螺栓球节点网架局部焊接设计问题研究

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1、螺栓球节点网架局部焊接设计问题研究　　提要：本文对螺栓球节点网架在设计和施工中，遇到杆件间夹角太小，造成杆件相碰等问题，提出处理方法，以及局部施焊时应注意的工艺要求。　　关键词：螺栓球节点网架空间结构科技进步高强度螺栓焊接工艺　　中图分类号：P755.1文献标识码：A　　　　一、引言　　　　螺栓球节点网架是一种很好的结构形式，它具有空间结构所特有的受力特性。其构件完全在工厂内制作（照片1），质量有保障，运输和安装方便。是其他结构所无以比拟的。　　　　　　　　照片1螺栓球节点网架零配件　　自从上个世纪八十年代初，这一新型的结构体系在我国迅速地推广开来

2、，普及到工业与民用建筑的各个领域。短短的二十余年，我国已发展成为世界网架大国，无论在完成工程项目的数量上和网架工程覆盖总面积上，都创世界之最。　　随着计算机技术的发展，空间结构计算和辅助设计软件大量涌现，这大大促进了我国空间结构生产与施工行业的发展。但在设计和施工过程中，经常遇到杆件“打架”，屋面找坡支托安装位置不正确，以及工艺上要求布置风管、马道、灯架等情况。多数软件的开发，还未顾及到这些细节问题。　　长期以来，对这些问题习惯做法就是采取现场焊接来解决。但不少人“谈焊色变”，认为螺栓球节点网架决不允许任何部位的焊接，就这些问题谈一谈个人看法。　　

3、　　二、大规格螺栓球的出现　　　　1、螺栓球直径规格的大小与杆件内力的大小有关。如螺栓球节点网架推广初期，网架多为平板型，平面尺寸多为矩形，跨度也就是18～30m，高强度螺栓最大M30，钢管到Φ114mm，球直径Φ120mm也就够用了。　　随着国家建设的发展，建筑物的跨度和平面尺寸不断的加大。国家行业标准JG10-1999《螺栓球节点网架》中，螺栓扩大到M60，螺栓球到Φ260mm；国标GB/T16939-1997《钢网架螺栓球节点用高强度螺栓》中，螺栓扩大大至M64×4。国内实际工程中高强度螺栓用到M68、M80～M125，当然这需采取相应的热处

4、理工艺，有些采用了航空用高级合金钢。　　2、由于内力的增大，螺栓球的直径跟着增大是很正常的。但螺栓球直径的大小不仅仅取决于内力的大小，有些是因构造所致，球大不单是因为杆大螺栓大。高强度螺栓拧入球螺栓孔的深度≥1.1倍螺栓外径，螺栓在球体内不得相碰；杆件之间的六角套、封板、锥头及管端等在球体外均不得相碰；球孔端面承压面要足够大等，这些因素决定着螺栓球直径尺寸的大小。南宁机场航站楼网壳沿口就出现过大球（照片2）。　　科技在进步，建筑业在发展，业主和建筑师在建筑物的造型上追求新颖、美观。各式各样的建筑造型要求结构设计来完成，这就使网架结构的形式也越来越复

5、杂。平面的、曲面的、抛物线的……。各种不规则的形状和造型，五彩缤纷、闪亮登场！　　某些工程出现了特大球，如Φ400mm，一个球就是263kg！但不是因为受力大，而是由于在设计建模时，节点的分布和杆件的布置，造成在该节点上相邻杆件间的夹角太小，由软件自动生成了大球。大球的出现，既不经济又不美观，是一大缺陷！　　3、因建筑和使用功能的需要，有些工程网架上要设检修马道，有的需要布置空调和消防管道，有的需要集中吊挂……。设计时尽管考虑了所增荷载，但是节点的预留孔并不能由软件自动生成。　　少数工程将马道、管道、灯桥等搁置在网架下弦杆件上，这是不允许的。所有荷

6、载只能加在节点上，因为杆件只承受拉、压力，它不是压弯构件，这一点使用和施工人员必须头脑清醒！　　　　三、处理方案的选择　　　　1、首先从设计这一环节着手。网架在设计建模时，要考虑避免出现杆件夹角太小的节点。上弦支承的支座球，腹杆会不会碰到梁或柱头，这些都是不能忽视的，否则在安装时将有大麻烦。　　初步设计后检查一下是否出现了大规格的螺栓球，在确保结构安全和不影响使用功能的条件下，将该节点及其附近相关节点的座标位置进行调整，直至大球被调整掉为止。　　2、有些工艺孔，如马道、空调及消防管道、大型音响和灯桥的布置，一般在下弦网格两排下弦球上，设置支托，两排

7、球支托上搁置型钢横担，上铺踏梯和栏杆。　　如果甲方或设计院提供了工艺图，应在二次设计时，将相应位置的螺栓球加上工艺顶孔，这样就可以避免现场焊接的出现。　　　　　　　　图1加球把或焊连接板示意图2球把构造图　　3、在大球调不掉的情况下，应该在二次设计中手工将其调掉，该节点上所有杆件长度尺寸相应增加，夹角较小的两根杆件中，将其中一个力最小的杆件，改成由球把或连接钢板连接（图1）。球把的加工和焊接均在工厂内完成。球把的材质为45＃钢。螺栓球的球把孔其端面正常切削，只钻较小的工艺光孔，球把小端与球工艺光孔配车，球把体加工成斜面，并加工相应的螺栓孔。球把的长

8、度和斜度经计算确定（图2）。　　4、若采用加焊连接钢板的连接，螺栓球上该杆件孔端面不加工，只钻一个很小的标记孔。连接板一端