1. 引言

        1.1 广电系统网架特点：

        广电系统的网架结构一般指演播厅网架，此类网架的特点是：

        1) 网架面积及跨度不大，面积在1000平方米左右，跨度25~30米左右；

        2) 平面结构比较规整，以矩形居多；

        3) 下弦吊挂荷载非常大，作为演播厅要实现很多舞台效果及完成各种直播活动，需要很多灯光和设备的辅助，这些灯和设备都是放置在悬挂于网架球节点下的灯栅层上，在设计时此部分的荷载取值在4.5~5KN/mm2。

        1.2 网架节点类型：

        网架按节点类型主要分为螺栓球网架和焊接球网架。螺栓球网架使用最为广泛，其节点是由螺栓球、封板（或锥头）、套筒、高强螺栓、螺钉（或销子）按固定的方式组合而成，如图1所示。

图1 螺栓球连接节点

        其优点是：球节点及配件采用工厂化生产，加工精度高；现场焊接工作量小，安装偏差小；节约材料，现场安装迅速，可以有效的缩短工期，节约安装成本。缺点是：配件较多，而且配件的加工标准也有很多套，如国标、徐州标准、徐州第二版标准以及以东南网架等为代表的配件标准，各加工标准只能成套使用，不能混用。

        焊接球网架应用没有螺栓球网架广泛，其主要用在有特定要求（比如使用工艺要求）的网架、装饰性网架及荷载较大、螺栓球网架中所配最大螺栓仍不能满足受力要求的网架中。其优点是：没有螺栓球网架那么多的配件；网架能够承受较大的荷载；吊挂连接件与球的焊接连接方便。缺点是：现场焊接量非常大；安装工期长，安装成本偏高。

        1.3 网架节点选型：

        演播厅网架跨度小，形状规则，设计较简单，重点是处理好灯栅架与下弦球节点的节点连接，保证节点安全、可靠，同时要方便施工。

        根据演播厅网架的面积及跨度，优选螺栓球网架，螺栓球节点与灯栅架的连接采用焊接连接节点，但是这种连接形式很难实现，原因是：根据标准《钢网架螺栓球节点》JG/T10-2009规定： 螺栓球宜采用《优质碳素结构钢》GB699-1999中的45号钢锻造成型，45号钢属于中碳钢，其焊接如果采用低碳钢常用的焊接工艺施焊，则热影响区可能产生脆硬的马氏体组织，易于开裂，当焊接材料和焊接过程控制不好时，甚至焊缝也易于开裂。螺栓球与下部灯栅架连接件的焊接属于是45号钢与Q235钢焊接连接，按规定焊前45号钢预热300℃，层间温度不低于250℃，焊条采用E5015 (J507) （低氢钠型，直流反接）（预先按焊条说明书规定烘焙），焊接后做好保温，不能骤然冷却。但是这些要求在高空现场显然是无法达到的，因此吊挂大荷载的螺栓球网架采用焊接连接基本是不可能的。

        45号钢的化学成分及力学性能分别见表1和表2。

45号钢化学成分 表1

45号钢力学性能 表2

        如果焊接连接不可取，考虑采用高强螺栓连接，相当于在球上做一个朝下的杆件，虽然竖向受力可以满足条件，但是毕竟灯栅架属于网架结构的附属结构，其安装精度及变形均没有网架主结构要求严格，容易留下安全隐患，所以这种连接形式也不是很理想。

        由此可见，网架采用焊接球节点是比较理想的，这样下弦球和灯栅架的连接节点可以采用十字劲板焊接连接，这种焊接是同种钢号的焊接，施工现场能够保证焊接质量，可以很好的解决吊挂的节点连接问题，但是焊接球的缺点前文已述，仅仅为了处理一个节点连接问题而改螺栓球为焊接球会大量的增加现场焊接量，不利施工。

