大跨鋼結(jié)構(gòu)施工方案選擇

大跨鋼結(jié)構(gòu)施工方案選擇

1整體屋蓋結(jié)構(gòu)施工方案確定上海新國(guó)際博覽會(huì)的中心框架是由中華人民共和國(guó)的發(fā)明和建造的空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)而成的?；境惺軉卧獮榭缭?2m和4m的空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，沿縱向分為17個(gè)正方形和18個(gè)橫截面。結(jié)構(gòu)高度0～6m,寬度11.476m,單榀網(wǎng)桁架總重約966kN。各榀網(wǎng)桁架之間通過(guò)側(cè)弦節(jié)點(diǎn)連接組成整體屋蓋。單榀結(jié)構(gòu)示意見圖1、圖2和圖3。根據(jù)施工場(chǎng)地和起重設(shè)備等具體條件,施工中確定采用分塊起吊、空中有支架拼裝,待整個(gè)屋蓋拼裝完畢后整體分區(qū)分級(jí)卸落支架的方案。由于施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)的受力完全不同于結(jié)構(gòu)正常使用時(shí)的受力,對(duì)大跨結(jié)構(gòu)而言,施工狀態(tài)往往是結(jié)構(gòu)最不利受力狀態(tài)。為保證施工的安全進(jìn)行,必須事先確定起吊單元(拼裝單元)的劃分、支承點(diǎn)的分布及其形式、支架卸落的卸載分級(jí),以保證結(jié)構(gòu)受力的安全和施工的可行。在理論分析的基礎(chǔ)上,本文確定了以兩個(gè)節(jié)間拼裝為1個(gè)起吊單元,起吊單元就位后在菱形兩端的側(cè)節(jié)點(diǎn)用千斤頂進(jìn)行支承的方案,給出了支架卸落的卸載分級(jí),并分析了整個(gè)施工方案的可靠性。上海新國(guó)際博覽中心屋蓋已按本文方案順利施工完畢。2承載體支撐點(diǎn)布置根據(jù)場(chǎng)地情況、起重設(shè)備能力和進(jìn)度需要,確定以每?jī)晒?jié)間(3片菱形)為一個(gè)起吊單元,吊索與水平面夾角約為60°,在兩端兩片菱形的側(cè)弦節(jié)點(diǎn)上設(shè)置4個(gè)起吊點(diǎn)。共分為5個(gè)單元,兩側(cè)兩個(gè)菱形單獨(dú)起吊,起吊單元?jiǎng)澐秩鐖D3所示。單元起吊至設(shè)計(jì)位置后,放置在施工支架上,各單元就位完畢后安裝單元間的上、下弦桿和側(cè)弦桿?？紤]支架卸落的要求,支點(diǎn)采用千斤頂支承于支架上。單個(gè)千斤頂承載力150kN,行程15cm。關(guān)于單元在支架上的支承點(diǎn)布置,考慮了對(duì)各單元端部菱形2、3、4三點(diǎn)支承方案和2、4兩點(diǎn)支承方案(見圖3)。前者為超靜定支承,從理論角度分析,支點(diǎn)受力均勻且各支點(diǎn)受力小,但實(shí)際施工中因傳力不明確,難以保證三點(diǎn)同步受力,支架剛度不均勻或其它偶然偏差因素容易導(dǎo)致三點(diǎn)中的一點(diǎn)騰空,若側(cè)弦支點(diǎn)(2、4點(diǎn)中的一點(diǎn))騰空則對(duì)拉桿(施工中的薄弱部位)極為不利。某單位在施工中采用了該支承方式,發(fā)生了拉桿斷裂事故,也從事實(shí)上說(shuō)明了該方案的風(fēng)險(xiǎn)性。后者為靜定支承,傳力明確,對(duì)施工偶然偏差的承受力強(qiáng),且支承所需千斤頂少,后續(xù)工序支架的卸落也便捷。分析后確定采用兩點(diǎn)支承方案。為確保單元?jiǎng)澐趾椭С性O(shè)置的合理性,起吊和就位時(shí)受力、變形安全可靠,用SAP84程序?qū)ζ鸬鹾途臀贿^(guò)程進(jìn)行了模擬分析。在受力分析中,節(jié)點(diǎn)按剛接處理,拉桿按柔性處理(不可受壓),結(jié)構(gòu)受力以自重為主,根據(jù)實(shí)際情況按均布線荷載處理,鑄鋼節(jié)點(diǎn)重量按節(jié)點(diǎn)集中荷載處理,自重考慮荷載分項(xiàng)系數(shù)1.2,起吊與就位過(guò)程考慮動(dòng)力系數(shù)1.3。經(jīng)對(duì)逐個(gè)單元起吊和就位全過(guò)程分析發(fā)現(xiàn),起吊中拉桿受力不超過(guò)其承載力的50%,就位時(shí)不超過(guò)70%,弦桿受力更小,證明單元?jiǎng)澐址绞胶蛢牲c(diǎn)支承方案是安全的。由具體施工中的監(jiān)測(cè)可見,實(shí)際情況與預(yù)期吻合。根據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)形狀,推算出各節(jié)點(diǎn)原始狀態(tài)下的標(biāo)高。