方坤
无锡锡东新城建设发展有限公司 214105
摘要：以无锡市査桥实验小学新建工程的体育馆屋面网架结构施工未案例，从工程概况、网架结构特点、设计要点、施工要点及方法等方面，分析了该工程网架结构工程的设计要点和施工要点。所介绍的设计要点和施工方法也为以后类似的大跨度结构的形式提供借鉴。
在一般传统的建筑结构形式中，例如普通框架结构的结构跨度受到柱网间距的限制，同时，混凝土本身自重也较大，对下部结构及地基基础提出了较高的地基承载力要求，对于工程的整体结构设计相当不利；而网架结构等因为本身自重较轻、设计结构灵活等优点，在大跨度空间结构形式的选择上很受设计者的青睐。
网架结构的应用日益增加，建筑行业中关于网架结构的研究也较多，但是总体上对大跨度的空间网架结构进行系统性研究及施工要点分析的相关研究较少。因此，本文以无锡市査桥实验小学新建工程体育馆网网架结构工程实例为基础，从变形性能、受力性能、组合效果及经济适用性等方面，系统分析网架结构设计的关键内容。
1、工程概况
无锡市査桥实验小学新建工程位于江苏省无锡市锡山区安镇街道査桥社区高浪路高架与锡沪路交汇处，总建筑面积32002m2，建筑用地面积68169 m2，由教学楼一、教学楼二、教学楼三、实验楼一、实验楼二、报告厅、体育馆、行政楼、食堂、门卫等十个单体组成。其中体育馆位于学校西侧，主体结构采用框架结构，屋面采用网架结构。
为满足建筑空间使用的需要，屋面网架的结构形式采用正放四角锥网架形式。周边支撑于框架柱顶端，多柱点支撑，下弦支撑；地震烈度为7度，设计基本加速度为0.1g，设计地震组别为第一组，场地土类别为III类。
2、网架结构的特点
网架结构由很多杆件从两个或多个方向有规律地组成高次超静定空间结构，它改变了一般平面桁架受力体系，能承受来自各方的荷载。网架结构的适应性强，即能适用于中小跨度的建筑，也适用于大跨度的厂房或公共建筑。
当前，网架结构在我国的推广十分迅速，应用于大量建筑，其主要原因有如下几点：
1）杆件之间的相互支撑作用，刚度大，整体性好，抗震能力强，并且能承受由于地基不均匀沉降所带来的不利影响。
2）改变了一般平面桁架受力体系，能承受来自各方的荷载。
3）网架结构的自重轻，节约钢材。由于网架结构的本身的高度较小，可以有效地利用建筑空间。
4）网架结构的适用性强。能适用于中小跨度的建筑，也适用于大跨度的厂房或公共建筑。从建筑物的平面的形式来讲，可用于矩形、圆形、扇形、马鞍形、飘带形、鱼形等。
5）网架结构取材方便，一般多采用Q235钢或Q345钢。
6）网架结构由于它的构件已标准化、系列化，适用于工厂化生产。
3、网架结构的设计要点
3.1网架结构体系的选择
根据规范JGJ7-2010《空间网格结构技术规程》的相关规定，网架结构的形式有：两向正交正放网架、两向正交斜放网架、两向斜交斜放网架、三向网架、单向折线形网架、正放四角锥网架、正放抽空四角锥网架、棋盘形四角锥网架、斜放四角锥网架、星形四角锥网架、三角锥网架、抽空三角锥网架、蜂窝形三角锥网架等。
结合本工程学校体育馆的实际情况，经研究分析对比，各方都倾向于正放四角锥网架结构。正放四角锥网架结构，受力比较均匀，空间刚度比其他四角锥网架及两向网架大，用钢量也比较省，节点数量与杆件数量也比较少，屋面的排水处理也比较简单。因此，本工程最终决定采用正放四角锥网架结构。
3.2设计技术参数
①设计荷载。本工程网架结构设计荷载均按GB50009-2012《建筑结构荷载规范》、GB50017-2003《钢结构设计规范》、JGJ7-2010《空间网格结构技术规程》的相关规定进行取值。其中静荷载：上弦层屋面板+檩条=0.5kn/m2，下弦层0.5kn/m2；活荷载：上弦层0.5kn/m2（同雪荷载比较取大值）；基本风压0.45kn/m2（50年一遇），基本雪压0.40kn/m2（50年一遇）。
②网架挠度设计值47mm.
