空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)與施工過程模擬分析

徐春蘭 劉變利

(上海滬寧鋼機(jī)有限公司，上海 200021)

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·施工技術(shù)·

空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)與施工過程模擬分析

徐春蘭 劉變利

(上海滬寧鋼機(jī)有限公司，上海 200021)

以新長沙火車站主站房屋蓋鋼結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，介紹了空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的施工方案，通過對(duì)空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)施工全過程的數(shù)值模擬分析，研究了結(jié)構(gòu)在施工過程中構(gòu)件內(nèi)力和節(jié)點(diǎn)位移的變化規(guī)律，為工程施工提供參考。

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)，數(shù)值模擬，吊裝

0 引言

復(fù)雜結(jié)構(gòu)的施工是一個(gè)連續(xù)化的過程，施工順序?qū)Y(jié)構(gòu)的內(nèi)力、變形有很大的影響，通常結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)都不會(huì)考慮累積效應(yīng)，是否考慮累積效應(yīng)的計(jì)算結(jié)果往往有很大的差異。文章根據(jù)新長沙火車站主站房屋蓋網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)，比較分析了結(jié)構(gòu)一次加載和考慮累積效應(yīng)的全過程加載的力學(xué)行為，以保證結(jié)構(gòu)在施工過程中的安全性。

1 工程概況

新長沙火車站工程包括主站房和站臺(tái)雨棚兩個(gè)部分，主站房建筑面積56 989 m2，站臺(tái)雨棚建筑面積49 507.5 m2。主站房鋼結(jié)構(gòu)包含曲面網(wǎng)架與49 m跨張弦梁兩種結(jié)構(gòu)體系，屋面為圓弧形，最高點(diǎn)標(biāo)高39.20 m，最低點(diǎn)標(biāo)高38.95 m，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)支撐在鋼柱及樹形鋼柱上。站臺(tái)雨棚為一單層曲面鋼架結(jié)構(gòu)體系，由箱形和H形鋼構(gòu)件組成。

2 鋼結(jié)構(gòu)整體施工技術(shù)

2.1 施工方案優(yōu)選

從整體來看新長沙火車站主站房鋼結(jié)構(gòu)的安裝非常復(fù)雜，尤其是屋面鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，由于網(wǎng)架覆蓋面積大，整個(gè)網(wǎng)架沿軸線方向呈波浪形，且站房中央地帶存在地鐵地下通道，吊裝機(jī)械布置受到限制，造成構(gòu)件吊裝半徑較大，安裝難度極大。以下介紹了幾種網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的安裝方案并結(jié)合新長沙火車站工程的特點(diǎn)進(jìn)行比較優(yōu)選。

方案一：高空散裝法。高空散裝法是在網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的下方設(shè)置滿堂腳手架支撐，網(wǎng)架的焊接球及網(wǎng)架桿件的安裝均采取單件安裝的方法進(jìn)行。高空散裝法的優(yōu)點(diǎn)主要是構(gòu)件安裝靈活性較高，構(gòu)件吊裝重量較輕，且可同時(shí)大面積施工。針對(duì)新長沙火車站工程屋面網(wǎng)架結(jié)構(gòu)而言，高空散裝法其網(wǎng)架覆蓋面積過大，且網(wǎng)架臨時(shí)支撐架設(shè)置高度太高，工裝用量偏大，同時(shí)，其下部候車廳層鋼桁架結(jié)構(gòu)安裝完成后對(duì)構(gòu)件的吊裝存在較大制約，該種安裝方法顯然是不可取的。

方案二：分塊提升法。分塊提升安裝法是利用網(wǎng)架自身的結(jié)構(gòu)構(gòu)造柱設(shè)置液壓提升裝置，網(wǎng)架在柱間分成塊狀在地面安裝位置拼裝然后整體提升到位。此類方法在單層網(wǎng)架結(jié)構(gòu)安裝中應(yīng)用較為普遍，且可實(shí)施性較好，網(wǎng)架安裝快捷方便，臨時(shí)支撐用量較少。但新長沙火車站工程網(wǎng)架支撐柱局部位置為樹形分肢鋼柱，大部分網(wǎng)架支撐體系采用樹形柱進(jìn)行支撐，而網(wǎng)架柱網(wǎng)間距較大，鋼柱的結(jié)構(gòu)承載能力有限，不能僅利用單柱結(jié)構(gòu)作為提升支撐柱，需設(shè)置臨時(shí)輔助支撐柱進(jìn)行支撐。另外，在樹形柱區(qū)域結(jié)構(gòu)網(wǎng)架受樹形柱結(jié)構(gòu)的影響無法進(jìn)行提升。

方案三：滑移安裝法。滑移安裝法主要采取在網(wǎng)架外側(cè)設(shè)置高空拼裝平臺(tái)，網(wǎng)架在高空平臺(tái)上進(jìn)行分條拼裝，然后采取累積滑移的方法逐條逐片滑移到網(wǎng)架安裝位置。該工程屋面網(wǎng)架縱向方向整體呈波浪形，其縱向方向滑移無法實(shí)現(xiàn)。橫向滑移網(wǎng)架長度較長，達(dá)300多米，滑道設(shè)置數(shù)量較多，滑道支撐架的結(jié)構(gòu)承載能力要求較高，支撐體系重量較重，網(wǎng)架安裝到位后，其下部受高架候車廳層的影響，重型吊機(jī)無法進(jìn)入，臨時(shí)支撐拆除難度較大。

