帶單向斜拉桿的大跨度鋼桁架施工技術(shù)

帶單向斜拉桿的大跨度鋼桁架施工技術(shù)何輝1，鄶國(guó)雄1，朱繼華2，王博銳2（中建鋼構(gòu)有限公司，深圳518040）摘要：東莞籃球中心鋼屋蓋為馬鞍形空間異形結(jié)構(gòu)，各三角桁架分屬不同空間位置，受力體系為非平面空間錯(cuò)位發(fā)散性體系，應(yīng)力分布極為復(fù)雜。桁架中的單向斜拉桿在國(guó)內(nèi)尚屬數(shù)次采用，沒(méi)有相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。鋼拉桿安裝到位后的張拉引起的局部應(yīng)力變化會(huì)引起整個(gè)屋蓋的應(yīng)力重分布。因此，如何將帶單向斜拉桿的大跨度三角桁架吊裝到位并臨時(shí)固定；如何選定合理的安裝方案及鋼拉桿的張拉順序，使整個(gè)屋蓋的受力體系不出現(xiàn)異變；如何在鋼拉桿整體完成張拉之前保證結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性與安裝精度，同時(shí)考慮安裝費(fèi)用的控制，此類(lèi)問(wèn)題的綜合性研究探討，對(duì)今后本類(lèi)型結(jié)構(gòu)的施工具有重要意義。關(guān)鍵詞：鋼桁架；單向斜拉桿；鋼拉桿張拉；十字型雙面臨時(shí)交叉撐；應(yīng)力重分布TheConstructionTechnologyofLarge-spanSteelTrusswithOne-wayDiagonalBar但H次e故料H霜u輛i裹1搶?zhuān)匥里u野a糖i拳慮G美u叫o前x聞i子o肌n掌g阻1婆，補(bǔ)Z搏h令u戰(zhàn)趨J乓i仔h菌u咽a御2拜，迷W杠a壯n敲g版菠B羅o株r咱u怪i上2漿(嚷C妙h稿i冰n甲a羅例C辮o厭n包s霧t情r擇u煌c溝t女i者o妖n鼻貿(mào)S吸t取e顯e嶺l呈奪S扎t蓋r姐u熔c挽t瓣u藝r遠(yuǎn)e敲鬧C機(jī)o芬r揭p奉.傍L喂T父D盞窩S壽h議e趁n游z滴h衡e挖n斯寒G謝u膊a啦n仙g沫d騙o預(yù)n許g暫莊5祥1唯8瞎0玻4襪0擴(kuò)，踏C層h宿i堂n腎a覆)Abstract:斷T翻h(huán)哭e欣哥s向t舟e牢e滅l界說(shuō)r園o樣o主f屯稈o墨f廊鐘b游a術(shù)s關(guān)k沉e宏t羞b辨a注l制l辰款c滅e周n冶t歡e吃r遮批i聚n嗎樂(lè)D間o莊n外g醋g販u法a謙n叫箏i愿s妙塘a導(dǎo)殿s匙a躲d算d傲l牢e章-傭s薦h點(diǎn)a旬p線e摘d遞組s污t隙r憂u佛c礎(chǔ)t堆u獸r揉e右壩w禮h熔o符s剝e牌晚t漂r敘i忌a豪n槳g莖l朝e俊劉t粗r敬u木s橡s創(chuàng)e殺s眨賣(mài)l給o敢c留a拿t縣e巖d保愧i構(gòu)n殼晚d押i省f胃f什e昨r建e廁n黨t肺翻s蹦p翠a雖t榴i勝a霉l充荷p奴o社s嗽i妹t泊i訪o嶄n窮芝w棄i頭t職h舞爹c言o伯m詢(xún)p控l械i黎c賊a末t輕e仙d濾惕s禍t皆r舞e謊s姜s殃江d琴i膝s儉t毅r著i休b肌u干t電i罰o稍n基.汪W渠i梁t泥h法展n止o該牧e奇x舊p量e愈r行i班e販n銅c側(cè)e秧s他,賞嘴i諒t憑控i袖s儀售t發(fā)h抬e橫師f你i辯r巧s規(guī)t扛衣t層i牧m倚e伸任o駝f或江t餓h糞e蛾沙o取n互e愛(ài)-右w冤a虎y允碗d唇i懸a升g澇o堵n煉a董l誠(chéng)澡b閥a躁r拾浙i幣n沾旱t似h研e拌貓t時(shí)r畝u侍s臣s使量p蒜u猜t結(jié)t里i俊n玉g緒搜i殼n啦t鉛o椒得u鈔s偽e真.