        综合分析以上情况，混合网架是比较理想的选择，混合网架是在网架受力较大、按设计计算最大的螺栓仍然不能满足受力要求时，由螺栓球改用焊接球，杆件与球等强连接以满足受力要求。但是，普通的混合网架的焊接球是分布在受力较大的节点上，而本文中提到的演播厅网架应该是混合网架的一个变种，即为整个下弦为焊接球，上弦为螺栓球。这种变种混合网架的优点有：秉承混合网架的设计理念，比全焊接球网架减少现场焊接量，节省工期；上弦螺栓球安装后，便于下弦焊接球定位；下弦灯栅架与焊接球采用十字劲板连接节点，常温焊接，焊接质量能够保证。下弦球与灯栅架的连接节点如图2所示。

2. 网架设计、加工安装要求

        2.1设计方法及加工安装要点：

        工程设计采用空间网格结构计算机辅助设计系统（MST2008）计算完成，其设计过程简述如下：（1）首先是网架的建模，针对这种简单的网架结构，推荐用MST自带的标准网格建模系统来完成。模型建好后，施加荷载，选取约束，在设计信息中的“选用节点类型”仍选择“螺栓球”。以上步骤确认无误后进行满应力设计，优选杆件截面，根据杆件及受力情况选配高强螺栓，接着进行螺栓球节点设计，配好螺栓球。至此，所有的设计过程跟螺栓球网架的设计过程是一致的。（2）针对MST软件，有两种方法更改下弦节点类型：一是将下弦球直接改成焊接球，然后进行球节点的验算，验算所更改的焊接球是否满足设计要求，不满足再更改后再验算，直到满足要求为止。还有一种方法就是将下弦杆件的高强螺栓全部改成M99（M99是MST中对焊接球网架杆件高强螺栓的特殊表示），再执行球节点设计，这样下弦就会直接选配焊接球。最后再执行一次验算不调整，确保所有的杆件满足要求；再验算高强螺栓和球，确保整个网架满足设计要求，这样“变种混合网架”就设计完成了。

        网架加工按混合网架加工方法，严格控制杆件的下料长度、焊接长度和组合长度，现场安装下弦焊接球时，应先将十字劲板焊好，然后把球调整到正确的位置，再与杆件焊接。

图2 下弦球与灯栅架连接节点

        2.2工程实例：

        1) 工程一

        某广播电视高等专科学校演播楼1200m²网架，网架跨度28.85米，长度40.85米，下弦吊挂荷载：5KN/m²。网架采用上弦支撑，结构找坡，坡底网架厚度2.2米，屋脊处厚度为2.92米。

        此工程是第一个运用本文提及的变种混合网架理念设计的工程，网架最大杆件为219x12，焊接球最大为450x16加肋球。网架灯栅架图及三维图分别见图3和图4。工程于2004年建成投入使用至今。

图3 灯栅架

图4 网架三维图

        2) 工程二

        某市广播电视中心大楼演播厅网架，网架跨度26.975米，长度38.8米，下弦吊挂荷载：5.4KN/m²。由于建筑造型需要网架平面有缺角，平面如图5所示，网架采用上弦支撑，建筑找坡，网架厚度2.8米。网架最大杆件为219x16，焊接球最大为450x16加肋球。工程于2007年建成投入使用。

图5 网架平面图

        3) 工程三

        某市广电中心大楼演播厅网架，网架跨度26.55米，长度49.59米，下弦吊挂荷载：4.5KN/m²。网架平面为矩形，采用下弦支撑，结构找坡，坡底网架厚度2.15米，屋脊处厚度为2.685米。

        网架最大杆件为219x10，焊接球最大为350x14加肋球。工程于2010年建成。网架施工中图片如图6所示。

图6 网架施工中

3. 结论：

        针对广电系统演播厅网架下弦悬挂荷载较大，传统螺栓球网架难以满足连接要求的问题，本文提出一种下弦全部采用焊接球，上弦采用螺栓球的混合网架，很好地解决了这一问题，并通过三个实际工程的分析、运用，可以发现，该混合网架充分发挥了不同节点形式的优点，安全方便，节约成本。

参考文献

[1] GB50017-2003钢结构设计规范[S].北京:

[2] JG/T10-2009钢网架螺栓球节点[S].

[3] GB699-1999优质碳素结构钢[S].

[4] 焊接手册北京：机械工业出版社.