單層扁網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的選型及施工

1、單層扁網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的選型及施工濟(jì)南動(dòng)物園嚶鳴館由東、西兩舍組成。東舍網(wǎng)殼的直徑為 46m, 矢高 7m, 矢跨比為 126.57, 投影面積為 1662 m2 。網(wǎng)殼上覆蓋不銹鋼絲網(wǎng) ,網(wǎng)殼承重 90kg/ m2。 東舍網(wǎng)殼西斜 ,由54 個(gè)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 7.813.5m 。西舍網(wǎng)殼的直徑為 40m, 矢高 6m, 矢跨比為126.67, 投影面積為 1257 m2, 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 250kg/ m2 。西舍網(wǎng)殼東斜,由48個(gè)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

2、的就位標(biāo)高為 6.511.4m 。東、西兩舍的圈梁皆由鋼柱支承。第1章 網(wǎng)殼的選型和分析計(jì)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(jiǎn)潔的單層網(wǎng)殼。在確定桿件布置規(guī)律時(shí),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(jì)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(shí)選用 ,對(duì)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

3、相同,加工制作較為簡(jiǎn)便。經(jīng)比較,該館內(nèi)2個(gè)網(wǎng)殼均取三向網(wǎng)格型。第2節(jié)網(wǎng)殼的分析計(jì)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(zhǎng)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(jì)算更為重要。使用 msgs程序和d djtiq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 1 915 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

4、穩(wěn)定性與其幾何形狀、荷載和邊界條件有關(guān) ,而且對(duì)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(duì)嚶鳴館網(wǎng)殼的屈曲分析中 ,參考混凝土薄殼設(shè)計(jì)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 127 x7和159 x6無縫鋼 管，共738根;采用d400 x10焊接空心球，共265個(gè)節(jié)點(diǎn)，其中44個(gè)為鼓形球支座節(jié)點(diǎn) 。西舍網(wǎng)殼桿件采用 159 x8和159 x10無縫鋼管，共584根;采用d450 x12焊接 空心球,共211 個(gè)節(jié)點(diǎn),其中 39個(gè)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

5、項(xiàng)工程施工管理組,負(fù)責(zé)熟悉和審查圖紙,了解網(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(gè)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(shí)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3mm。利用高空散 裝法拼裝網(wǎng)殼時(shí)，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(zhǎng)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/m2的荷載，包括 結(jié)構(gòu)自重、施工荷載及材料

6、堆放等荷載。桿件應(yīng)采用專用機(jī)床下料，長(zhǎng)度誤差控制在±1mm范圍內(nèi)。調(diào)整節(jié)點(diǎn)標(biāo)高時(shí)，利用可調(diào)整式支承臺(tái)座，它既是球節(jié)點(diǎn)的臨時(shí) 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(zhǎng)度計(jì)算計(jì)算桿件下料長(zhǎng)度時(shí)，首先根據(jù)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)對(duì)各桿件認(rèn)真復(fù)算，然后放大樣與計(jì) 算尺寸核實(shí)。同時(shí)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1mm。 桿件的下料長(zhǎng)度為：l =10 -，d2 -d2 2式中10一節(jié)點(diǎn)之間的軸線長(zhǎng)度；d一焊接球節(jié)點(diǎn)外徑；d一鋼管桿件內(nèi)徑；2一兩條焊縫的收縮量（mm）。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35 °

7、40 °,不留鈍邊，對(duì)坡口刃部應(yīng)注意保護(hù) ,否則易造成桿長(zhǎng)不準(zhǔn),影響其安裝精度與焊接質(zhì)量。下料長(zhǎng)度允許誤差為±1mm, 對(duì)每根桿件做好標(biāo)記,逐件進(jìn)行檢驗(yàn)登記,并對(duì)號(hào)入座。第3節(jié) 網(wǎng)殼拼裝網(wǎng)殼拼裝時(shí),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(shí),先根據(jù)節(jié)點(diǎn)的平面坐標(biāo)放置可調(diào)式支承臺(tái)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(zhǎng)度和支承臺(tái)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(shí)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(zhǎng)度為 20mm, 焊透焊牢 ,形成一個(gè)空

8、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(gè)個(gè)空間三角形組成的穹頂網(wǎng)殼曲面。網(wǎng)殼拼裝時(shí)應(yīng)特別注意的是,球與桿件點(diǎn)焊之后,必須復(fù)測(cè)球與球之間的中心距離與桿件長(zhǎng)度是否與理論計(jì)算值一致,若有誤差應(yīng)及時(shí)加以調(diào)整,以免造成網(wǎng)殼初始缺陷。另外,測(cè)量焊接球節(jié)點(diǎn)時(shí)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(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)標(biāo)高的基礎(chǔ)上增加510mm 。測(cè)量標(biāo)尺放在球面頂部,每一鋼球的測(cè)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(cè)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(gè)網(wǎng)殼的幾何尺寸滿足設(shè)計(jì)要求。網(wǎng)殼拼裝時(shí),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

9、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(gè)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2.53.2mme4303焊條焊透。罩面要用3.24.0mm 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?jī)勺W(wǎng)殼拼裝合攏時(shí)的桿件長(zhǎng)度誤差為 1015mm, 直徑誤差為± 20mm 。東、西兩舍網(wǎng)殼撓度分別為25.2mm和23.2mm。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(duì)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(duì)接桿件焊縫,結(jié)果全部合格。對(duì)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(hào)登記, 以增加操作者的責(zé)任感。第3節(jié) 安全措施現(xiàn)場(chǎng)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(duì)工作面進(jìn)行全面檢查,對(duì)不符合施工要求的部位應(yīng)進(jìn)行修理或加固。1 . 對(duì)于矢跨比較小的單層