砍與T黎h吹e叮湯c騎h池a規(guī)n危g學(xué)e艇s疼筑o潑f烤貫s單t己r嫩e露s擠s總蝶o梢f毫勞a合姐p咱a漿r粒t眉鑼c儀a椒u董s鍋e收d愚展b絨y黃比t王h標(biāo)e待茫t暗e午n徹s暢i芬o籠n砌怒o雁f著引t療h允e駐淡s口t纖e春e狀l劣返b沃a掏r雪婚w縣i悟l厚l士抹l桶e寄a丸d完暈t多o卸慨t冰h善e藝明s本t砌r勝e踩s矛s取天r萄e軟d做i戒s獎(jiǎng)t淋r胃i壞b謊u異t沫i語(yǔ)o鉤n摘墓o歡f素兩t慶h綿e博爽w院h先o賤l害e個(gè)綠r塑o標(biāo)o瞎f烘.歡飄H暮o沖w濫擔(dān)t吵o背敗h騾o興i備s茂t武授t知h渴e鳴躺t誓r替u濁s器s鉗叛a(bǔ)倚n首d替壞s窩e喬t翠t逗l鹿e幕旨i這t營(yíng)?耕H炮o嗎w翠補(bǔ)t渠o妨且c煮h亡o弦o坊s峰e(cuò)六凈a客乳r書(shū)e揚(yáng)a導(dǎo)s輸o砌n登a劑b沸l(wèi)寬e掘科i嘗n蘭s撥t訊a逗l項(xiàng)l性a巖t柄i嗎o轎n包帽p廟l電a貨n華躬a皇n謝d毒以o惰r湯d冶e霧r有邀t腿h圓e白遙t謠e記n星s搏i脅o樣n謙討o塑f游唉s抖t聽(tīng)e油e未l寸撓b粗a才r追s屋濁s啊o趟影a敏s檢駐t祖o駁陰c允o佳n謙t膽r碌o刻l聞臺(tái)t向h場(chǎng)e烏貨f化o口r晴c謹(jǐn)e膨忌s球y泛s仙t袍e磚m康虎o邀f暗貨t敘h慘e慰休w角h跟o造l子e舌肺r垂o掉o夠f尊?諒H膛o灶w稠惡t艇o英殼e按n炊s匙u(yù)檔r東e劇朋t蠢h醬e束田w吧h播o渴l白e柜伯s躬t童r共u芝c孤t野u采r齡e后’述s騙癢s圍t找a蹤b愛(ài)i蕩l核i勸t種y洗信a項(xiàng)n尖d冶程a石c打c眠u躁r千a箏c刃y過(guò)暑d葡u靠r難i止n耐g陽(yáng)矛i挽n出s爛t辛a瞇l純l因a瑞t縮i裕o嫌n旺?魚(yú)H襯o鉗w叨賠t柿o創(chuàng)莫c穗o清n薦t徑r弓o蔬l帝穴t蝦h郊e姓潮t絮o蜘t酷a分l蘆叨c腸o呆s拳t哥?蓋T柏h異e少葉s規(guī)t稠u掛d布i研e紹s介片o復(fù)n伏婚t牧h贈(zèng)e院s晴e封掀p尾r汁o股b豎l廊e選m美s遣顆a峰r艙e尤辰s鈴i劃g采n穩(wěn)i滅f濾i榨c叮a猜n左t豆京f浩o恰r密德c農(nóng)o緩n腸s債t邀r撲u柜c宜t小i忽o棵n昆遷o許f逃序t貫h因e救急s英a殺m單e未訂k宴i知n持d鑄趴s耳t系r錯(cuò)u止c加t出u殿r砌e肺妨i浩n笨叢t界h德e顛添f樂(lè)u獨(dú)t片u督r蔥e答.Keywords:Steeltruss;One-waydiagonalbar;Tensionofabar;Temporarycrossingbraces;Stressredistribution近年來(lái)鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)采用新理論、新技術(shù)和采用新結(jié)構(gòu)、新材料與新工藝后，其建筑設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平和鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品水平均明顯提高。