螺栓球與焊接球(1)

1、哈爾濱太平國(guó)際機(jī)場(chǎng)T2航站樓屋蓋焊接球網(wǎng)架與螺栓球網(wǎng)架比較 一、設(shè)計(jì)概況 哈爾濱太平國(guó)際機(jī)場(chǎng)擴(kuò)建工程T2航站樓屋蓋網(wǎng)架由B區(qū)及C區(qū)構(gòu)成，B區(qū)分三個(gè)子區(qū)，B1、B2及B3區(qū)。C區(qū)分四個(gè)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(shí)封閉，由B1區(qū)向B2區(qū)懸挑18m，為保持結(jié)構(gòu)的對(duì)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(gòu)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(shè)臨時(shí)抗風(fēng)柱及圍護(hù)結(jié)構(gòu)，B2區(qū)網(wǎng)架設(shè)計(jì)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(gòu)，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(shè)邊長(zhǎng)24m,高度為6m的三角錐天窗。C3、C4區(qū)為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，最大跨度48m。 本設(shè)計(jì)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(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，完成了所有設(shè)計(jì)施工圖。 B1B2B3C1C2C3C4哈爾濱太平國(guó)際機(jī)場(chǎng)擴(kuò)建工程哈爾濱太平國(guó)際機(jī)場(chǎng)擴(kuò)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(gòu)最常用的兩種節(jié)點(diǎn)形式，各有優(yōu)缺點(diǎn)。無建筑要求條件下，設(shè)計(jì)者可根據(jù)結(jié)構(gòu)跨度、荷載、經(jīng)濟(jì)及安全可靠度等方面，權(quán)衡利弊，自行確定

3、。 二、問題的提出 1、初步設(shè)計(jì)評(píng)審會(huì)，由專家張承啟提出;2、方案修改后，初步設(shè)計(jì)評(píng)審會(huì)中由專家唐榕濱提出，經(jīng)答復(fù)及現(xiàn)場(chǎng)溝通，同意按焊接球網(wǎng)架方案進(jìn)行設(shè)計(jì)；3、第三方設(shè)計(jì)審查中提出，“網(wǎng)架球節(jié)點(diǎn)建議選用螺栓球節(jié)點(diǎn)，螺栓球節(jié)點(diǎn)施工方便快速，焊接球節(jié)點(diǎn)焊接及檢測(cè)工作量大，同時(shí)焊接會(huì)有殘余應(yīng)力。由于螺栓球節(jié)點(diǎn)不能焊接桿件，可在局部區(qū)域選擇采用焊接球節(jié)點(diǎn)?！?三、螺栓球網(wǎng)架的優(yōu)缺點(diǎn)螺栓球網(wǎng)架的優(yōu)缺點(diǎn)（一）螺栓球網(wǎng)架的優(yōu)點(diǎn) 1、所有部件均工廠加工，標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)；2、現(xiàn)場(chǎng)焊接量極少；3、加工精度高，對(duì)形狀復(fù)雜的結(jié)構(gòu)容易找形； 4、現(xiàn)場(chǎng)電容量需求小； 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(diǎn) 1、螺栓球網(wǎng)架的承載力受高強(qiáng)螺栓的規(guī)格限制，其最大受拉桿件設(shè)計(jì)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(gòu)。由于大直徑高強(qiáng)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(qiáng)度螺栓的最大直徑為M64x4。采用超過規(guī)范使用高強(qiáng)螺栓，必須有大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)做理論支撐，且當(dāng)高強(qiáng)螺栓直徑過大時(shí)，大多數(shù)試驗(yàn)設(shè)備的能力不能滿足試驗(yàn)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(dá)到HB197225。在整個(gè)生產(chǎn)過程中若是溫度控制不嚴(yán)，極易造成球體表面產(chǎn)

5、生裂紋或過燒。這是實(shí)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(gè)別螺栓球質(zhì)量不合格或螺栓球丟失，施工現(xiàn)場(chǎng)無法自行處理，需待廠家重新加工運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)。在螺栓球加工不發(fā)達(dá)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(shè)計(jì)形成約束前剛度差，變形大，宜產(chǎn)生撓度。尤其當(dāng)螺栓球網(wǎng)架高空散拼時(shí)臨時(shí)支撐剛度不足、臨時(shí)支撐過少或分塊滑移及整體吊裝時(shí)，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(jì)誤差，造成桿件尺寸或長(zhǎng)或短，由于桿件尺寸現(xiàn)場(chǎng)無法更改，只能通過強(qiáng)行就位，使得網(wǎng)架產(chǎn)生較大的安裝應(yīng)力，嚴(yán)重時(shí)，會(huì)使個(gè)別桿件彎曲失穩(wěn)；同時(shí)，由于尺寸偏

