單層扁網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的選型及施工[詳細(xì)]

1、單層扁網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的 選型及施工濟(jì)南動物園嚶鳴館由東、西兩舍組成.東舍網(wǎng)殼的 直徑為46米,矢高7米,矢跨比為126.57,投影面積為1662 米2.網(wǎng)殼上覆蓋不銹鋼絲網(wǎng),網(wǎng)殼承重90千克/ 米2.東舍網(wǎng)殼西斜,由54個支座節(jié)點(diǎn)支撐在坡度 為128的 鋼筋混凝土平面圈梁上,支座節(jié)點(diǎn)從西往東的 就位標(biāo)高為7.813.5米.西舍網(wǎng)殼的 直徑為40米,矢高6米,矢跨比為126.67,投影面積為1257 米2,網(wǎng)殼上覆蓋預(yù)制三角形鋼筋混凝土屋面板,網(wǎng)殼承重250千克/ 米2.西舍網(wǎng)殼東斜,由48個支座節(jié)點(diǎn)支撐在坡度 為128的 鋼筋混凝土平面圈梁上,支座節(jié)點(diǎn)從東往西的 就位標(biāo)高為6.511.4米.東、西兩

2、舍的 圈梁皆由鋼柱支承.第1章 網(wǎng)殼的 選型和分析計算第1節(jié) 網(wǎng)殼的 選型網(wǎng)殼的 選型嗖鳴館網(wǎng)殼的 外形呈球冠狀,采用結(jié)構(gòu)簡潔的 單層網(wǎng)殼.在確定桿件布置規(guī)律時,有4類形式可供選擇:(1)施威德勒型;(2)聯(lián)方網(wǎng)型,(3)短程線型;(4)三向網(wǎng)格型.施威德勒型和聯(lián)方網(wǎng)型的 網(wǎng)格尺寸大 小 懸殊,加上中央桿件交匯在一起,使節(jié)點(diǎn)構(gòu)造變得復(fù)雜,給設(shè)計與施工帶來不便.短程線型適合在矢高大 于或接近于半徑時選用,對嚶鳴館這類矢跨比很小 的 球冠,若按短程線劃分,將在邊緣出現(xiàn)很多不規(guī)則的 桿件,給加工制作帶來麻煩.而三向網(wǎng)格型的 網(wǎng)格平面投影為正三角形,桿件間夾角相同,節(jié)點(diǎn)規(guī)格也相同,加工制作較為簡便.經(jīng)

3、比較,該館內(nèi)2個網(wǎng)殼均取三向網(wǎng)格型.第2節(jié) 網(wǎng)殼的 分析計算由于單層網(wǎng)殼的 等效厚度 比其平面面積小 得多,加之網(wǎng)殼桿件的 橫向尺寸又比其長度 小 得多,這就使網(wǎng)殼的 整體屈曲、局部屈曲或單根桿件的 屈曲先于強(qiáng)度 破壞而發(fā)生.因此,單層網(wǎng)殼的 屈曲驗(yàn)算比強(qiáng)度 計算更為重要.使用米SGS程序和DDJTIQ程序完成了 嚶鳴館東、西兩舍網(wǎng)殼在多種荷載情況下的 結(jié)構(gòu)靜力分析和整體線性屈曲分析.穹頂薄殼的 屈曲分析研究有悠久歷史和豐富的 試驗(yàn)資料.經(jīng)典的 線性理論于1915年由Zoelly提出.但大 量的 試驗(yàn)資料表明,其破壞荷載僅達(dá)到殼體失穩(wěn)的 上臨界荷載線性理論值的 1/21/4.因殼體的 穩(wěn)定性與

4、其幾何形狀、荷載和邊界條件有關(guān),而且對缺陷十分敏感,至今未能獲得令人滿意的 研究結(jié)果.所以,在對嚶鳴館網(wǎng)殼的 屈曲分析中,參考混凝土薄殼設(shè)計施工規(guī)程,取臨界荷載值為上臨界荷載的 1/20.兩座網(wǎng)殼的 材料均為Q235鋼.東舍網(wǎng)殼桿件采用1277和1596無縫鋼管,共738根;采用D400l0焊接空心球,共265個節(jié)點(diǎn),其中44個為鼓形球支座節(jié)點(diǎn).西舍網(wǎng)殼桿件采用1598和159l0無縫鋼管,共584根;采用D45012焊接空心球,共211個節(jié)點(diǎn),其中39個為鼓形球支座節(jié)點(diǎn).第2章 施工組織管理嚶鳴館網(wǎng)殼工程屬技術(shù)較復(fù)雜的 單層扁網(wǎng)殼工程,施工中組成專項(xiàng)工程施工管理組,負(fù)責(zé)熟悉和審查圖紙,了 解

5、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的 有關(guān)技術(shù)指標(biāo),制定合理的 施工工藝.與一般平板網(wǎng)架相比,傾斜的 球冠狀外形給施工帶來困難,主要是每個節(jié)點(diǎn)經(jīng)緯坐標(biāo)位置難以控制.為防止施工中造成網(wǎng)殼初始缺陷,影響其整體穩(wěn)定,決定搭設(shè)階梯形滿堂腳手架.采用高空散裝,將構(gòu)件一次安裝就位.采用這種施工方法,可避免整體吊裝或提升時的 網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)整體變形.上述施工方法要求支座節(jié)點(diǎn)的 預(yù)埋位置準(zhǔn)確,誤差不大 于3米米.利用高空散裝法拼裝網(wǎng)殼時,網(wǎng)殼節(jié)點(diǎn)的 空間位置是由焊接球的 標(biāo)高與相應(yīng)的 桿件長度 來控制的 .因此要求腳手架與板具有足夠的 強(qiáng)度 和剛度 ,能夠承受3kN/米2的 荷載,包括結(jié)構(gòu)自重、施工荷載及材料堆放等荷載.桿件應(yīng)采用專用機(jī)床下

