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文檔簡介
1、哈爾濱太平國際機場T2航站樓屋蓋焊接球網(wǎng)架與螺栓球網(wǎng)架比較 一、設計概況 哈爾濱太平國際機場擴建工程T2航站樓屋蓋網(wǎng)架由B區(qū)及C區(qū)構成,B區(qū)分三個子區(qū),B1、B2及B3區(qū)。C區(qū)分四個子區(qū),C1、C2、C3及C4區(qū)。B區(qū)網(wǎng)架跨度64m,為了便于兩階段施工及臨時封閉,由B1區(qū)向B2區(qū)懸挑18m,為保持結(jié)構的對稱性,B3區(qū)也同樣向B2區(qū)懸挑18m。B2區(qū)在軸AE與軸1/44及軸2/47抽掉兩根鋼管混凝土柱,造成B2區(qū)形成縱向柱距54m。B1、B2區(qū)空側(cè),T1航站樓與T2航站樓采用懸掛結(jié)構相連接,懸掛墻高18m。B2區(qū)36軸為二次施工的分界軸,在此軸線設臨時抗風柱及圍護結(jié)構,B2區(qū)網(wǎng)架設計分別考慮有墻
2、及無墻兩種條件下,網(wǎng)架的豎向及水平作用。C1區(qū)網(wǎng)架跨度36m,與B區(qū)網(wǎng)架形成高低跨結(jié)構,容易形成不均勻積雪,不均勻積雪分布系數(shù)最大值按4.0考慮。C2區(qū)設邊長24m,高度為6m的三角錐天窗。C3、C4區(qū)為對稱結(jié)構,最大跨度48m。 本設計綜合多方面的因素,經(jīng)過方案比選,確定采用焊接球網(wǎng)架,并對結(jié)構進行優(yōu)化設計,完成了所有設計施工圖。 B1B2B3C1C2C3C4哈爾濱太平國際機場擴建工程哈爾濱太平國際機場擴建工程T2T2航站樓分區(qū)圖航站樓分區(qū)圖 螺栓球和焊接球是空間網(wǎng)格結(jié)構最常用的兩種節(jié)點形式,各有優(yōu)缺點。無建筑要求條件下,設計者可根據(jù)結(jié)構跨度、荷載、經(jīng)濟及安全可靠度等方面,權衡利弊,自行確定
3、。 二、問題的提出 1、初步設計評審會,由專家張承啟提出;2、方案修改后,初步設計評審會中由專家唐榕濱提出,經(jīng)答復及現(xiàn)場溝通,同意按焊接球網(wǎng)架方案進行設計;3、第三方設計審查中提出,“網(wǎng)架球節(jié)點建議選用螺栓球節(jié)點,螺栓球節(jié)點施工方便快速,焊接球節(jié)點焊接及檢測工作量大,同時焊接會有殘余應力。由于螺栓球節(jié)點不能焊接桿件,可在局部區(qū)域選擇采用焊接球節(jié)點?!?三、螺栓球網(wǎng)架的優(yōu)缺點螺栓球網(wǎng)架的優(yōu)缺點(一)螺栓球網(wǎng)架的優(yōu)點 1、所有部件均工廠加工,標準化生產(chǎn);2、現(xiàn)場焊接量極少;3、加工精度高,對形狀復雜的結(jié)構容易找形; 4、現(xiàn)場電容量需求??; 5、可采用空中散拼的施工方案,節(jié)約腳手架。(二)螺栓球網(wǎng)架
