青島溫泉國際博覽中心大跨空間鋼結構施工分析

季 文 李鑫奎

1. 上海建工集團海外事業部 上海 200032； 2. 上海建工集團工程研究總院 上海 201114

1 工程概況

青島溫泉國際博覽中心由10 個標準展館、2 個登錄大廳和1 個多功能廳組成，本單位承擔其中2 個標準展館和1 個北登錄大廳的施工（圖1）。標準展廳長寬為70.5 m×171.7 m，高度為17.8 m，鋼屋蓋為管桁架，管桁架跨度為68.3 m，桁架最高處為4.9 m。北登錄大廳為長彎形，長寬為36.2 m×160.3 m，高度為20.18 m，鋼屋蓋為長度52.8 m的管桁架，跨度27.8 m，懸挑15 m。

圖1 工程結構示意

2 施工現場概況及總體施工路線

2.1 現場概況

標準展廳鋼結構吊裝施工期間，四周結構柱已經完成，兩側附房剛開始施工，展館中間電纜溝即將開挖施工，隨后混凝土地面施工。

2.2 標準展廳總體施工路線

展廳沒有采用支撐分段吊裝施工的條件。通過研究分析，標準展廳采用整體吊裝方案較為適合。整榀桁架采用雙機抬吊方式進行吊裝，履帶吊自一端開始吊裝，然后逐步后退，最后從另一側附房側面預留空間處退出（圖2）。

圖2 標準展廳整體吊裝流程示意

2.3 北登錄廳總體施工路線

北登錄廳鋼結構吊裝期間施工室內電纜溝以及混凝土地坪，但由于Y形柱的存在可作為支撐進行分段吊裝。桁架吊裝時采用單機吊裝，先吊裝主柱與Y形柱之間桁架，然后再拼裝Y形柱外側部分（外側需要支設臨時支撐進行固定）。

3 標準展廳吊裝分析[1-5]

3.1 屋蓋桁架整體吊裝分析

吊裝前需要對整榀桁架進行吊裝驗算，通過仿真計算分析確定吊裝是否安全可靠，是否需要采取其他措施。

本工程的工況分析采用通用有限元分析設計軟件MIDAS/Gen，計算時考慮構件自重、起吊沖擊，計算采用梁單元進行模擬，約束采用約束吊點處豎向位移，同時約束其中一個吊點的其他2 個方向線位移。計算結果如圖3所示。

圖3 整榀橇架吊裝計算結果

由計算結果可知，桁架吊裝過程中豎向位移為（Dz）50 mm，最大變形發生在跨中位置。平面外變形（Dx）0.4 mm，最大變形發生在跨中1/4、3/4位置。構件最大拉應力為36 MPa，最大壓應力為－47 MPa，分析可知，雙機抬吊不會造成桁架平面外失穩，吊裝過程中桁架自身變形和受力均滿足規范要求。

3.2 標準展廳端頭懸挑桁架吊裝分析

標準展館端部懸挑桁架上部與主桁架交叉，下部與懸挑鋼梁相連，形成了懸挑鋼梁、端部懸挑桁架、鋼管主桁架三者共同的受力體系（圖4）。

圖4 標準展館端部結構示意

由上圖分析可知：（a）種結構鋼桁架上部外伸較短對下部懸挑鋼梁和主桁架影響較小。（b）種結構對懸挑鋼梁和主桁架影響較大，如施工工藝不合理容易造成主桁架受到較大上挑力，懸挑鋼梁受到向下壓力，這對主桁架和懸挑鋼梁的安全及懸挑鋼梁處標高控制極為不利。

通過采用有限元仿真計算得到以下結果（圖5、圖6）。由圖5、圖6可知，主桁架吊裝后跨中最大撓度為50.5 mm。端部懸挑桁架施工完成后主桁架跨中最大撓度變為24.6 mm，一層懸臂鋼梁最大撓度為12 mm，由此可見端部桁架對主桁架標高變化影響達25 mm。

由應力云圖計算結果可知結構應力分布于80～－90 MPa之間，遠小于材料容許應力，吊裝施工結構處于安全狀態。

圖5 端橋架變形

圖6 端橋架應力

綜上，端桁架對主桁架變形影響較大，主桁架進行預變形時應充分考慮端桁架的影響，同時端桁架的1層懸挑段在進行標高定位時，也應該考慮端桁架變形對懸挑部分變形的影響。

4 北登錄廳吊裝施工分析

北登錄廳鋼結構施工難點主要在于懸挑區域施工及施工過程中V形鋼柱的穩定性及精準度，因此施工前需要對吊裝過程進行全面模擬分析。北登錄廳由于外側混凝土柱剛度較大對計算結果影響較小，故建模過程中以約束代替混凝土柱。由建模結果可知，V形鋼柱右側端頭位移最大Dy達到19.3 mm，由于鋼管桁架桿件拼裝精度極為關鍵，相貫線是否標準直接影響結構的受力，因此柱頭出現向內19.3 mm的位移應予以充分考慮，即右端V形鋼柱安裝時應予以預先偏移，待V形鋼柱安裝完成后其柱頭位置與設計相符。

5 結語

通過分析，解決了標準展廳、北登錄廳施工過程中遇到的各種復雜難題。有限元仿真分析的應用，是本工程成功的另一個關鍵，全過程的仿真計算，明確了各施工階段結構的受力狀態，對工程技術人員提前預知結構受力提供了條件。精準的預變形計算為后續鋼桁架連接，屋面系統施工提供了有力條件。