但鋼桁架中的單向斜拉桿在國(guó)內(nèi)尚屬首次采用，對(duì)鋼桁架在吊裝過(guò)程中的應(yīng)力變化和對(duì)鋼桁架應(yīng)采取的臨時(shí)穩(wěn)定措施未進(jìn)行相關(guān)研究和探討；與此同時(shí)，單向鋼拉桿在鋼桁架中的張拉工藝和順序的確定也未有很好的分析?；谏鲜鲈?，本文對(duì)帶單向斜拉桿的大跨度鋼桁架在吊裝中的施工模擬計(jì)算、臨時(shí)穩(wěn)定措施的設(shè)置和鋼拉桿張拉施工等進(jìn)行了計(jì)算與分析，并形成了較好的經(jīng)濟(jì)效益和科技成果，對(duì)未來(lái)類(lèi)似鋼桁架施工的收稿日期：2011-8-28；作者簡(jiǎn)介：何輝（1981-）男，本科學(xué)歷，中建鋼構(gòu)有限公司工程師，廣東省深圳市福田區(qū)車(chē)公廟泰然八路水松大廈17層，郵編：518040，電話mail：HYPERLINK"mailto:hepublic@163.com"hepublic@163.com"hepublic@163.com工程將起到較好的參考和借鑒作用，具有很好的現(xiàn)實(shí)意義。縱觀國(guó)內(nèi)已建成的各大型場(chǎng)館及我公司所做工程中，類(lèi)似本工程的屋蓋帶單向斜拉桿的三角桁架結(jié)構(gòu)還是首次，無(wú)相似結(jié)構(gòu)的安裝技術(shù)，我們將充分運(yùn)用公司的施工技術(shù)實(shí)力，項(xiàng)目技術(shù)人員努力攻關(guān)，爭(zhēng)取在本項(xiàng)目中積累相關(guān)工程的經(jīng)驗(yàn)，為以后類(lèi)似工程施工提供經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)。1工程概況本工程鋼結(jié)構(gòu)屋蓋采用的是馬鞍型車(chē)輻式結(jié)構(gòu)，大屋蓋直徑約為160m，小屋蓋為支撐于大屋蓋直徑30m內(nèi)環(huán)上的圓形平屋蓋，外沿直徑為42m，呈馬鞍型外環(huán)的異形空間曲面。外環(huán)的28根環(huán)向布置的落地V形柱和支撐于大屋蓋上（沿直徑119.76～128.22m近似橢圓上均勻布置）的28根斜柱共同支承屋蓋。外環(huán)V形柱為直徑610mm的圓鋼管柱，長(zhǎng)度為22m~31.5m；內(nèi)環(huán)斜柱為直徑299mm的圓鋼管柱，最大長(zhǎng)度不超過(guò)6m，內(nèi)環(huán)柱以?xún)?nèi)大屋蓋最大跨度為128.22m，大屋蓋最大單榀桁架水平長(zhǎng)度約為49m，重量約35噸。桁架高度為0~10m，桁架弦桿均為焊接箱形或類(lèi)箱形截面，壁板最大厚度為50mm，局部變高，變厚；桁架直腹桿為圓鋼管截面；斜腹桿為高強(qiáng)鋼拉桿。馬道結(jié)構(gòu)通過(guò)方管拉桿與結(jié)構(gòu)主桿件剛性連接，共4榀。鋼結(jié)構(gòu)主要材料為圓鋼管和箱型梁，材質(zhì)為Q345B、Q390C、Q390C-Z15及45#鍛造件，鋼結(jié)構(gòu)總重量約4266t。圖1鋼屋蓋整體效果圖Fig.1Therenderingpictureofthesteelroof圖2帶單向斜拉桿的鋼桁架效果圖Fig.2Therenderingpictureofsteeltrusswithone-waydiagonalbar2鋼桁架臨時(shí)支撐設(shè)計(jì)與驗(yàn)算2.1鋼桁架臨時(shí)支撐設(shè)計(jì)由于鋼桁架跨度大，且斜腹桿只可受拉不可受壓。經(jīng)計(jì)算，在起吊過(guò)程中，部分斜拉桿會(huì)產(chǎn)生軸向壓力，因此需設(shè)置臨時(shí)剛性支撐。當(dāng)鋼桁架吊裝完成后，與相鄰構(gòu)件完成對(duì)接焊及其內(nèi)部斜腹桿產(chǎn)生拉力后方可拆除。其設(shè)置示意圖見(jiàn)下圖3鋼桁架臨時(shí)支撐設(shè)置示意圖Fig.3Thesettleoftemporarybrace2.2鋼桁架臨時(shí)撐桿驗(yàn)算采用槽14a作為臨時(shí)支撐，雙邊設(shè)置，同時(shí)雙邊之間亦用槽14a連接（其間距不大于2米），以減少臨時(shí)支撐的長(zhǎng)細(xì)比來(lái)提高其整體穩(wěn)定性。得出桁架本身及臨時(shí)支撐的應(yīng)力比均小于1，滿足要求。采用MIDAS有限元計(jì)算分析軟件對(duì)設(shè)置的吊點(diǎn)進(jìn)行吊裝過(guò)程分析，計(jì)算結(jié)果如下：圖4結(jié)構(gòu)變形矢量和（mm）Fig.4Thesumdeformationofthestructure圖5結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布云圖（N/mm2）Fig.5Thestressdistributionofthestructure根據(jù)計(jì)算結(jié)果表明，設(shè)置此形式的吊點(diǎn)，吊裝過(guò)程中吊裝單元結(jié)構(gòu)最大變形為6.460mm<L/400(L為桁架跨度），最大應(yīng)力為66.29N/mm2＜310N/mm2，符合規(guī)范要求。2.3鋼桁架鋼絲繩驗(yàn)算（1）鋼桁架吊點(diǎn)設(shè)置鋼桁架+GZ2吊裝單元長(zhǎng)約49m，重心約在離GZ2一端2/3處。設(shè)置4個(gè)吊點(diǎn)；吊點(diǎn)位置設(shè)在直腹桿與上弦桿交接處的節(jié)點(diǎn)上，采用綁扎的方式起吊。吊點(diǎn)設(shè)置示意圖如下：圖6鋼桁架吊點(diǎn)設(shè)置示意圖Fig.6Thesettleofhoistingpointofthesteeltruss（2）鋼桁架吊繩驗(yàn)算鋼絲繩選用6×37+1型號(hào)，公稱(chēng)抗拉強(qiáng)度為1670MPa的鋼絲繩。最不利鋼絲繩受力大小為：360/4cos30o=103.92N，依據(jù)<<建筑施工計(jì)算手冊(cè)>>（13.1.1吊繩計(jì)算)。鋼絲繩容許拉力計(jì)算:鋼絲繩容許拉力可按下式計(jì)算:[Fg]=αFg/K其中:[Fg]──鋼絲繩的容許拉力(kN)；Fg──鋼絲繩的鋼絲破斷拉力總和(kN),取Fg=104kN；考慮鋼絲繩之間荷載不均勻系數(shù)，α=0.82；K──鋼絲繩使用安全系數(shù)，取K=5；經(jīng)計(jì)算得Fg=[Fg]K/α=634.14KN選擇6×37+1，公稱(chēng)抗拉強(qiáng)度為1700MPa，直徑為32.5mm的鋼絲繩，鋼絲繩的鋼絲破斷拉力為Pp=666.50kN>634.14kN故選擇鋼絲繩為6×37+1，公稱(chēng)抗拉強(qiáng)度為1700MPa，直徑為32.5mm的鋼絲繩。