③支座节点。采用单面弧形压力支座节点，四个螺栓连接。
3.3材料选择
结合本工程现场实际情况，材料选型如下：
①钢管：选用GB700中的Q235B钢，其质量应符合现行国家标准《碳素结构钢》GB700-1994的规定，并应具有抗拉强度，伸长率，屈服强度和硫、磷、碳含量及冷弯试验的合格保证。
②高强螺栓：应符合《钢网架螺栓球节点用高强度螺栓》GB/T16939的规定，选用GB3077中的40Cr。
③普通螺栓和螺帽应符合《紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱》GB3098.1-82和《紧固件机械性能螺母》GB3098.2-82对应选用的性能等级所规定的材料。
④钢球：螺栓球选用《优质碳素结构钢技术条件》GB699中的45号钢，表面应光滑，无裂纹
⑤封板锥头：选用GB700规定的Q235B钢，钢管直径大于等于76时须采用锥头，连接焊缝以及锥头的任何截面应与连接的钢管等强，厚度应保证强度和变形的要求，对接焊缝应符合《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001规定的二级质量检验标准的要求，焊缝饱满，不得有夹渣，未焊透，气孔，咬肉等缺陷并有试验报告。
⑥套筒：D13-34选用GB700中的Q235B，D37-65选用GB699中的45号钢。
⑦紧定螺栓：选用40Cr，经调质处理。
⑧焊条选用E43系列和二氧化碳保护焊丝。
⑨材料应具有质量证明及验收报告，钢球须打上工号，所有焊件应编焊工工号，所有产品的质量应符合《钢网架行业标准》JGJ75。
⑩支座、支托，应采用Q235B钢，维护结构钢构件均采用Q235B钢。
4、工程施工要点及方法
本网架安装搭设满堂脚手架，工程结构部分为正放四角锥螺栓球节点网架，网架采用下弦柱点支承，屋面板采用咬口锁边型压型钢板，网架面积约 1440㎡。
本工程包括加工、制造、安装施工，涉及多个工种的协调和施工，根据材料计划分有网架、底漆、夹心屋面板 、天沟等多个品种的施工，从而形成整体上的协调一致。
目前，根据结构特点和现场施工条件，大跨度网架结构的安装方法有高空散装法、分块安装法、整体吊装法、整体提升法、整体顶升法、多机抬吊法等。本工程结合现场实际情况和工程特点，采用高空散装法，保证了施工质量，又提高了施工工效。
4.1主要施工工艺
施工准备→放线定位→搭设拼装脚手架→拼装局部网架→搁置可调支座、下弦球→调整下弦球标高→组装下弦→组装中层弦杆及腹杆→组装上弦、腹杆→校正→验收
1)进场前准备
项目经理及有关人员应提前到达施工现场进安装前的准备工作。
①项目经理对项目经理部全体人员进行进场前教育，对质量、工期、安全等各方面工作进行全面贯彻，对所有设计图纸、施工方案的难点、重点有一个全面了解。
②进行现场交底，如原材料、零部件、及设备的堆放场地、行车通道、水、电、住宿，办理好施工许可手续，协调并确定施工款项和各工序施工计划，与其他施工单位交作业协调计划。
③对施工前道工序（基础埋件及相关设施）进行复核，确保预埋件质量、标高、中心轴线、几何尺寸、平行度等正确，做好交接手续。
④做好机具及辅助材料的准备工作，如吊车、电焊机、测量仪器、手动工具及其他辅助工具，落实好垂直运输条件。
