異型網架結構分次提升和拼裝技術

2015-03-12 01:43:37張志宇饒翔樊警雷

中國建筑金屬結構 2015年8期

張志宇饒翔樊警雷

異型網架結構分次提升和拼裝技術

張志宇饒翔樊警雷

【摘要】中國博覽會會展綜合體其主出入口部分是異型空間網架結構，為了解決拼裝及空間定位的準確性，采用了分段提升、拼裝的辦法安裝到位。由于異型空間網架復雜，本文對網架由于自重產生的位移、以及不同步提升對結構的影響進行了計算，解決了對接拼裝的準確性。為今后類似異型網架結構的提升提供了良好的參考。

【關鍵詞】異型空間網架；提升偏移；分段提升；分段拼裝

1.工程概述

中國博覽會會展綜合體（以下簡稱國家會展）位于上海市青浦區，總建筑面積600000平米，鋼結構總量30000噸。其主結構分為A、B、C、D四個場館，與之對應的出入口分別為F1、F2、F3、G，結構布局如下圖1.1所示。

G區為全展館的主出入口，該區采用多柱點支撐焊接球三層網架結構形式。G區屋蓋網架2/G-M軸至1/G-Q軸為正交正放四角錐，2/G-M軸至3/G-K軸為正交斜放四角錐，四周懸挑部分為三角錐。主要網格單元尺寸為3.15m×3.12m。網架長127.7m，寬47.1m~152.2m，建筑面積9170m2，頂標高范圍+32.100m~+34.685m。 G區網架立面圖如圖1.2所示，俯視圖如圖1.3所示。

2.施工方案

由于G區網架下部空間場地不足，G區網架采取在地面拼裝成型后，而后再提升到結構標高的施工方法。將網架分為兩個部分在+7.950m及+16.000m樓面同時進行拼裝，其中+16.000m樓面中間空洞部分需搭接額外的鋼支撐平臺。+7.950m標高網架拼裝完成后，提升至+16.000m標高，兩塊拼網架空中對拼施工，對拼完成后再次整體提升網架到結構標高位置。網架提升完成后嵌補柱頂桿件、卸載并拆除提升裝置，網架施工完成。提升采用穿心式液壓千斤頂，單個提升力為100t。選取32根柱子中的18根柱作為提升柱（第一次提升16根，第二次提升18根），每個提升柱設置2個千斤頂[1]。網架施工，以及網架提升示意圖如圖2.1，圖2.2所示。

3.工程難點

1.第一次僅提升+7.950m平臺上的網架，質量分布很不均勻，提升過程中會發生較大大偏移。怎樣定位+16.000m平臺上對接處的桿件位置，保證下部網架在提升偏移后仍能準確對接。

2.兩處網架對拼完成后，會導致整體網架的重心重分布，產生二次偏移，在提升至結構標高時，應對這樣的位移變化在提升時做怎樣的考慮使得結構準確到達安裝位置。

3.根據《空間網格結構技術規程》JGJ7-2010需要對提升過程中不同步的影響進行驗算[2]。

4.結構計算

本次提升荷載為930t，其中鋼結構自重580t，附帶屋面其他結構合計350t。工作風載按照8級風計算，場地類別B類，考慮X、Y方向風荷載對結構的影響。采用通用有限元軟件SAP2000對結構進行分析。

4.1 第一次提升計算

提升點編號以及計算模型如下圖4.1.1、4.1.2所示。

只考慮結構自重的工況。此時結構所產生的位移為自重荷載條件下質心、形心不重合引起的偏移。取與+16.000m平臺對拼處周邊的47個特征點進行觀察，具體的計算結果如下表4.1.1所示。

根據特征點所反映出的位移變化情況，可知在網架的拼接處發生了X、Y方向的偏移。X方向所產生的位移基本呈現正負對稱的趨勢范圍在 -1.0mm~+1.0mm之間，由于網架是沿Y軸對稱的，重心在Y軸線上，因此X方向上的位移并非是結構重心、形心不重合引起的位移，屬于結構在自身荷載作用下引起的變形。X方向位移變化在1mm以內，在具體施工中可以通過牽引及其他方式使得結構完成對拼。Y方向上產生的位移即為網架重心、形心不重合引起的位移[3]。圖中所示，Y向偏移值在6.5mm~8.5mm之間。此位移值超出了人工能夠改變的位移范圍，若強行改變易使結構產生初始缺陷，使其在拼接處產生初始應力，改變了初始結構的受力狀態。施工過程中，考慮位移的變化對網架拼接的影響。在拼裝網架定位+16.000m平臺最內側連接處的焊接球坐標時，統一向Y方向偏移7.5mm以消除第一次網架提升給網架對拼造成的影響，剩下的差值根據現場情況做適當措施完成拼接。

由《空間網格結構技術規程》JGJ7-2010 6.7.3中規定當采用穿心式液壓千斤頂時，相鄰兩個提升點的允許高差值，應為相鄰點距離的1/400，且不應大于15mm；最高點與最低點允許高差值應為50mm。因此對結構的第一次提升的不同步荷載工況影響進行驗算，由于提升時結構是按20%設計荷載每級分級加載，因此不同步荷載對結構的影響驗算分為8個工況。其中TSD7在提升過程中受力最大，采用豎向位移增大25mm的加載形式代替力加載為工況6。以外TSD2~9、7個提升點均按荷載值增加20%計算不同步影響。經驗算結構應力，工況6滿足要求，其余工況引起的不同步位移結果如下表4.1.1所示。

表4.1.1 各不同步工況豎向位移變化（mm）

由以上計算結果可知第一次網架提升在各不同步工況影響下，相鄰兩點的最大高差值為9.8mm<15mm，最高點最低點的高差值也同樣滿足規范要求。

4.2 第二次提升計算

提升點編號，以及計算模型如圖4.2.1、4.2.2所示。

兩處平臺的網架對拼完成之后提升網架至設計標高，即網架的第二次提升。此時兩塊網架已經形成了一個整體，相對第一次提升的網架，結構重心的位置又有了新的變化。整體結構會產生二次偏移，為了方便側向位移的對比，對第一次選定的47個特征點的位移變化進行統計結果如下表4.2.1、4.2.2所示。

由圖中數據可知網架整體拼裝完成后X方向所產生的位移在 -1.5mm~+1.5mm之間，與第一次提升相同此時X方向的位移是結構在自身荷載作用下引起的變形。Y方向上的位移在-3.0mm~0mm之間是結構的最終的位移偏差。結構的二次位移在X方向相對位移范圍-2.0mm~+2.0mm，Y方向相對位移范圍6.0mm~11.0mm，即結構在拼裝過程中Y方向會發生較大的位移。考慮到網架是沿Y軸線對稱的，因此X方向質量同時對稱變化對Y方向的位移影響較小。因此在空間對拼施工過程中，采用由前向后的推進方式對拼兩處的網架。遵循X方向桿件對拼完全沿Y軸線對稱的原則兩側同時施工，最后拼接Y方向的桿件。以減緩對拼后網架發生二次位移的速度，能夠使結構在誤差允許的情況下完成空間對拼。施工結果表明按此順序對拼網架能有效的降低對拼過程中網架移位所造成的影響。

同樣根據規范要求，對網架的第二次提升進行不同步荷載工況驗算。TSD1、7由于荷載最大，仍采用位移加載的方式代替力加載，位移增大仍為25mm。經驗算工況1及工況7下結構應力滿足要求，其余荷載工況引起的位移如下表4.2.1所示：