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個支座節(jié)點支撐在坡度為128的鋼筋混凝土平面圈梁上,支座節(jié)點從西往東的就位標(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個支座節(jié)點支撐在坡度為128的鋼筋混凝土平面圈梁上,支座節(jié)點從東往西的就位標(biāo)高為6.511.4m。東、西兩舍的圈梁皆由鋼柱支

2、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)點規(guī)格也相同,加工制作較為簡便。經(jīng)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)

3、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度破壞而發(fā)生。因此,單層網(wǎng)殼的屈曲驗算比強度計算更為重要。使用MSGS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資料。經(jīng)典的線性理論于1915年由Zoelly提出。但大量的試驗資料表明,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,

4、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,其中44個為鼓形球支座節(jié)點。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,其中39個為鼓形球支座節(jié)點。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

5、每個節(jié)點經(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,網(wǎng)殼節(jié)點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、施工荷載及材料堆放等荷載。桿件應(yīng)采用專用機床下料,長度誤差控制在1mm范圍內(nèi)。調(diào)整節(jié)點標(biāo)高時,利用可調(diào)整式支承臺座,它既是球節(jié)點的臨時支撐,又能調(diào)節(jié)標(biāo)高。第3章 施工工藝第1節(jié)

6、桿件長度計算計算桿件下料長度時,首先根據(jù)節(jié)點坐標(biāo)對各桿件認(rèn)真復(fù)算,然后放大樣與計算尺寸核實。同時根據(jù)鋼管規(guī)格及節(jié)點連接情況,取每條焊縫的收縮量為1mm。桿件的下料長度為：式中節(jié)點之間的軸線長度;D焊接球節(jié)點外徑;d鋼管桿件內(nèi)徑;2兩條焊縫的收縮量(mm)。由于所有節(jié)點的外徑都相同,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),影響其安裝精度與焊接質(zhì)量。下料長度允許誤差為1mm,對每根桿件做好標(biāo)記,逐件進(jìn)行檢驗登記,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)點開始,向高處逐排進(jìn)行拼裝。在每

7、一排里面,由中部向兩端拼裝,直到支座節(jié)點為止。確定球節(jié)點的空間位置時,先根據(jù)節(jié)點的平面坐標(biāo)放置可調(diào)式支承臺座,然后通過調(diào)節(jié)與該節(jié)點相交點的兩根桿件長度和支承臺座的高度來確定焊接球節(jié)點的準(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)行三點均布點焊，點焊長度為20mm,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。網(wǎng)殼拼裝時應(yīng)特別注意的是,球與桿件點焊之后,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)點時應(yīng)考慮腳手架與板

8、的下沉和焊接收縮量的因素,可在每個節(jié)點設(shè)計標(biāo)高的基礎(chǔ)上增加510mm。測量標(biāo)尺放在球面頂部,每一鋼球的測量點應(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

9、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,