网架钢结构施工缺陷分析与处理.pdf

第４０卷第２期２０１４年４月四川建筑科学研究ＳｉｃｈｕａｎＢｕｉｌｄｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅ收稿日期２０１３  ０２  ２５作者简介杨璐（１９８２－），男，湖北宜昌人，博士，讲师，研究方向钢结构设计理论与施工技术。Ｅ－ｍａｉｌｌｙａｎｇ＠ｂｊｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ网架钢结构施工缺陷分析与处理杨璐１，王元清２，袁焕鑫２，尚帆１，张天申２（１．北京工业大学建筑工程学院，北京１００１２４；２．清华大学土木工程系，清华大学结构工程与振动教育部重点实验室，北京１０００８４）摘要通过对网架钢结构常见的施工缺陷进行总结，结合实际工程针对不同的缺陷类型提出了相应的整改加固措施，并验证了整改加固效果。重点采用有限元计算的方法，分析了安装误差和杆件初始弯曲对网架钢结构的影响。分析结果表明安装误差可能会对网架钢结构造成不安全影响，从网架钢结构的安全性出发应采用有效方法评估安装误差对结构的影响；而杆件过大的初始弯曲将显著降低杆件的稳定承载力，在施工过程中应尽量避免造成此类缺陷，对已有缺陷的杆件必须进行纠正或者更换。关键词网架钢结构；施工缺陷；安装误差；初始弯曲中图分类号ＴＵ７４５．２文献标志码Ａ文章编号１００８－１９３３（２０１４）０２－３４１－０４ＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｆｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｄｅｆｅｃｔｓｏｆｓｔｅｅｌｇｒｉｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅＹＡＮＧＬｕ１，ＷＡＮＧＹｕａｎｑｉｎｇ２，ＹＵＡＮＨｕａｎｘｉｎ２，ＳＨＡＮＧＦａｎ１，ＺＨＡＮＧＴｉａｎｓｈｅｎ２（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅａｎｄＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＢｅｉｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００１２４，Ｃｈｉｎａ；２．ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＴｈｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＳｔｒｕｃｔｕｒｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＶｉｂｒａｔｉｏｎｏｆＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，ＴｓｉｎｇｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８４，Ｃｈｉｎａ）ＡｂｓｔｒａｃｔＢｙｔｈｅｓｕｍｍａｒｙｏｆｔｈｅｃｏｍｍｏｎｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｄｅｆｅｃｔｓｏｆｓｔｅｅｌｇｉｒｄｓｔｕｃｔｕｒｅｓ，ａｎｄｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｔｒｅａｔｍｅｎｔｓａｎｄｒｅｉｎｆｏｒｃｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｄｅｆｅｃｔｓ，ａｎｄｔｈｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓｉｓｖｅｒｉｆｉｅｄｂａｓｅｄｏｎｓｏｍｅｐｒａｃｔｉｃａｌｓｔｅｅｌｇｒｉｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｔｈｅｅｍｐｈａｓｅｓａｒｅｆｏｃｕｓｅｄｏｎｅｆｆｅｃｔｓｏｎｓｔｅｅｌｇｒｉｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｃａｕｓｅｄｂｙｔｈｅｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎｅｒｒｏｒａｎｄｉｎｉｔｉａｌｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ，ａｎｄｔｈｅＦＥＡｍｅｔｈｏｄｉｓａｄｏｐｔｅｄ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｒｅｓｕｌｔｓ，ｔｈｅｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎｅｒｒｏｒｗｉｌｌｂｒｉｎｇｔｈｅｓｔｅｅｌｇｒｉｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｕｎｓａｆｅｅｆｆｅｃｔ，ｔｈｅｒｅｆｏｒｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｍｅｔｈｏｄｍｕｓｔｂｅａｄｏｐｔｅｄｆｏｒｅｖａｌｕａｔｉｏｎ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｌａｒｇｅｉｎｉｔｉａｌｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎｗｉｌｌｃａｕｓｅａｎｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｄｅｃｒｅａｓｅｉｎｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｏｆｇｒｉｄｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｍｅｍｂｅｒ．Ｆｏｒｔｈｉｓｒｅａｓｏｎ，ｔｈｅｌａｒｇｅｉｎｉｔｉａｌｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎｍｕｓｔｂｅａｖｏｉｄｄｕｒｉｎｇｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ，ａｎｄｔｈｅｉｎｓｔａｌｌｅｄｍｅｍｂｅｒｓｗｉｔｈｌａｒｇｅｉｎｉｔｉａｌｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎｍｕｓｔｂｅｃｏｒｒｅｃｔｅｄｏｒｒｅｐｌａｃｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｓｔｅｅｌｇｒｉｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｄｅｆｅｃｔ；ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎｅｒｒｏｒ；ｉｎｉｔｉａｌｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ０引言作为一种空间受力体系，网架钢结构具有适用跨度大、整体刚度好和抗震性能优等承载优势。同时，网架钢结构还具有用钢量较低以及造型美观等经济性和外观优势。另外，从构件制作和安装的角度出发，网架钢结构也具有一定的便利性。因此，网架钢结构在近些年来得到了越来越广泛的应用。由于多数网架钢结构应用于大跨度、高空建筑中，一旦发生破损需要进行维修或者构件更换时，则存在一定的困难。同时，在网架结构的施工过程中，由于诸多不确定性因素的影响［１］，在施工过程中容易出现各种不同缺陷。从结构安全的角度出发，需要了解不同施工缺陷对网架结构影响并进行分析，并采用适当处理方式消除或者减轻不利影响［２  ４］。本文对网架钢结构常见的施工缺陷进行了分析，并提出了相应的处理方法。