目前网(壳)架及轻钢工程中一些技术问题的信息与探讨
中国建筑金属结构协会钢结构委员会专家组 丁芸孙

摘要
　　本文探讨了网(壳)架与轻钢结构的杆件拼装：超大直径空心球；空心球壁厚薄不匀；焊接标准；螺拴球锥头，封板；横向力；悬挂吊车疲劳；橡胶支座及其支座假定；风载；验收的标准檩条下缘失稳，面板掀起，门架设计，拱板壳等问题。

关键词
　　网(壳)架，焊接空心球，螺栓球，悬挂吊车，橡胶支座

　　网(壳)架结构发展推广十多年来，轻钢门架，拱板也发展多年积累了一些大家关心并有争议而急待解决的技术问题。现根据我们参预设计的千座网(壳)架轻钢工程的经验，从工程角度提出粗浅看法与解决的办法，只代表个人观点抛砖引玉，错误之处请指正。

一、杆件的拼接
　　杆件的拼接在规程中不明确，由设计定。有些设计不允许拼接，钢材损耗就很大，一般预算耗10％就打不住。根据我们的经验，压杆拼接应该允许，但拼接要求在杆件二瑞1／3L范围内，这考虑此范围没有<9>的影响，相对应力小一些，拉杆拼接完全取决于施工质量。如果质量能保证，拉杆也是可以拼接的，但要慎重。一根杆件只允许一个拼接，相邻节间最好不要再有拼接，这是考虑万一拼接断裂，力即重分布到相邻杆，相邻杆不会因拼接连锁破坏。具体拼接数约为节间数20-25％，此数难以科学确定，工程实践此数基本解决损耗控制。
　　拼接接头的做法规范对型钢已有标准接头，对钢管无明确规定。等直径的钢管不论拉、压，理想的是横切对接焊接，随焊接技术发展与基于焊接应力分析，正对接焊是能等强的。当然应按I级焊缝要求并逐个超声波检查。
　　对接焊可靠性完全决定于对施工水平的判断，如对施工无把握，应采取加强措施。工字钢对接焊采用斜拼接来加长焊缝的补强，由于腹板与翼缘交接处无法保证焊接质量，而钢管无此问题，用斜对接反而焊缝应力集中。对受压杆件可以采用加连接垫板的办法，虽然增加焊缝工作量，毕竟压在垫板上心理上放心，这种做法也是有争议的。认为双面焊接也是难度较大，这样做也是多余的。这种连接垫板的形式绝对不允许用于受拉杆件，因为受力方向正好与加工方向垂直，而许多杂质均是沿加工方向延伸，如有气孔延伸与分层，那是极其危险的。 受拉杆对接焊应慎重对待，如担心焊接质量，可采用三条加强板均布焊于钢管外侧；但必须避免十字交叉焊缝形成复杂应力。
　　对于等直径但不同厚度的钢管对接焊，必须在焊缝边上做成1：2.5坡度，也可以做成台阶型衬管保证质量。
　　对于等直径不同厚的受压杆对焊接质量，担心的也可采用连接垫板方式。
　　对于不同直径的钢管受压杆件，也可以采用加连接垫板，但垫板厚度d要根据不同直径差a所产生弯距及剪力验算。
　　对于不同直径的受拉钢管理想的办法是加锥形管。国外用得多，并有锥形管计算方法，市场有标准锥形管。国内由于锥形管要专用模子中工，造价高，基本未用。
　　目前不同直径的受拉钢管尽可能通过焊接球过渡。如超过球承载力，则可以与球的肋焊接加强。
　　如不同直径的受拉钢管受力很大，通过球有困难时，建议在球外小管处拼接，钢管加节点板传力，由于节点板造成钢和断面削弱与应力集中，根据国外经验承载力将削弱15％，大钢管如有15％富余(因在小管处拼接内力已减少)，则不需加强。而小钢管则在节点板与钢管相交处用加强板加强，节点板面积应大于小钢管面积20％。

