wǎng)架總面積18198㎡。該站房屋面網(wǎng)架為螺栓球節(jié)點(diǎn)局部焊接球,共有42個(gè)支座支承在柱子上，柱子頂部標(biāo)高30.2m，網(wǎng)格平面尺寸5.5m左右，網(wǎng)殼矢高在2.8～5.0m之間，下弦標(biāo)高30.60m，結(jié)構(gòu)最高點(diǎn)35.6m。2鋼網(wǎng)架撓度來(lái)源鋼網(wǎng)架撓度的來(lái)源有很多的因素，具體表現(xiàn)為：1、鋼結(jié)構(gòu)自身的自重形成的撓度和屋面板鋪設(shè)完成后使用過(guò)程中自動(dòng)沉降；2、鋼網(wǎng)架安裝過(guò)程中產(chǎn)生的誤差；3、自然天氣因素形成的物理力形成網(wǎng)架撓度形變。XX客運(yùn)專線XX西站站房及站臺(tái)雨棚鋼結(jié)構(gòu)工程站房屋面網(wǎng)架設(shè)計(jì)最大撓度起拱極限值為72mm。3鋼網(wǎng)架安裝過(guò)程中的撓度控制XX客運(yùn)專線XX西站站房及站臺(tái)雨棚鋼結(jié)構(gòu)工程站房鋼網(wǎng)架采用滑移架高空散裝的方式逐塊進(jìn)行安裝，A、B區(qū)共計(jì)14塊。由于網(wǎng)架跨度大（中間跨達(dá)72m），網(wǎng)殼矢高大，為保證網(wǎng)架施工質(zhì)量，因此做好網(wǎng)架撓度的控制是非常重要的。3.1原材料對(duì)網(wǎng)架撓度的影響本工程網(wǎng)架桿件采用20#無(wú)縫鋼管，鋼管的質(zhì)量證明文件應(yīng)齊全且與實(shí)際相吻合。構(gòu)件進(jìn)場(chǎng)前應(yīng)報(bào)監(jiān)理驗(yàn)收并進(jìn)行見(jiàn)證取樣。桿件在加工時(shí)，其錐頭與鋼管之間的焊縫為一級(jí)焊縫且100%探傷，確保焊縫質(zhì)量。桿件在加工時(shí)尺寸控制在規(guī)范規(guī)定的范圍內(nèi)（±1mm），確保加工精度。桿件在運(yùn)輸時(shí)同一部位、同種規(guī)格的應(yīng)打包放在一起，防止在運(yùn)輸過(guò)程中構(gòu)件散亂發(fā)生變形。變形的構(gòu)件在網(wǎng)架安裝前會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)提前施加荷載，為網(wǎng)架撓度變化埋下伏筆。3.2鋼網(wǎng)架支撐點(diǎn)的設(shè)置滑移架搭設(shè)完成驗(yàn)收合格后，逐塊對(duì)網(wǎng)架進(jìn)行安裝。在網(wǎng)架安裝過(guò)程中，由于網(wǎng)架跨度大，防止網(wǎng)架因自重發(fā)生形變。故需對(duì)下弦球進(jìn)行支撐。支撐點(diǎn)的布置應(yīng)滿足網(wǎng)架自身受力均勻。千斤頂設(shè)置必須垂直，墊板平整。如圖1。圖1網(wǎng)架下弦螺栓球千斤頂支撐本工程鋼網(wǎng)架最大的特點(diǎn)就是跨度大且為平底抽空網(wǎng)架，這種網(wǎng)架結(jié)構(gòu)形式在全國(guó)乃是首例。因此在進(jìn)行每跨網(wǎng)架安裝時(shí)，除了用千斤頂進(jìn)行回頂外，網(wǎng)架中間的支撐尤為重要。因此網(wǎng)架中間設(shè)置格構(gòu)柱進(jìn)行支撐。格構(gòu)支撐架采用組合式臨時(shí)支承體系。組合式臨時(shí)支承體系由預(yù)先焊接好的四片平面桁架組成，現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)主要采用螺栓連接，可以靈活進(jìn)行組合，同時(shí)運(yùn)輸方便，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)尺寸為1.0m（長(zhǎng)）×1.0m（寬）×1.5m（高），立桿采用Ф89×4.0圓管，腹桿采用Ф60×3.5鋼管。為確保格構(gòu)支撐架的穩(wěn)定，在安裝過(guò)程中獨(dú)立的格構(gòu)支撐架須設(shè)置纜風(fēng)繩與主體結(jié)構(gòu)臨時(shí)可靠拉結(jié)，避免由于結(jié)構(gòu)變形、溫度、大風(fēng)等的不利影響造成整體失穩(wěn)。