4、的缺點 1、螺栓球網(wǎng)架的承載力受高強螺栓的規(guī)格限制,其最大受拉桿件設計拉力值不超過1000kN,使得螺栓球網(wǎng)架更適合于跨度小,荷載小的中小型網(wǎng)架屋蓋結(jié)構。由于大直徑高強度螺栓的淬火不容易淬透,表面與芯部硬度差別比較大,故規(guī)范規(guī)定高強度螺栓的最大直徑為M64x4。采用超過規(guī)范使用高強螺栓,必須有大量的試驗數(shù)據(jù)做理論支撐,且當高強螺栓直徑過大時,大多數(shù)試驗設備的能力不能滿足試驗要求。 2、螺栓球毛坯是通過鋼錠鍛打而成,螺栓球采用45#優(yōu)質(zhì)鋼,通過專業(yè)鍛壓企業(yè)用250公斤或750公斤空氣錘模鍛而成球坯。毛坯經(jīng)正火處理,使其硬度達到HB197225。在整個生產(chǎn)過程中若是溫度控制不嚴,極易造成球體表面產(chǎn)
5、生裂紋或過燒。這是實際工程中經(jīng)常出現(xiàn)的問題。 3、螺栓球網(wǎng)架互換性差,同規(guī)格球、桿不能互換。施工中,若出現(xiàn)個別螺栓球質(zhì)量不合格或螺栓球丟失,施工現(xiàn)場無法自行處理,需待廠家重新加工運至現(xiàn)場。在螺栓球加工不發(fā)達的地區(qū),問題的處理尤為棘手。 4、螺栓球網(wǎng)架在未按照設計形成約束前剛度差,變形大,宜產(chǎn)生撓度。尤其當螺栓球網(wǎng)架高空散拼時臨時支撐剛度不足、臨時支撐過少或分塊滑移及整體吊裝時,螺栓球網(wǎng)架的變形問題非常突出。 5、螺栓球網(wǎng)架拼裝過程中,不可避免存在累計誤差,造成桿件尺寸或長或短,由于桿件尺寸現(xiàn)場無法更改,只能通過強行就位,使得網(wǎng)架產(chǎn)生較大的安裝應力,嚴重時,會使個別桿件彎曲失穩(wěn);同時,由于尺寸偏
6、差,使高強螺栓的擰入程度受到影響,形成更大的安全隱患。多起螺栓球事故由此而引發(fā)。 6、高強螺栓的擰入程度是螺栓球網(wǎng)架能否安全工作的重要指標,實際安裝過程中,由于客觀因素,高強螺栓不可能按照設計要求一次性擰到位,需要進行反復檢查。當某個高強螺栓連接較松,在將此螺栓擰緊的過程中,由于力的重新分配,導致其它高強螺栓連接松動,因此,需要反復調(diào)整,反復檢查。 7、當螺栓球網(wǎng)架采用空中散拼安裝時,工程質(zhì)量的檢查非常困難。 8、螺栓球網(wǎng)架節(jié)點不允許焊接,只能通過預留螺栓孔與附屬結(jié)構連接。螺栓孔的數(shù)量及角度必須精確,當與其連接的附屬結(jié)構尚未完全確定時,螺栓孔無法加工,造成后期的連接非常困難。 9、螺栓球網(wǎng)架吊
7、裝加固較為困難。由于網(wǎng)架球節(jié)點不能焊接,在構件加工前不能確定加固部位與加固桿件數(shù)量,對受拉桿件的加固較為困難。 10、用于螺栓球網(wǎng)架的頂絲強度是按滿足正常安裝條件下受力狀態(tài)而設計,實際安裝過程中,其所受剪力較大,很容易在高強螺栓未完全擰緊時斷裂。頂絲斷裂后,很難更換,造成螺栓不能擰緊,造成安全隱患。更換頂絲,需采用鉆頭將殘留在螺母內(nèi)的頂絲破壞取出,操作過程極易破壞螺紋,螺紋破壞后,需重新制孔、攻絲,螺母強度下降。要更換桿件更是不易。頂絲強度設計不能提高,是因為設計是禁止強行就位的;再者,頂絲直徑加粗,削弱了螺母的強度,易造成螺母的應力集中破壞。 11、螺栓球構件種類繁多,檢查項目多,質(zhì)量控制重