在此基础之上，结合内蒙古某演艺中心屋面网架钢结构安装工程，介绍了其主要施工缺陷和检测处理的过程，重点分析了安装误差和杆件初始弯曲对结构承载性能影响的有限元计算以及处理对策。１网架钢结构常见施工缺陷网架钢结构一般由网架杆件、杆件节点、支座以及下部（支承）结构组成。由于制作、运输、焊接、安装过程中不确定因素的影响，网架钢结构在施工过程中通常会产生以下几方面的施工缺陷。１）安装误差。安装误差指的是结构安装完成１４３后的位形与理想设计状态之间的差别，由于结构设计的对象是理想状态的结构位形，在实际施工过程中由于结构的自重、作用荷载以及施工精度的影响，安装完成后的结构位形会与理想设计状态存在必然的差别。在相应的规范规程中［５］，对这种允许误差有明确的规定。然而，当安装误差不满足允许误差的规定时，需要采取有效的方法评估其对结构安全性的影响，并采取相应措施减小或者消除该影响。２）杆件初始弯曲。杆件初始弯曲指的是单根杆件的初始弯曲，通常由制作安装精度、运输碰撞等原因造成，而初始弯曲对杆件的承载能力尤其是压杆的稳定承载力具有显著的影响。３）节点缺陷。常见的节点形式包括焊接节点和螺栓球节点，对于焊接节点可能会存在不同形式的焊接缺陷；对于螺栓球节点可能存在紧固螺钉缺失、杆件套筒松动、多余球孔未封闭等施工缺陷。４）支座缺陷。支座是网架结构的重要组成部分，对于普通固定铰支座需要排查支座处的螺母紧固情况、焊缝质量等；对于特殊功能支座，应该按照相应的要求进行施工缺陷检查。２工程实例分析２．１工程概况内蒙古某演艺中心屋面钢结构采用了正放四角锥双层（局部多层）空间网架结构，网架平面呈圆形，直径约９６ｍ，采用螺栓球节点，周边钢柱上弦支承，并在内部混凝土结构上设置若干支承点，屋面网架结构如图１所示。图１屋面网架钢结构示意Ｆｉｇ．１Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｓｔｅｅｌｒｏｏｆｔｒｕｓｓ在屋面网架钢结构安装完成之后对其进行了检测和位形测量，根据检测测量结果发现该结构主要存在以下施工缺陷１）局部安装误差较大。根据对球节点的空间坐标测量，部分节点与理论坐标相差较大，其中竖向坐标相差超过４０ｍｍ的节点达到２６个。２）少数杆件存在明显的初始弯曲，见图２（ａ）。３）节点缺陷。该结构采用的是螺栓球节点，主要缺陷包括杆件套筒松动、紧固螺钉缺失、多余球孔未封闭等，见图２（ｂ）～（ｄ）。４）支座缺陷。主要包括支座螺栓松动、支座处球节点与钢板间焊缝开裂等，见图２（ｅ）和（ｆ）。图２主要施工缺陷Ｆｉｇ．２Ｍａｉｎｔｙｐｅｓｏｆｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｄｅｆｅｃｔｓ２４３四川建筑科学研究第４０卷２．２安装误差分析２．２．１有限元模型对于安装误差以及杆件初始弯曲对网架结构安全性的影响，采用有限元软件ＡＮＳＹＳ进行了结构分析。采用ＢＥＡＭ４４单元并释放杆件两端的转动自由度，模拟网架铰接杆件，有限元模型中的支座采用弹性约束，其刚度根据整体分析的结果选取。有限元模型及支座情况见图３。图３有限元模型及支座情况Ｆｉｇ．３ＦＥｍｏｄｅｌａｎｄｓｕｐｐｏｒｔｒｅｓｔｒａｉｎｔｓ２．２．２计算方法为了分析安装误差对网架结果承载性能的影响，针对理想几何状态的完善有限元模型和施加几何初始缺陷的有限元模型，分别进行了规范规定下的２８种设计荷载工况组合下的网架杆件设计计算。在施加几何初始缺陷时，主要考虑的安装误差在超过４０ｍｍ的节点，共计２６个。２．２．３计算结果对比表１列出了完善有限元模型和施加几何初始缺陷有限元模型在不同工况组合下的构件应力情况。表１不同模型有限元计算结果对比Ｔａｂｌｅ１ＣｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆＦＥＡｒｅｓｕｌｔｓｆｏｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｏｄｅｌｓ不同工况最大拉应力／ＭＰａ各工况最大拉应力平均值／ＭＰａ超限拉杆数量不同工况最大压应力／ＭＰａ各工况最大压应力平均值／ＭＰａ超限压杆数量完善模型１６９１４７０－１５９－１８８２考虑安装误差１８８１６３１－１６０－１８８２根据表１，考虑安装误差之后的有限元模型在不同工况下的最大设计应力平均值提高，超限杆件的数量增加。