同時(shí)獨(dú)立的格構(gòu)支撐架下部不能直接放置于樓板上，應(yīng)墊鋼板或枕木將集中力傳導(dǎo)至樓面梁上。并在滑移架滑移到位后，格構(gòu)支撐架與滑移架的水平桿進(jìn)行拉結(jié)牢固、可靠。臨時(shí)支撐搭設(shè)完成后，在支撐架的頂部設(shè)置千斤頂，用于調(diào)解網(wǎng)架撓度（圖2～4）。測(cè)點(diǎn)四測(cè)點(diǎn)一測(cè)點(diǎn)四測(cè)點(diǎn)一測(cè)點(diǎn)三測(cè)點(diǎn)一測(cè)點(diǎn)二測(cè)點(diǎn)一測(cè)點(diǎn)一測(cè)點(diǎn)一測(cè)點(diǎn)五測(cè)點(diǎn)一圖2A站房屋面網(wǎng)架安裝用格構(gòu)支撐架平面位置圖圖3支撐架標(biāo)準(zhǔn)節(jié)圖4網(wǎng)架安裝扣件式鋼管格構(gòu)架支撐點(diǎn)立面示意圖3.3滑移胎架的布置及架體滑移對(duì)網(wǎng)架撓度的影響本工程通過(guò)對(duì)A區(qū)高架樓板承載力驗(yàn)算、節(jié)約施工成本、節(jié)約施工工期、擴(kuò)大施工作業(yè)面等因素，對(duì)A區(qū)站房屋面網(wǎng)架采用搭設(shè)滑移架對(duì)網(wǎng)架高空散裝的安裝方式。由于中間跨長(zhǎng)度為72米，故共設(shè)置八個(gè)操作滑移架體，單片滑移架體截面尺寸為15675mm×10150mm×20450mm。網(wǎng)架從11-16/Q-R軸開(kāi)始安裝。每安裝一跨進(jìn)行架體滑移（圖5）。圖5滑移架體立面圖在架體滑移前，需對(duì)上一跨網(wǎng)架下弦螺栓球千斤頂臨時(shí)支撐進(jìn)行拆除（中間格構(gòu)柱支撐除外），千斤頂臨時(shí)支撐拆除后，網(wǎng)架處于受力狀態(tài)以及受自重的原因，網(wǎng)架會(huì)下?lián)?。前一跨和后一跨網(wǎng)架的撓度會(huì)發(fā)生一定的變形，為了消除上述變形差異，以保證網(wǎng)架安裝質(zhì)量，網(wǎng)架撓度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，因此在網(wǎng)架實(shí)際施工前，在翻樣設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行起拱，起拱值為72mm。并在安裝過(guò)程中預(yù)起拱40～70mm（網(wǎng)架預(yù)起拱從四周向中間最高點(diǎn)進(jìn)行預(yù)起拱）,采用千斤頂進(jìn)行調(diào)節(jié)。來(lái)抵消由于架體滑移網(wǎng)架因自重提前施加的荷載和內(nèi)部受力產(chǎn)生的撓度。為后續(xù)由于屋面荷載給網(wǎng)架帶來(lái)的下?lián)系於嘶A(chǔ)，保證工程質(zhì)量。3.4鋼網(wǎng)架撓度的測(cè)量每跨網(wǎng)架在安裝前，應(yīng)對(duì)網(wǎng)架支座的軸線、標(biāo)高進(jìn)行復(fù)測(cè)。支座軸線及標(biāo)高偏差應(yīng)符合規(guī)范要求，如表1。表1支承面、支座螺栓（錨栓）位置的允許偏差(mm)項(xiàng)目允許偏差支承面標(biāo)高±3.0水平度L/1000地腳螺栓（錨栓）螺栓中心偏移5.0而在安裝過(guò)程中，對(duì)網(wǎng)架撓度的觀測(cè)尤為重要。根據(jù)本工程的特點(diǎn)，每一跨網(wǎng)架在安裝過(guò)程中共設(shè)置7個(gè)撓度觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，如圖6。圖6網(wǎng)架的撓度測(cè)量觀測(cè)點(diǎn)設(shè)置在下弦桿的封板錐頭與無(wú)縫鋼管拼接處上平面。鋼網(wǎng)架撓度觀測(cè)點(diǎn)設(shè)置完成后，對(duì)每一跨網(wǎng)架在拼裝完成后、千斤頂支撐卸載后的撓度進(jìn)行測(cè)量觀測(cè)，對(duì)網(wǎng)架撓度進(jìn)行控制。