各單元就位時(shí),通過(guò)千斤頂調(diào)整節(jié)點(diǎn)標(biāo)高,保證結(jié)構(gòu)外觀與設(shè)計(jì)相符。分析發(fā)現(xiàn),沖擊對(duì)結(jié)構(gòu)受力有較大影響,要求起吊、就位中盡可能保持平穩(wěn)。3施工過(guò)程中支架與受力安全關(guān)系結(jié)構(gòu)總裝后比單元吊裝完畢增加了單元間的弦桿和斜腹桿以及兩端部分,結(jié)構(gòu)的空間受力體系也已形成,膜支架和天溝等非結(jié)構(gòu)件也需安裝,是一種獨(dú)立的工況。運(yùn)用SAP84程序?qū)傃b后的受力進(jìn)行了分析,大致情況為:拉桿最大拉力不超過(guò)承載力的76%,上弦桿、下弦桿、側(cè)弦桿和斜腹桿的軸力分別不超過(guò)其承載力的4%、3%、4%和2%,菱形平面內(nèi)上弦桿和下弦桿的軸力分別不超過(guò)其承載力的6.5%和6%,千斤頂最大支承反力為58kN(綜合考慮支架承載力,認(rèn)定千斤頂受力不得超過(guò)65kN)?？梢娫诮Y(jié)構(gòu)總裝后,由于多點(diǎn)支承,結(jié)構(gòu)受力遠(yuǎn)比正常使用時(shí)為小,同時(shí)可知拉桿此時(shí)受力是不利的?？傮w來(lái)講,結(jié)構(gòu)總裝是安全的。待各榀桁架裝配完工后,對(duì)整個(gè)屋蓋同步分區(qū)分級(jí)卸支架。支架卸落是整個(gè)施工過(guò)程中最關(guān)鍵的一步,既需考慮結(jié)構(gòu)的受力安全,變形滿足要求,又要保證支點(diǎn)和支架受力安全。支架卸落方案合理與否直接影響進(jìn)度和施工費(fèi)用,也直接關(guān)系到施工安全。根據(jù)施工條件,考慮施工人員安排的可行性,每次同步對(duì)各榀桁架的一對(duì)支撐卸載,支撐卸載由中間向兩邊逐次進(jìn)行,卸載采用位移控制。本工程施工支承卸載遵循的原則是:保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力安全;考慮千斤頂和施工支架的承受能力,控制支撐(千斤頂)受力不超過(guò)65kN;為保證安全,防止千斤頂騰空,卸載過(guò)程中控制每個(gè)千斤頂承壓力不小于10kN;基本保證卸載過(guò)程中的變形協(xié)調(diào)。由于結(jié)構(gòu)體系自身的特點(diǎn),其本身拆除支撐后在水平面內(nèi)兩個(gè)方向上是無(wú)約束的,如不考慮兩個(gè)桁架之間側(cè)弦節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)約束,桁架亦可繞縱軸轉(zhuǎn)動(dòng)。施工時(shí)不能忽視這個(gè)問(wèn)題,故要求在相應(yīng)的設(shè)計(jì)支撐體系可靠發(fā)揮作用之后才能卸載。根據(jù)上述卸載原則,經(jīng)反復(fù)試算和調(diào)整,確定卸載共分20輪,由中間向兩邊交叉對(duì)每處支撐卸載。整個(gè)卸載過(guò)程分兩階段,前11輪為第一階段,后9輪為第二階段。前11輪每輪卸載分10次,之后拆除10處支撐中的4處。后9輪每輪卸載分6次,之后拆除剩余支撐。之后拆除支架,結(jié)構(gòu)安裝完成?？紤]到結(jié)構(gòu)各構(gòu)件是逐步裝配完成的,為先使支座及節(jié)點(diǎn)結(jié)合密實(shí)并使各構(gòu)件同步受力,第一次卸載步長(zhǎng)宜小些,以后按實(shí)際受力確定合適的卸載步長(zhǎng)。為施工簡(jiǎn)便,在滿足各約束條件的情況下使各次卸載步長(zhǎng)盡可能大。用計(jì)算機(jī)模擬了20輪164次卸載結(jié)構(gòu)和支承的受力、變形發(fā)展過(guò)程。計(jì)算分析可知,結(jié)構(gòu)各桿件受力是安全的。限于篇幅,各構(gòu)件的內(nèi)力變化具體數(shù)據(jù)從略。卸載過(guò)程中千斤頂?shù)氖芰ψ兓姳?(由于對(duì)稱,只給出左半邊),最大受力為59kN,能滿足施工要求。計(jì)劃的卸載位移分級(jí)見圖4。施工中對(duì)各支點(diǎn)位移進(jìn)行了監(jiān)控,實(shí)測(cè)的位移變化見圖5。比較可見,計(jì)算與實(shí)測(cè)情況比較吻合,理論計(jì)算為實(shí)際施工提供了良好的依據(jù)。4現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)與理論分析的對(duì)比對(duì)大型鋼結(jié)構(gòu)施工,其施工工況往往為最不利工況之一,施工方案的選用必須經(jīng)過(guò)慎重的分析。本文經(jīng)全面分析和計(jì)算機(jī)模擬,確定了上海新國(guó)際博覽中心網(wǎng)桁架