方案四：分條分塊吊裝安裝法。分條分塊吊裝安裝法通過對(duì)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)整體進(jìn)行合理的分條分塊，在網(wǎng)架安裝位置附近進(jìn)行地面拼裝，然后采用大型履帶吊吊裝到位的安裝方法進(jìn)行安裝。該方法結(jié)合了散裝法的靈活性，節(jié)省了大量的網(wǎng)架拼裝平臺(tái)材料及架設(shè)工具，同時(shí)也大大減少了高空焊接工作量，對(duì)工程的施工安全、施工進(jìn)度以及結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定控制都較為有利。

合理的施工方案直接影響到工程的質(zhì)量、工期和安全，通過方案比選、工況分析、經(jīng)濟(jì)對(duì)比等方面，主站房鋼結(jié)構(gòu)選用方案四即“分條分塊安裝法”施工方案。

2.2 施工總體安裝

根據(jù)屋蓋結(jié)構(gòu)的施工吊裝工藝要求與現(xiàn)場施工條件，該工程采用對(duì)稱、分片、分塊(網(wǎng)架分塊單元、鋼架分塊單元、每榀張弦梁單元)的結(jié)構(gòu)施工方案，先分塊、逐次地進(jìn)行分塊單元的吊裝，再進(jìn)行網(wǎng)架嵌補(bǔ)散件的施工；由中間向兩側(cè)，由A軸向Q軸進(jìn)行網(wǎng)架分塊單元和每榀張弦梁單元的吊裝，站臺(tái)柱雨棚與主站房部分同時(shí)進(jìn)行。

主站房鋼屋蓋系統(tǒng)的吊裝工序?yàn)椋喊惭bA-C軸臨時(shí)支撐→B軸樹形柱→A/(11-12)軸網(wǎng)架分塊單元→A-G軸網(wǎng)架分塊單元、C-G軸臨時(shí)支撐→拆除A-C軸臨時(shí)支撐→安裝G-J軸臨時(shí)支撐→G-J軸網(wǎng)架分塊單元、樹形柱、每榀張弦梁單元等，逐區(qū)間推進(jìn)，直至屋面系統(tǒng)吊裝完成，最后拆除J-Q軸臨時(shí)支撐。

3 施工過程數(shù)值模擬分析

為深入了解網(wǎng)架結(jié)構(gòu)在安裝過程中各個(gè)構(gòu)件的響應(yīng)變化，明確考慮累積效應(yīng)的結(jié)構(gòu)施工特性，對(duì)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了考慮累積效應(yīng)的全過程加載與一次加載的對(duì)比分析，以主站房為例，共分23個(gè)施工步進(jìn)行吊裝加載，一次加載方式對(duì)應(yīng)于全過程加載分析的各步加載情形，兩種情況下得到的數(shù)據(jù)見表1，構(gòu)件應(yīng)力分布、應(yīng)力大小、位移、支座反力及其變化等均不相同，前者所得出的最大反力、最大位移比后者的大，后者得出的最大應(yīng)力比前者大，施工全過程加載分析數(shù)據(jù)更能切實(shí)地反映實(shí)際施工過程中各單元的內(nèi)力分布、變形情況。

表1 累積加載與一次加載的施工分析數(shù)據(jù)比較

4 結(jié)語

在施工過程中，結(jié)構(gòu)的施工順序與結(jié)構(gòu)所受應(yīng)力有著密切的關(guān)系，對(duì)復(fù)雜體系的鋼結(jié)構(gòu)必須通過施工模擬確定其施工順序，才能確保施工質(zhì)量和避免施工過程的安全隱患。通過施工全過程分析可以看出，不同部位構(gòu)件、節(jié)點(diǎn)的內(nèi)力變化規(guī)律與一次加載分析完全不同，因此在設(shè)計(jì)中有必要對(duì)整個(gè)施工過程相應(yīng)較大的構(gòu)件進(jìn)行強(qiáng)度、穩(wěn)定性能的驗(yàn)算。

[1] GB 50017—2003,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] GB 50755—2012，鋼結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范[S].

[3] 陳紹蕃，顧 強(qiáng).鋼結(jié)構(gòu)(上冊)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2003.

[4] JGJ 7—2010，空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

The simulation analysis on construction technology and construction process of space truss structure

Xu Chunlan Liu Bianli

(Shanghai Huning Rail Limited Company, Shanghai 200021, China)

Taking the main station houses cover steel structure of new Changsha railway station as the research object, this paper introduced the construction scheme of space truss structure, through the numerical simulation analysis on space truss structure construction process, researched the change law of structural member internal force and node displacement in the structure construction process, provided reference for engineering construction.

space truss structure, steel structure, numerical simulation, hoisting

1009-6825(2016)12-0079-02

2016-02-17

徐春蘭(1977- )，女，工程師； 劉變利(1981- )，女，工程師

TU356

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