當(dāng)每一跨網(wǎng)架安裝完成后，其網(wǎng)架的縱橫長(zhǎng)度、支座高差等也要進(jìn)行復(fù)測(cè)，其安裝的允許偏差值控制在表2范圍內(nèi)。表311-16/M-N軸網(wǎng)架拼裝完成后撓度測(cè)量值編號(hào)下弦桿設(shè)計(jì)中心標(biāo)標(biāo)高（m）桿件直徑（mm）應(yīng)測(cè)標(biāo)高（m）實(shí)測(cè)標(biāo)高（m）偏差值（m）7330.93015931.01031.017+0.0077430.93015931.01031.015+0.0056930.93021931.04031.075+0.0357030.93021931.04031.064+0.0247130.93015931.01031.000-0.0107230.93015931.01031.007-0.0036330.93011430.98730.983-0.0046430.93011430.98730.989+0.0026530.93018031.02031.037+0.0176630.93018031.02031.045+0.0256730.93021931.04031.084+0.0446830.93021931.04031.089+0.0495930.93015931．01031.005-0.0056030.93015931．01031.009-0.001表411-16/M-N軸網(wǎng)架千斤頂支撐完成后撓度測(cè)量值編號(hào)下弦桿設(shè)計(jì)中心標(biāo)標(biāo)高（m）桿件直徑（mm）應(yīng)測(cè)標(biāo)高（m）實(shí)測(cè)標(biāo)高（m）偏差值（m）7330.93015931.01031.005-0.0057430.93015931.01031.002-0.0086930.93021931.04031.068+0.0287030.93021931.04031.058+0.0187130.93015931.01031.012+0.0027230.93015931.01031.000-0.0106330.93011430.98730.984-0.0036430.93011430.98730.981-0.0066530.93018031.02031.029+0.0096630.93018031.02031.012-0.0086730.93021931.04031.076+0.0366830.93021931.04031.074+0.0345930.93015931．01031.009-0.0016030.93015931．01031.008-0.002通過(guò)對(duì)A區(qū)高架11-16/M-N軸網(wǎng)架進(jìn)行拼裝完成后，支撐卸載后的撓度測(cè)量發(fā)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)自重是網(wǎng)架發(fā)生撓度變形的主要因素（表3、4）。3.5鋼網(wǎng)架安裝順序?qū)W(wǎng)架撓度的影響XX客運(yùn)專線XX西站站臺(tái)及雨棚鋼結(jié)構(gòu)工程站房屋面網(wǎng)架為螺栓球和局部焊接球的組合形式。在網(wǎng)架安裝過(guò)程中，網(wǎng)架支座的高差、螺栓球、弦桿的安裝順序，焊接球的焊接順序等對(duì)網(wǎng)架的撓度也有一定的影響。因此，在進(jìn)行網(wǎng)架安裝時(shí)，應(yīng)做到：先安裝支座，然后安裝下弦一榀網(wǎng)格，然后依次為腹桿和上弦桿，邊安裝邊測(cè)量定位，如中間有桿件放入困難時(shí)，可用千斤頂微頂網(wǎng)架下弦球調(diào)節(jié)后放入。