8、點多,容易顧此失彼。 12、螺栓球網(wǎng)架的安裝工人為普工,無專業(yè)資格證書。四、焊接球網(wǎng)架的優(yōu)缺點四、焊接球網(wǎng)架的優(yōu)缺點(一)焊接球網(wǎng)架的優(yōu)點 1、相對與螺栓球網(wǎng)架,同樣規(guī)格受壓弦桿,其穩(wěn)定承載力可提高20%,同樣規(guī)格的受壓腹桿,其穩(wěn)定承載力可提高46%(受壓桿件長細比按180計,當長細比越小時,提高的幅度越小)。 2、焊接球采用鋼板熱壓后焊接而成,其質(zhì)量主要是焊接質(zhì)量,采用埋弧自動焊可以保證焊接球的質(zhì)量。 3、焊接球網(wǎng)架所有構件均可工廠加工,包括一端的球桿焊接。 4、焊接球網(wǎng)架同種規(guī)格的構件互換性好,球的規(guī)格少,且相同規(guī)格的桿件也可通過現(xiàn)場簡單處理進行互換。 5、焊接球網(wǎng)架的承載力高,有規(guī)范依據(jù)
9、的焊接球最高受拉承載力(Q345)可達10247KN,受壓承載力可達13270KN,滿足大跨及荷載較大結(jié)構的承載力需求,遠遠大于螺栓球高強螺栓的極限承載力。 6、焊接球網(wǎng)架形成的累計誤差容易調(diào)整。 7、焊接球網(wǎng)架與附屬結(jié)構的連接容易實現(xiàn); 8、焊接球網(wǎng)架未按設計約束前,具有較大的剛度,較小的變形,采用滑移、分體吊裝及整體吊裝均不會產(chǎn)生過大的撓度。 9、焊接球網(wǎng)架施工主要人員為焊工,經(jīng)過專門培訓且具有資格證書。 10、焊接球網(wǎng)架吊裝加固容易實現(xiàn)。 11、焊接球網(wǎng)架構件種類少,質(zhì)量控制重點突出。 (二)焊接球網(wǎng)架的缺點 1、現(xiàn)場焊接工作量大,需要有經(jīng)驗的焊工人數(shù)較多。 2、現(xiàn)場電容量需求大。 3、
10、形狀復雜的網(wǎng)架(殼)結(jié)構找形難。 4、不宜采用空中散拼的施工方案。 5、焊接球現(xiàn)場焊接形成次應力較螺栓球大, 采用合理的焊接順序及合理的焊接工藝可以減小焊接應力。螺栓球網(wǎng)架桿件與封頭或錐頭焊接時也會產(chǎn)生焊接應力,只是其焊接過程構件一端自由,其產(chǎn)生的焊接應力能夠部分釋放,形成的殘余焊接應力較小而已。 五、關于螺栓球網(wǎng)架冬季施工問題五、關于螺栓球網(wǎng)架冬季施工問題 從概念上講,螺栓球網(wǎng)架可以不采取措施進行冬季施工,但從質(zhì)量角度,螺栓球網(wǎng)架冬季施工必須采取適當?shù)拇胧?,原因如下?1、哈爾濱屬嚴寒地區(qū),冬季溫度很低,高空作業(yè)時,更是寒風刺骨,而網(wǎng)架安裝時,即便是在正溫條件下,安裝質(zhì)量也難以控制,低溫作業(yè)
11、,金屬的表面溫度更低,作業(yè)的工人對質(zhì)量的把控只能心有余而力不足,造成很大的安全隱患。且螺栓球網(wǎng)架的安裝質(zhì)量一旦出現(xiàn)問題,即使發(fā)現(xiàn)也難以更正,何況能做到發(fā)現(xiàn)問題已經(jīng)很難。 六、螺栓球網(wǎng)架與焊接球網(wǎng)架檢查與驗收(參照GB50205-2001)檢查項目檢查項目螺栓球網(wǎng)架螺栓球網(wǎng)架焊接球網(wǎng)架焊接球網(wǎng)架主控項目(凡涉及安凡涉及安全、功能的全、功能的原材料及半原材料及半成品按相關成品按相關規(guī)定進行復規(guī)定進行復驗,見證取驗,見證取樣、送樣樣、送樣)1、螺栓球及制造螺栓球節(jié)點所采用的原材料,其品種、規(guī)格性能等應符合現(xiàn)行國家產(chǎn)品標準和設計要求。2、螺栓球不得有過燒、裂紋及褶皺。3、封板、錐頭和套筒及制造封板、錐