二、超大直径焊接球
　　由于焊接空心球适应国情，在大跨度受力大的结构中比高强螺栓板节点、相贯节点等都优越。尤其可以与螺栓球节点混合使用取长补短，更为有利。因此对扩大空心球承载力要求很迫切，而规范中焊接空心球仅限于≤Φ500。
　　目前对超大直径空心球进行了很多试验研究原规程焊接球公式，拉压是不同的，解释是受压失稳破坏与钢材强度无关，拉为剪切破坏。现有的公式拉压统一，解释是拉压均为复杂应力破坏。回归后正好可统一公式。最后应以网壳规程公式为准。但我们根据Φ800x 32，球、钢管Φ219x16及Φ650x25，球、钢管<由219x16>等试验结果对比各种计算公式，分析结果用网架规程中公式延伸还是安全可靠的。
　　超大直径空心球要进一步扩大承载力，我们曾采取以下措施：
　　贯通球：同一直径的钢管可以贯通空心球，二个杆内力差Nl-N2由球承担，但要注意球与钢管焊接是横切整个断面，不宜满焊，以防过烧。焊接厚h足够承担Nl-N2即可，h＜1／2为宜。
　　多助球：我们试验Φ890x32>双助球承载力达1000t，如k＝3，也可承担设计承载力1000／3x1．25＝410t，大大扩大了空心球承载力，网架经常双向受力，我们在另一方面也加二个肋，由于操作原因二个方向肋无法互焊，另一方向力无法直接通过肋相传，但可控球得到加强。因此可以按无肋球验算，以乘以肋增大系数1.2，即能满足要求，因为网架受力二个方向总是一大一小。
　　板与空心球结台节点：根据国外资料钢管与板结合节点用得很多，但由于钢管与板连接断面的削弱及应力集中，钢管承载力将降低15％。我们曾将钢管通过钢板节点及球共同工作，这样一部分力将通过球传递，应力集中中也将减少，但我们仅将此作保险作用，仍立足于节点板传力。钢管在节点板连接处该加强的用加强板，这样焊接空心球节点承载力可以满足可预见的大跨度结构的要求。

三、网(壳)架的焊接质量保证
　　(一) 空心球加不加衬管是有争议的。不加衬管将迫使施工安装尺寸准确，否则焊不了。加了衬管就可能放松安装尺寸的要求。我们认为网(壳)架的安装尺寸需要保证，但其危害程度相对小(除单层网壳外)，网(壳)架的尺寸误差对受力影响小，而不加衬非常容易焊不透，未焊透15-30%，焊缝强度将降低50-70%，比气孔夹渣不利得多。我们建议应加衬管保证焊接质量。
　　(二) 规程要求a>20，这样就使球直径加大，a>20主要担心焊缝不好，我们已在工程中经常将二个钢管相贯使小直径的钢管骑在大直径钢管上，使球直径大为减少。从相贯节点试验可知支管相贯反而对主管受力有利，支管已互相传递了力，同样道理相贯对球也有利。
　　(三) 目前网(壳)架杆件焊透和等级要求规程中不明确，完全由设计定，有的不论工程大小，拉杆、压杆一律要求I级焊接，工地压力太大。我们一般掌握区别对待。重要工程的拉杆对接焊一定要I级，压杆就可考虑II级，钢管与空心球焊接都II级，这种焊缝一般为对焊加角焊，能保证等强。有些构造焊缝可降到III级。检查焊缝I级要求10％用X线探伤，考虑现超声波技术的可靠性日增，而x线价太贵，所以我们工程均用超声波。当然超超声波技术无把握的不在此列。
　　(四)螺栓球网架经常遇到45钢与Q235焊接问题。有时螺栓拧不进就将钻头与螺帽、球焊在一起，以代替螺栓受拉是非常不可取的做法。45钢与Q235含碳量差别较大，可焊性不好，必须严格按预热保温等特殊工艺措施。从焊接角度讲不能讲45钢与Q235不能焊接，但从结构角度在现场高空确保焊接质量有难度，也有风险。象受拉杆件主要受力部位应力求避免45钢与Q235焊，只能用于次要构造部位。

四、焊接空心球厚薄不匀
　　焊接空心球可用冷压、热压制作。因为冷压要求材质好、模具磨损大，需要压力也大。而热压所需压力较小，所以一般均用热压。
　　压制中模具底部球体材料主要受压，而模具周边的球体钢材并不受多少力，仅是200-400的曲成球体钢材受模具向下带有力而使球体钢材拉薄，拉薄的程度一般也在壁厚的偏差左右。但目前由于钢厂生产即有意识按负差，实际出厂钢板厚度已全部是负差，因此壁厚20mm的球用20mm厚的钢板热压，一般0-400处出现超过允许偏差达10％壁厚。如果要保证球壁存在允许公差内就需要用比球壁厚的钢板热压，造成了浪费。
　　我们在工程中球厚薄不均处理的办法就是把薄的部位放在无腹杆部位。对于弦杆是拉杆，这样处理没有疑问。因为受拉的杆件与球连接是冲切破坏；仅与连接部位球体厚度有关。对于弦杆受压时判断影响也不大，但球局部减薄对受压球承载力影响尚无试验数据，当球承载力对压杆力有5％富余，则可按上述处理。如果球承载力已用足，建议在压杆处加肋加强。如果以后确认压杆作用于球也是属于强度破环没有稳定问题的话，上述加强即可取消。