⑤验收脚手架工作平台，工作平台标高为网架下弦下浮20－40mm，承重要求为集中荷载270kg/m2。
⑥对制作、施工的机械、机具进行适当放置，以使施工方便、搬运合理便于保管，对网架杆件进行适当堆放。
⑦根据现场实际情况，对施工作业计划进行适当的调整和补充并上报项目经理部审核批准。
⑧按施工平面布置图布置现场用电、用水等设施。本工程施工用电80KW，施工用水及消防用水利用土建用量即可。
4.2网架安装
1)安装过程及方法：
安装前，先把本区域安装的网架零部件在楼面搭设平台，在柱顶放置好支座，拼装网架，然后以这个轴之间的网架为基础，采用满堂脚手架散装法安装。
①下弦杆与球的组装：根据安装图的编号，垫好垫实下弦球球的平面，把下弦杆件与球连接一次拧紧到位。
②腹杆与上弦球的组装：腹杆与上弦球应形成一个向下四角锥，腹杆与上弦球的连接必须一次拧紧到位，腹杆与下弦球的连接不能一次拧紧到位，主要是为安装上弦杆起松口服务。
③上弦杆的组装：上弦杆安装顺序就由内向外传，上弦杆与球拧紧应与腹杆和下弦球拧紧依次进行。
2)在整个网架安装过程中，要特别注意下弦球的垫实、轴线的准确、高强螺栓的拧紧程度、挠度及几何尺寸的控制。
①每安装一排网架要及时检查。发现问题及时调整，不得使误差累积超过技术要求，保证完成一排合格一排。
②安装支托时要检查支托螺栓是否到位，支托顶面是否出现倾斜，高度是否符合要求。
③网架安装完毕补涂防腐漆，把支座与预埋件焊接牢固并做好自检工作及记录。
④待网架安装后检验合格，即可紧跟着进行行檩条、屋面板的安装。
3）对网架安装的质量控制
对土建控制:要求做到零部件堆放场地合理,不易损坏和丢失,预埋板表面清洁,轴线和标高、几何尺寸准确，其基本要求为纵横向长度偏差不大于±3mm，同边相邻预埋件中心偏移不大于30mm，周边相邻预埋件不大于15mm，周边最大预埋件高差不大于30mm。
4）对网架安装的要求
①螺栓应拧紧到位,不允许套筒接触面有肉眼可观察到的缝隙。
②杆件不允许存在超过规定的弯曲。
③已安装网架零部件表面清洁、完整、不损伤、不凹陷、不错装，对号准确，发现错误及时更换。
④油漆厚度和质量要求必须达到设计规定。
⑤网架节点中心偏移不大于1.5mm，且单锥体网格长度不大于±1.5mm。
⑥整体网架安装后纵横向长度不大于L／2000，且不大于30mm，偏移不大于L／3000，且不大于30mm。
⑦相邻支座高差不大于15mm，最高与最低点支座高差不大于30mm。
⑧空载挠度控制在L／800之内。
⑨质检人员备足经纬仪、水准仪、钢卷尺及辅助用线、锥、钢尺等测量工具。
⑩检验员在现场不中断、不离岗、随时控制、及时记录、及时完成资料、及时向质量工程师、项目经理、监理工程师汇报并密切配合。
5、结语
本工程结合实际工程案例，从学校体育馆的网架结构入手，较为全面地介绍了网架结构的特点和形式，分析了网架结构的设计要点，明确了网架结构施工时的要点和方法。可以预见，大空间结构形式的建筑将越来越多，因此网架结构形式将会有进一步的发展。本文所介绍的设计要点和施工方法也为以后类似的大跨度结构的形式提供借鉴。
参考文献：
1、正放四角锥网架结构在大型钢结构场馆中的设计与施工要点【J】建筑施工，2021,01
2、网架结构制作与施工，杨文柱主编，机械工业出版社，2004，10
3、建筑施工手册（第五版），建筑施工手册编委会，中国建筑工业出版社，2013，9