6、料,長度 誤差控制在1米米范圍內(nèi).調(diào)整節(jié)點(diǎn)標(biāo)高時,利用可調(diào)整式支承臺座,它既是球節(jié)點(diǎn)的 臨時支撐,又能調(diào)節(jié)標(biāo)高.第3章 施工工藝第1節(jié) 桿件長度 計算計算桿件下料長度 時,首先根據(jù)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)對各桿件認(rèn)真復(fù)算,然后放大 樣與計算尺寸核實(shí).同時根據(jù)鋼管規(guī)格及節(jié)點(diǎn)連接情況,取每條焊縫的 收縮量為1米米.桿件的 下料長度 為：式中節(jié)點(diǎn)之間的 軸線長度 ;D焊接球節(jié)點(diǎn)外徑;d鋼管桿件內(nèi)徑;2兩條焊縫的 收縮量(米米).由于所有節(jié)點(diǎn)的 外徑都相同,故其每端的 含球尺寸也相同.第2節(jié) 桿件下料桿件下料采用專用機(jī)床,桿端坡口角度 為3540,不留鈍邊,對坡口刃部應(yīng)注意保護(hù),否則易造成桿長不準(zhǔn),影響其安裝精度 與

7、焊接質(zhì)量.下料長度 允許誤差為1米米,對每根桿件做好標(biāo)記,逐件進(jìn)行檢驗(yàn)登記,并對號入座.第3節(jié) 網(wǎng)殼拼裝網(wǎng)殼拼裝時,從最低處的 支座節(jié)點(diǎn)開始,向高處逐排進(jìn)行拼裝.在每一排里面,由中部向兩端拼裝,直到支座節(jié)點(diǎn)為止.確定球節(jié)點(diǎn)的 空間位置時,先根據(jù)節(jié)點(diǎn)的 平面坐標(biāo)放置可調(diào)式支承臺座,然后通過調(diào)節(jié)與該節(jié)點(diǎn)相交點(diǎn)的 兩根桿件長度 和支承臺座的 高度 來確定焊接球節(jié)點(diǎn)的 準(zhǔn)確空間位置.連接時必須保證桿的 端面與球面完全吻合,使桿件軸線通過球心.將桿件圓周進(jìn)行三點(diǎn)均布點(diǎn)焊,點(diǎn)焊長度 為20米米,焊透焊牢,形成一個空間三角形.以相同的 方法,逐排向上和向左右延伸,形成由一個個空間三角形組成的 穹頂網(wǎng)殼曲面.

8、網(wǎng)殼拼裝時應(yīng)特別注意的 是,球與桿件點(diǎn)焊之后,必須復(fù)測球與球之間的 中心距離與桿件長度 是否與理論計算值一致,若有誤差應(yīng)及時加以調(diào)整,以免造成網(wǎng)殼初始缺陷.另外,測量焊接球節(jié)點(diǎn)時應(yīng)考慮腳手架與板的 下沉和焊接收縮量的 因素,可在每個節(jié)點(diǎn)設(shè)計標(biāo)高的 基礎(chǔ)上增加510米米.測量標(biāo)尺放在球面頂部,每一鋼球的 測量點(diǎn)應(yīng)一致.網(wǎng)殼逐排拼完后,再用水準(zhǔn)儀和經(jīng)緯儀配合進(jìn)行復(fù)測并矯正.如有積累誤差,可在每排的 邊界桿件中逐步消除,使整個網(wǎng)殼的 幾何尺寸滿足設(shè)計要求.網(wǎng)殼拼裝時,應(yīng)從網(wǎng)殼中心向四周均勻擴(kuò)散進(jìn)行焊接,以減少因焊接產(chǎn)生的 殘余變形與殘余應(yīng)力.該工程的 球管為全方位焊接,即采用平、橫、立、仰4種焊接方

9、式,而且都集中在1條焊縫上,所以施焊過程中應(yīng)采用1個均等的 焊接電流值,要求焊接運(yùn)條角度 得當(dāng).清理污垢后,采用2.53.2米米E4303焊條焊透.罩面要用3.24.0米米焊條,使焊縫根部焊透,并做到焊縫飽滿.第4節(jié) 網(wǎng)殼焊接第4章 質(zhì)量情況與安全措施第1節(jié) 安裝質(zhì)量兩座網(wǎng)殼拼裝合攏時的 桿件長度 誤差為1015米米,直徑誤差為20米米.東、西兩舍網(wǎng)殼撓度 分別為25.2米米和23.2米米.第2節(jié) 焊接質(zhì)量及保證質(zhì)量的 措施焊縫外觀全部自檢合格.對30%焊縫進(jìn)行超聲波無損探傷,探傷部位選擇網(wǎng)殼中心點(diǎn)一圈、中間區(qū)域一圈、邊界一圈和所有對接桿件焊縫,結(jié)果全部合格.對各道工序進(jìn)行全面的 質(zhì)量控制.電焊工實(shí)行自檢、互檢,并打鋼印工號登記,以增加操作者的 責(zé)任感.第3節(jié) 安全措施現(xiàn)場安全檢查人員必須作好安全防范工作,其中包括防火、防爆、防盜等,監(jiān)督工人嚴(yán)格執(zhí)行安全操作規(guī)程,做好安全設(shè)備的 配備與使用管理工作.施工前對工作面進(jìn)行全面檢查,對不符合施工要求的 部位應(yīng)進(jìn)行修理或加固.1.對于矢跨比較小 的 單層穹頂網(wǎng)殼,選