6、差，使高強(qiáng)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(qiáng)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(biāo)，實(shí)際安裝過程中，由于客觀因素，高強(qiáng)螺栓不可能按照設(shè)計(jì)要求一次性擰到位，需要進(jìn)行反復(fù)檢查。當(dāng)某個(gè)高強(qiáng)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(dǎo)致其它高強(qiáng)螺栓連接松動(dòng)，因此，需要反復(fù)調(diào)整，反復(fù)檢查。 7、當(dāng)螺栓球網(wǎng)架采用空中散拼安裝時(shí)，工程質(zhì)量的檢查非常困難。 8、螺栓球網(wǎng)架節(jié)點(diǎn)不允許焊接，只能通過預(yù)留螺栓孔與附屬結(jié)構(gòu)連接。螺栓孔的數(shù)量及角度必須精確，當(dāng)與其連接的附屬結(jié)構(gòu)尚未完全確定時(shí)，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(diǎn)不能焊接，在構(gòu)件加工前不能確定加固部位與加固桿件數(shù)量，對(duì)受拉桿件的加固較為困難。 10、用于螺栓球網(wǎng)架的頂絲強(qiáng)度是按滿足正常安裝條件下受力狀態(tài)而設(shè)計(jì)，實(shí)際安裝過程中，其所受剪力較大，很容易在高強(qiáng)螺栓未完全擰緊時(shí)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(qiáng)度下降。要更換桿件更是不易。頂絲強(qiáng)度設(shè)計(jì)不能提高，是因?yàn)樵O(shè)計(jì)是禁止強(qiáng)行就位的；再者，頂絲直徑加粗，削弱了螺母的強(qiáng)度，易造成螺母的應(yīng)力集中破壞。 11、螺栓球構(gòu)件種類繁多，檢查項(xiàng)目多，質(zhì)量控制重

8、點(diǎn)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(diǎn)四、焊接球網(wǎng)架的優(yōu)缺點(diǎn)（一）焊接球網(wǎng)架的優(yōu)點(diǎn) 1、相對(duì)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(zhǎng)細(xì)比按180計(jì)，當(dāng)長(zhǎng)細(xì)比越小時(shí)，提高的幅度越?。?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(dòng)焊可以保證焊接球的質(zhì)量。 3、焊接球網(wǎng)架所有構(gòu)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(gòu)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(chǎng)簡(jiǎn)單處理進(jìn)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(dá)10247KN，受壓承載力可達(dá)13270KN，滿足大跨及荷載較大結(jié)構(gòu)的承載力需求，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于螺栓球高強(qiáng)螺栓的極限承載力。 6、焊接球網(wǎng)架形成的累計(jì)誤差容易調(diào)整。 7、焊接球網(wǎng)架與附屬結(jié)構(gòu)的連接容易實(shí)現(xiàn)； 8、焊接球網(wǎng)架未按設(shè)計(jì)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(huì)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(xùn)且具有資格證書。 10、焊接球網(wǎng)架吊裝加固容易實(shí)現(xiàn)。 11、焊接球網(wǎng)架構(gòu)件種類少，質(zhì)量控制重點(diǎn)突出。 （二）焊接球網(wǎng)架的缺點(diǎn) 1、現(xiàn)場(chǎng)焊接工作量大，需要有經(jīng)驗(yàn)的焊工人數(shù)較多。 2、現(xiàn)場(chǎng)電容量需求大。 3、

10、形狀復(fù)雜的網(wǎng)架（殼）結(jié)構(gòu)找形難。 4、不宜采用空中散拼的施工方案。 5、焊接球現(xiàn)場(chǎng)焊接形成次應(yīng)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(yīng)力。螺栓球網(wǎng)架桿件與封頭或錐頭焊接時(shí)也會(huì)產(chǎn)生焊接應(yīng)力，只是其焊接過程構(gòu)件一端自由，其產(chǎn)生的焊接應(yīng)力能夠部分釋放，形成的殘余焊接應(yīng)力較小而已。 五、關(guān)于螺栓球網(wǎng)架冬季施工問題五、關(guān)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(jìn)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(dāng)?shù)拇胧?，原因如下?1、哈爾濱屬嚴(yán)寒地區(qū)，冬季溫度很低，高空作業(yè)時(shí)，更是寒風(fēng)刺骨，而網(wǎng)架安裝時(shí)，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(duì)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(yàn)收（參照GB50205-2001）檢查項(xiàng)目檢查項(xiàng)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(xiàng)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(guān)成品按相關(guān)規(guī)定進(jìn)行復(fù)規(guī)定進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，見證取驗(yàn)，見證取樣、送樣樣、送樣）1、螺栓球及制造螺栓球節(jié)點(diǎn)所采用的原材料，其品種、規(guī)格性能等應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)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(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)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(qiáng)度螺栓，其品種、規(guī)格、性能等應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)要求。6、螺栓球成型后，不應(yīng)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(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)要求。2、焊接球焊縫應(yīng)進(jìn)行無損檢驗(yàn)，其質(zhì)量應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。3、鋼板壓成半圓球后，表面不應(yīng)有裂紋、褶皺；焊接球其對(duì)接坡口應(yīng)采用機(jī)械加工，對(duì)焊接表面應(yīng)打磨平整。4、現(xiàn)場(chǎng)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(shè)定：桿件加工時(shí)的溫