安裝時(shí)應(yīng)墊實(shí)下弦球，確保下弦節(jié)點(diǎn)不位移，同時(shí)邊安裝邊用經(jīng)緯儀對(duì)各控制節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量定位；根據(jù)安裝圖的編號(hào)，墊平墊實(shí)下弦球的安裝平面，把下弦桿件與球連接并一次擰緊到位；腹桿與上弦球應(yīng)形成一個(gè)向下四角錐，腹桿與上弦球的連接必須一次擰緊到位，腹桿與下弦球的連接不能一次擰緊到位，主要是為安裝上弦桿起松口服務(wù)；上弦桿安裝順序就由內(nèi)向外傳，上弦桿與球擰緊應(yīng)與腹桿和下弦球擰緊依次進(jìn)行；焊接球進(jìn)行焊接時(shí)從中間向兩邊對(duì)稱施焊，防止由于焊接應(yīng)力集中而使網(wǎng)架發(fā)生撓度變形；相鄰網(wǎng)架支座的高差應(yīng)不大于15mm，最高與最低點(diǎn)支座高差不大于30mm。螺栓球的高強(qiáng)螺栓應(yīng)擰緊，因?yàn)槁菟ㄋ蓜?dòng)會(huì)造成桿件變長(zhǎng)，造成在其他桿件安裝時(shí)或長(zhǎng)或短，使網(wǎng)架桿件造成擠壓，對(duì)網(wǎng)架撓度造成變化。本工程網(wǎng)架支座采用專業(yè)橋梁支座，當(dāng)網(wǎng)架內(nèi)力發(fā)生變化時(shí)，可以自動(dòng)調(diào)節(jié)，防止網(wǎng)架發(fā)生大的撓度變化。3.6鋼網(wǎng)架支撐的卸載每一跨鋼網(wǎng)架安裝完成進(jìn)行下一跨鋼網(wǎng)架的安裝時(shí)，除中間位置格構(gòu)柱支撐外，其他臨時(shí)支撐需進(jìn)行全部拆除。拆除完成后，對(duì)其卸載后的撓度進(jìn)行觀測(cè)。依次類推，每一跨鋼網(wǎng)架施工完成后，都對(duì)其進(jìn)行撓度觀測(cè)。當(dāng)網(wǎng)架全部安裝完成后，由于網(wǎng)架形成了有效的整體，桿件都受力均勻。然后對(duì)其11個(gè)中間格構(gòu)柱支撐進(jìn)行拆除。支撐拆除完成后，由于中間跨達(dá)到72m,根據(jù)設(shè)計(jì)及鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范（GB50205-2001）要求，當(dāng)網(wǎng)架跨度大于24m以上鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)測(cè)量下弦中央一點(diǎn)及各向下弦跨度的四等分點(diǎn)對(duì)網(wǎng)架進(jìn)行整體撓度觀測(cè)并做記錄。具體見(jiàn)A站房屋面網(wǎng)架安裝用格構(gòu)支撐架平面位置圖所示觀測(cè)點(diǎn)一、二、三、四、五。網(wǎng)架安裝完成后，屋面板需進(jìn)行施工，在屋面板鋪設(shè)的前，對(duì)其網(wǎng)架的撓度進(jìn)行跟蹤測(cè)量并記錄（表5）。表5A區(qū)網(wǎng)架整體拼裝完成后網(wǎng)架撓度測(cè)量值（格構(gòu)柱支撐拆除）點(diǎn)位桿件直徑（mm）理論計(jì)算值(m))實(shí)際測(cè)量值(m))偏差值(m)121931.04031.008-0.032215931.01030.985-0.025311430.98730.965-0.022418031.02030.995-0.025511430.98730.972-0.015待屋面板全部鋪設(shè)完成后，我們?cè)俅螌?duì)A區(qū)網(wǎng)架進(jìn)行測(cè)量觀測(cè)，具體數(shù)據(jù)如表6。表6A區(qū)屋面完成后網(wǎng)架撓度測(cè)量值點(diǎn)位桿件直徑（mm）理論計(jì)算值(m))實(shí)際測(cè)量值(m))偏差值(m)121931.04030.998-0.042215931.01030.977-0.033311430.98730.951-0.036418031.02030.982-0.038511430.98730.958-0.029通過(guò)對(duì)A去網(wǎng)架整體拼裝完成（格構(gòu)柱支撐拆除）及屋面板施工完成后的網(wǎng)架撓度觀測(cè)值分析，當(dāng)屋面網(wǎng)架整體拼裝完成，網(wǎng)架整體受力，格構(gòu)柱支撐拆除，屋面板鋪設(shè)完成及投入使用，網(wǎng)架會(huì)