3鋼桁架吊裝的工況分析鋼桁架總拼后單片重量最重為35噸，經(jīng)分析采用1臺(tái)600噸履帶吊，塔式超起工況，主臂長(zhǎng)為66米，副臂長(zhǎng)72米，吊裝半徑為75米時(shí)可吊裝53.8噸，滿足施工要求，其工況分析圖見(jiàn)下所示圖7鋼桁架吊裝最不利工況分析圖Fig.7Theperformanceanalysisofthehoistingofsteeltruss4鋼桁架施工4.1鋼桁架地面拼裝拼裝鋼桁架直腹桿、斜腹桿、斜撐及GZ2，同時(shí)完成所有對(duì)接口固定，地面拼裝圖見(jiàn)下所示圖8鋼桁架地面拼裝示意圖Fig.8Theassemblingofsteeltrussontheground4.2鋼桁架安裝①安裝第一榀主桁架臨時(shí)側(cè)向穩(wěn)定支撐；②600t履帶吊將拼裝單元吊離拼裝胎架，平放在平整的地面上；③將吊裝用鋼絲繩與吊耳綁扎牢固，調(diào)整好鋼絲繩角度；④在桁架兩端掛好溜繩，同時(shí)掛好纜風(fēng)繩；圖9纜風(fēng)繩與吊裝繩索綁扎示意圖Fig.9Thebindingoftheropes⑤履帶吊緩慢起鉤，先將拼裝單元翻身直立，然后起吊至安裝位置，過(guò)程中安排兩人拉動(dòng)繩索，調(diào)整拼裝單元在空中的方向，防止碰撞；⑥先測(cè)量定位主桁架與內(nèi)環(huán)桁架相接的一端，并用臨時(shí)連接耳板固定；⑦通過(guò)拉動(dòng)手動(dòng)葫蘆，使帶GZ2的一端緩慢下降，并調(diào)至與GZ2柱腳埋件對(duì)齊；⑧測(cè)量校正后將GZ2與其埋件臨時(shí)焊牢，并將GZ2兩側(cè)臨時(shí)撐桿焊牢，同時(shí)拉設(shè)纜風(fēng)繩；⑨先松鉤，測(cè)量復(fù)核無(wú)誤后解鉤。鋼桁架吊裝示意圖見(jiàn)下圖所示：圖10鋼桁架吊裝示意圖Fig10Thesketchofthehoistingofsteeltruss5結(jié)束語(yǔ)采用單向斜拉桿構(gòu)成穩(wěn)定受力體系的大跨度三角桁架同網(wǎng)架比，桿件較少，節(jié)點(diǎn)美觀，可以建造出各種體態(tài)輕盈、造型獨(dú)特的大跨度結(jié)構(gòu)，在公共民用建筑中，尤其是在大型會(huì)展和體育場(chǎng)館建設(shè)中，有著廣泛推廣應(yīng)用的發(fā)展前景。在保證安裝過(guò)程安全性的前提下，既要保證空間桁架體系整體安裝的質(zhì)量精度，又要盡可能的加快安裝速度，對(duì)以上問(wèn)題進(jìn)行綜合性研究探討，對(duì)今后本類(lèi)型結(jié)構(gòu)的施工具有重要意義。參考文獻(xiàn)[1]GB50017-2003.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國(guó)計(jì)劃出版社,2003[2]GB50205—2001.鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2001.[3]JGJ81—2002.建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002.[4]GB50026—2007.工程測(cè)量規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2007.論文題目帶單向斜拉桿的大跨度鋼桁架