12、頭和套筒所用的原材料,其品種、規(guī)格、性能等應符合現(xiàn)行國家產(chǎn)品標準和設計要求。4、封板、錐頭和套筒外觀不得有裂紋、過燒和氧化皮。5、鋼網(wǎng)架用高強度螺栓,其品種、規(guī)格、性能等應符合現(xiàn)行國家產(chǎn)品標準和設計要求。6、螺栓球成型后,不應有裂紋、褶皺、過燒7、工廠制作焊縫無損探傷1、焊接球及制造焊接球所采用的原材料,其品種、規(guī)格、性能等應符合現(xiàn)行國家產(chǎn)品標準和設計要求。2、焊接球焊縫應進行無損檢驗,其質(zhì)量應符合設計要求。3、鋼板壓成半圓球后,表面不應有裂紋、褶皺;焊接球其對接坡口應采用機械加工,對焊接表面應打磨平整。4、現(xiàn)場安裝焊縫無損探傷。 2、螺栓球網(wǎng)架的桿件尺寸隨溫度的降低變短,設定:桿件加工時的溫
13、度為25,桿件長度4000mm,拼裝時桿件表面溫度-30,則桿件由于溫降產(chǎn)生的收縮量為2.64mm。規(guī)范規(guī)定桿件的加工誤差為1mm,設某桿件加工時比設計長度小1mm,那么,此桿件長度將比設計值小3.64mm。桿件長度的變化,使螺栓球網(wǎng)架安裝更加艱難,不強行就位無法進行安裝,最后只能給結(jié)構帶來更大的安全隱患。 因此,螺栓球網(wǎng)架要進行施工,也必須采取適當?shù)募夹g措施。 焊接球可地面拼裝,分片吊裝,速度也很快,質(zhì)量也容易把控。螺栓球、焊接球網(wǎng)架冬季施工都必須采取適當?shù)募夹g措施。螺栓球、焊接球網(wǎng)架冬季施工都必須采取適當?shù)募夹g措施。檢查項目檢查項目螺栓球網(wǎng)架螺栓球網(wǎng)架焊接球網(wǎng)架焊接球網(wǎng)架一般項目1、螺栓球
14、螺紋尺寸應符合現(xiàn)行國家標準普通螺紋基本尺寸GB196中粗牙螺紋的規(guī)定,螺紋公差必須符合現(xiàn)行國家標準普通螺紋公差與配合GB197中6H級精度的規(guī)定。2、建筑結(jié)構安全等級為一級,跨度為40m及以上的螺栓球節(jié)點網(wǎng)架結(jié)構,其連接高強螺栓應進行表面硬度試驗,且不得有裂紋或損傷。3、螺栓球加工的允許偏差應符合表7.5.3的規(guī)定(6項)4、螺栓球總拼完成后,高強螺栓與球節(jié)點應緊固連接,高強度螺栓擰入螺栓球內(nèi)的螺紋長度不應小于1.0d,連接處不應出現(xiàn)有間隙、松動等未擰緊情況。1、焊接球表面應無明顯波紋及局部凹凸不平不大于1.5mm。2、焊接球加工的允許偏差應符合表7.5.4的規(guī)定(4項)七、本工程采用焊接球網(wǎng)
15、架的依據(jù)七、本工程采用焊接球網(wǎng)架的依據(jù)1、綜上所述,螺栓球網(wǎng)架與焊接球網(wǎng)架是空間網(wǎng)格結(jié)構最基本的兩種節(jié)點形式,各有有缺點,當無建筑要求時,結(jié)構設計可根據(jù)具體受力狀況進行選擇。2、本工程所有網(wǎng)架受力均較大,受拉承載力超過1000KN的桿件均較多,超過了空間網(wǎng)格結(jié)構技術規(guī)程中高強螺栓的最大設計承載力,采用螺栓球網(wǎng)架無規(guī)范可依。從工程角度來講,采用試驗方法確定超規(guī)范的高強螺栓的承載力得不償失。C1區(qū)網(wǎng)架雖然跨度?。?6m),支撐條件好,但其與B區(qū)相連部位為高低跨的低位,積雪荷載較大,網(wǎng)架桿件受力較大。3、本網(wǎng)架結(jié)構的附屬建筑尚未有準確的形式,因此,不能確定能夠滿足附屬結(jié)構連接的螺栓孔位置與尺寸。采用