对于网架钢结构，安装误差可能会带来结构的不安全因素，对于超限杆件，后文介绍了相应的加固措施。２．３初始弯曲分析２．３．１稳定系数的调整计算方法现场检测发现部分网架杆件存在较大的初始弯曲，而压杆的初始弯曲 υ ０对于其稳定承载力影响显著。在考虑构件本身的二阶效应时初挠度的增加会导致构件的整体稳定承载力降低，即稳定设计强度 φ ｆ和整体稳定系数 φ降低。对于初始弯曲的影响，调整后的稳定系数 φ ′ 可以由下式的近似简化方法计算得出 φ ′＝φ－Δ σ ｆ＝φ－Ｎ Δ υ ０Ｗｆ１１－Ｎ／ＮＥ（１）式中Ｎ为构件所受轴力；Ｗ为构件截面抗弯模量；ＮＥ为欧拉临界承载力； Δ υ０＝υ０－ｌ／１０００为构件初始弯曲增量；ｌ为构件长度；ｆ为屈服应力。２．３．２初始完全对构件稳定系数的影响在有限元模型计算结果的基础之上，分析杆件初始弯曲 υ ０＝ｌ／１０００＋ Δ υ０的取值对构件稳定系数的影响。将杆件的强度应力比与稳定系数之间的相对大小绘制成点阵图，如图４所示，其中实线表示二者相等时的临界状态。为了确保杆件不发生整体失稳，仍取稳定应力比 σ／（ φ ｆ）＝０  ９为限值，即图４中虚斜线下方的点表示杆件的稳定应力比超标。图４杆件强度应力比与稳定系数比较Ｆｉｇ．４Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆｅｌｅｍｅｎｔｓｔｒｅｎｇｔｈｓｔｒｅｓｓｒａｔｉｏａｎｄｓｔａｂｉｌｉｔｙｃｏｅｆｆｉｅｃｉｅｎｔ根据图４可知，当 υ ０增大为ｌ／５００时，总计有８根压杆应力超限，其中１根压杆的稳定系数小于其强度应力比，会发生整体失稳；当 υ ０增大为ｌ／３００时，总计有１５根压杆应力超限，其中７根压杆的稳定系数小于其强度应力比，会发生整体失稳。上述的计算分析结果表明网架杆件的初始弯曲 υ ０对其稳定承载力影响十分显著，对于网架杆件的初始弯曲过大的杆件必须采取合理有效的措施进行改善。２．４整改加固措施与效果根据前文的检测与计算分析结果，对于该网架工程，采取了以下整改措施１）针对螺栓球节点进行排查工作，增补缺失紧固螺钉、紧固松动杆件套筒、封闭多余球孔等；２）针对网架结构支座进行排查，紧固部分松动螺母等；３）对于网架结构杆件进行排查，通过调整措施３４３２０１４Ｎｏ  ２杨璐，等网架钢结构施工缺陷分析与处理纠正弯曲杆件或进行杆件更换。在整改工作完成之后，对表１中应力比超限的３根杆件以及其他３根应力比较高（但未超限）的杆件采取了套管加固［６］措施。加固工作完成之后对有限元模型进行了更新和复算，结果表明加固后屋面网架全部压杆中最大强度应力比、最大稳定应力比以及拉杆最大应力比均满足应力比限值要求。３结语本文对网架钢结构常见的施工缺陷进行了总结。结合实际工程，介绍了不同施工缺陷对应的整改和加固方法，并验证了整改加固措施的有效性。采用有限元计算的方法，重点分析了安装误差和杆件初始弯曲对网架钢结构安全性的影响。分析结果表明安装误差可能会带来结构的不安全因素；而网架杆件的初始弯曲对杆件的稳定承载力影响显著。为了确保网架钢结构的安全性，应该采用有效的方法对安装误差的影响进行分析，若造成了杆件的应力超限，必须采用相应的措施进行加固；而在施工过程中应尽量避免造成杆件过大的初始弯曲，对已有的缺陷必须通过调整措施纠正弯曲或进行杆件更换。参考文献［１］金鸿祥．焊接球钢网架施工技术［Ｊ］．施工技术，２０１０，３２（７）６６８  ６７０．［２］沈水明，马人乐，唐军．上海文化广场网架结构检测及分析［Ｊ］．结构工程师，２００６，２２（３）８０  ８２．［３］李树林，张津涛，吴元，等．网架改造加固设计方法［Ｊ］．钢结构，２００９，２４（１１）３５  ３９．［４］卢信贵．超大网架改造加固技术［Ｊ］．建筑技术，２０１０，４１（０９）７８８  ７９０．［５］ＧＢ５０２０５２００１钢结构工程施工质量验收规范［Ｓ］．［６］张天申，杨璐，王元清，等．