13、度為25，桿件長(zhǎng)度4000mm，拼裝時(shí)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(shè)某桿件加工時(shí)比設(shè)計(jì)長(zhǎng)度小1mm，那么，此桿件長(zhǎng)度將比設(shè)計(jì)值小3.64mm。桿件長(zhǎng)度的變化，使螺栓球網(wǎng)架安裝更加艱難，不強(qiáng)行就位無法進(jìn)行安裝，最后只能給結(jié)構(gòu)帶來更大的安全隱患。 因此，螺栓球網(wǎng)架要進(jìn)行施工，也必須采取適當(dāng)?shù)募夹g(shù)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(dāng)?shù)募夹g(shù)措施。螺栓球、焊接球網(wǎng)架冬季施工都必須采取適當(dāng)?shù)募夹g(shù)措施。檢查項(xiàng)目檢查項(xiàng)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(xiàng)目1、螺栓球

14、螺紋尺寸應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)普通螺紋公差與配合GB197中6H級(jí)精度的規(guī)定。2、建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為一級(jí)，跨度為40m及以上的螺栓球節(jié)點(diǎn)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，其連接高強(qiáng)螺栓應(yīng)進(jìn)行表面硬度試驗(yàn)，且不得有裂紋或損傷。3、螺栓球加工的允許偏差應(yīng)符合表7.5.3的規(guī)定（6項(xiàng)）4、螺栓球總拼完成后，高強(qiáng)螺栓與球節(jié)點(diǎn)應(yīng)緊固連接，高強(qiáng)度螺栓擰入螺栓球內(nèi)的螺紋長(zhǎng)度不應(yīng)小于1.0d，連接處不應(yīng)出現(xiàn)有間隙、松動(dòng)等未擰緊情況。1、焊接球表面應(yīng)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(yīng)符合表7.5.4的規(guī)定（4項(xiàng)）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(gòu)最基本的兩種節(jié)點(diǎn)形式，各有有缺點(diǎn)，當(dāng)無建筑要求時(shí)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可根據(jù)具體受力狀況進(jìn)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(gòu)技術(shù)規(guī)程中高強(qiáng)螺栓的最大設(shè)計(jì)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(yàn)方法確定超規(guī)范的高強(qiáng)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(gòu)的附屬建筑尚未有準(zhǔn)確的形式，因此，不能確定能夠滿足附屬結(jié)構(gòu)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(gòu)的連接。4、在采用鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)為航站樓屋蓋結(jié)構(gòu)的國(guó)內(nèi)機(jī)場(chǎng)中，基本以焊接球網(wǎng)架為主。（工程案例見第五節(jié)）5、國(guó)內(nèi)近20年來非設(shè)計(jì)原因而倒塌破壞的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)原因出現(xiàn)的質(zhì)量事故遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于焊接球網(wǎng)架。栓球網(wǎng)架非設(shè)計(jì)原因出現(xiàn)的質(zhì)量事故遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于焊接球網(wǎng)架。6、本設(shè)計(jì)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?yè)P(yáng)機(jī)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?yè)P(yáng)機(jī)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?yè)P(yáng)機(jī)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(yáng)長(zhǎng)避短，有利于結(jié)構(gòu)受力，而是將簡(jiǎn)單問題復(fù)雜化的無奈之舉，各別工程案例不能作為設(shè)計(jì)依據(jù)。1、螺栓球與焊接球混用的網(wǎng)架優(yōu)點(diǎn)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(yàn)驗(yàn)證？3、螺栓球與焊接球混用，設(shè)計(jì)審查能否通過，專家論證會(huì)能否代表設(shè)計(jì)審查？4、螺栓球與焊接球混用網(wǎng)架的計(jì)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(shí)，網(wǎng)架桿件的計(jì)算長(zhǎng)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(diǎn)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(yīng)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(gòu)最不利的地方形成最大的焊接殘余應(yīng)力）（結(jié)構(gòu)最不利的地方形成最大的焊接殘余應(yīng)力）九、機(jī)場(chǎng)工程焊接球網(wǎng)架案例九、機(jī)場(chǎng)工程焊接球網(wǎng)架案例1、天津?yàn)I海國(guó)際機(jī)場(chǎng)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(jī)場(chǎng)：焊接球網(wǎng)架4、深圳機(jī)場(chǎng)T3航站樓：桁架+焊接球網(wǎng)架5、鄭州新鄭機(jī)場(chǎng)二期：焊接球網(wǎng)架6、昆明機(jī)場(chǎng)：彩帶梁+焊接球7、白云機(jī)場(chǎng)T2航站樓：焊接球網(wǎng)架+鋼管混凝土柱8、成都雙流國(guó)際機(jī)場(chǎng)T2,斜拱