16、焊接球網(wǎng)架便于附屬結(jié)構的連接。4、在采用鋼網(wǎng)架結(jié)構為航站樓屋蓋結(jié)構的國內(nèi)機場中,基本以焊接球網(wǎng)架為主。(工程案例見第五節(jié))5、國內(nèi)近20年來非設計原因而倒塌破壞的網(wǎng)架結(jié)構中,大多數(shù)為螺栓球網(wǎng)架,近幾年黑龍江省發(fā)生的數(shù)次網(wǎng)架塌塌事故均為螺栓球網(wǎng)架。螺螺栓球網(wǎng)架非設計原因出現(xiàn)的質(zhì)量事故遠遠高于焊接球網(wǎng)架。栓球網(wǎng)架非設計原因出現(xiàn)的質(zhì)量事故遠遠高于焊接球網(wǎng)架。6、本設計建議的網(wǎng)架施工方案是:(1)B區(qū):二層地面分塊拼裝、焊接,以鋼管混凝土柱為拔桿,利用卷揚機分塊吊裝。(2)C1區(qū):二層地面整區(qū)拼裝、焊接,依托兩邊混凝土柱,利用卷揚機整體吊裝。(3)C2區(qū):二層地面整區(qū)拼裝、焊接,依托三邊混凝土柱,利用
17、卷揚機整體提升。(4)C3、C4區(qū),與C1區(qū)相同。采用焊接球網(wǎng)架與本施工方案相輔相成。八、螺栓球與焊接球混用網(wǎng)架問題 螺栓球與焊接球混用并不是揚長避短,有利于結(jié)構受力,而是將簡單問題復雜化的無奈之舉,各別工程案例不能作為設計依據(jù)。1、螺栓球與焊接球混用的網(wǎng)架優(yōu)點是什么?能否消除焊接球的弊端?能否消除螺栓球的弊端?2、螺栓球與焊接球混用網(wǎng)架的規(guī)范依據(jù)是什么?有無足尺試驗驗證?3、螺栓球與焊接球混用,設計審查能否通過,專家論證會能否代表設計審查?4、螺栓球與焊接球混用網(wǎng)架的計算模型,全鉸模型還是半剛模型,依據(jù)是什么?5、螺栓球與焊接球混用非鉸模型時,網(wǎng)架桿件的計算長度如何考慮?6、螺栓球與焊接球混
18、用網(wǎng)架的原則是什么?節(jié)點剛度的連續(xù)性如何考慮?焊接球與螺栓球的使用比例有無限制?7、螺栓球與焊接球混用網(wǎng)架施工順序如何考慮?先安裝螺栓球,焊接應力如何釋放?先安裝焊接球,從何開始,從何結(jié)束? 螺栓球與焊接球混用網(wǎng)架螺栓球與焊接球混用網(wǎng)架(結(jié)構最不利的地方形成最大的焊接殘余應力)(結(jié)構最不利的地方形成最大的焊接殘余應力)九、機場工程焊接球網(wǎng)架案例九、機場工程焊接球網(wǎng)架案例1、天津濱海國際機場T2航站樓:焊接球網(wǎng)架、鋼管桁架2、北京T3航站樓:焊接球網(wǎng)架+螺栓球網(wǎng)架3、南寧機場:焊接球網(wǎng)架4、深圳機場T3航站樓:桁架+焊接球網(wǎng)架5、鄭州新鄭機場二期:焊接球網(wǎng)架6、昆明機場:彩帶梁+焊接球7、白云機場T2航站樓:焊接球網(wǎng)架+鋼管混凝土柱8、成都雙流國際機場T2,斜拱
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