某大型屋面网架钢结构工程的监测评定与加固技术［Ｃ］／／第十一届全国建筑物鉴定与加固改造学术交流会议论文集，２０１２櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏６１３  ６１６．（上接第３３３页）（续表１）项目存在问题改进建议低碳住宅建筑技术普及化家庭收入的高低直接影响农村居民对建筑材料及技术的选择与采用。现有节能低碳技术产品的价格，很多都超出了村民家庭的经济承受能力 ①低碳技术的经济性选用价格低廉环保，品种、规格在市场上便于采购的节能低碳技术产品，使住宅造价控制在村民经济承受能力范围之内 ②低碳技术的政策性当地政府部门对节能低碳建筑应制定一定的优惠政策，在资金和管理上出台低碳住宅扶持政策，充分调动村民的参与性与自主性建筑外观对村民的选择影响较大。要实现低碳更新，必须在注重功能合理性和居住舒适性的同时，尽量使建筑外观美观丰富，避免因外观丑陋或单调乏味而影响村民建造低碳建筑的积极性 ①低碳建筑的美观性当地传统农宅对窗户、门楼比较讲究，由于当地降雨降雪适度，故建筑多采用平／坡结合的屋顶形式，可根据当地的建筑风俗习惯设计相应风格节能建筑，尽量做到技术设备与建筑一体化，使之就既有时代感，又具有当地特色，满足广大农村居民实际需求建筑低碳更新的理念在广大村民中未被充分了解与重视，了解渠道有限且获取信息量少，宣传力度不够是主要原因之一 ①低碳技术的普及性应该在村民中对节能低碳建筑政策与技术扩大宣传，用简单易懂的形式（如组织宣传队下乡、在村公告栏招贴相关宣传画、印发相关宣传手册给村民等）向村民展示节能低碳建筑在长期运行费用、生态环境等各方面的益处５结语本文结合对西安市长安区农村住宅的现状调查，有针对性地提出了一系列有助于当地农宅实现低碳更新的技术策略。需要注意的是，农宅的低碳更新，不应盲目追求高新技术，而是应该因地制宜，选择适合农村地区的中低技术；同时，如能将低碳、节能、节水、节地等各方面技术策略综合起来，将更加有助于促进普通农宅向可持续发展的低碳农宅的蜕变与更新。参考文献［１］清华大学建筑节能研究中心．中国建筑节能年度发展研究报告２００７［Ｍ］．北京中国建筑工业出版社，２００７．［２］ＬｉｕＹｕ，ＲｅｎＪｕａｎ．ＤｉｓｃｕｓｓｉｏｎｏｎｔｈｅＲｅｎｏｖａｔｉｏｎｏｆＲｕｒａｌＳｅｔｔｌｅ  ｍｅｎｔｗｉｔｈｔｔｈｅＴａｒｇｅｔｏｆＬｏｗ  ｃａｒｂｏｎＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ｉｎ２０１１Ｉｎｔｅｒｎａ  ｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＥｎｅｒｇｙａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ［Ｒ］．２０１１，Ｓｈｅｎｚ  ｈｅｎ２６１  ２６３．［３］清华大学建筑节能研究中心．中国建筑节能年度发展研究报告２００９［Ｍ］．北京．中国建筑工业出版社，２００９．［４］何梅，董洪庆，胡艳丽．陕西西安陕西关中农村住宅节能设计策［Ｊ］．四川建筑科学研究，２０１１，３７（２）２４２－２４４．［５］郭立伟，刘煜，［日］武山伦．改善西安地区农村住宅热工性能的实地调研和模拟分析［Ｊ］．华中建筑，２００８，２６（１０）１２３－１２６．［６］陈丙军，李滨．低碳住宅建筑技术［Ｊ］．四川建材，２０１１，３７（５）１６－１７．４４３四川建筑科学研究第４０卷

版权申诉 word格式文档无特别注明外均可编辑修改；预览文档经过压缩，下载后原文更清晰！ 立即下载

关键词：: 网架钢结构施工缺陷分析处理行业标准建筑建材 20200821162844285210 建筑建材非金属矿山安全生产技术安全生产管理职业安全健康管理体系 OHSMS 建筑建材文库，行业标准法律法规培训课件案例分析规程措施技术规范煤矿论文考试题库技术方案技术标书施工组织技术总结安全管理通知公告设计图纸实用文档图书资料文档下载在线阅读视频课程培训视频

矿业文库所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。