簡陽文體傾斜網架鋼屋蓋施工技術

鄧良波，張宏達，吳楚橋，王雪林

浙江精工鋼結構集團有限公司，浙江 紹興 312030

1 工程背景

簡陽文化體育中心4#樓屬于中型乙級館，主要功能為體育館和全民健身館，屋面總高度為42m，運動場上空為四角錐網架，全民健身館上空為桁架。網架鋼管采用Q345B熱軋無縫鋼管，節點為焊接空心球節點。網架最大圓管規格為Φ450mm×16mm，最小圓管規格為Φ76mm×4mm，球節點規格為WSR260mm×8mm～WSR500mm×25mm，網架支座采用成品球鉸彈性支座。體育館外側幕墻構件為矩形管構件，截面尺寸為800mm×200mm×14mm（寬×高×厚），材質為Q345B。

4#樓屋蓋為大跨度焊接球網架結構，最大跨度為64.8m。4#樓鋼結構包括勁性鋼骨柱、屋蓋網架結構、屋蓋桁架結構、幕墻網格結構、鋼梁等。勁性結構分為地下和地上兩部分，地下室部分根據塔吊起重能力進行分段，采用2-1#塔吊（TC6513型）分段吊裝。地上部分勁性柱采用90t汽車吊進行吊裝，分段位置位于鋼梁或牛腿位置往上1.2m。

2 大跨度斜面網架的滑移軌道布設技術

軌道布置在結構桿件節點較強的位置，如支座、桿件節點處等。軌道布置盡量利用原有的結構柱、梁進行架設。滑軌布置數量必須滿足滑移施工狀態結構撓度小于自重狀態下設計狀態結構撓度。4#滑移軌道設置在4a-1軸和4a-10軸的混凝土梁上，滑軌采用16a槽鋼，混凝土梁上沿450mm布置預埋件，槽鋼與預埋件之間通過擋板連接；軌道共設置3條，其中4a-1及4a-10為主動軌，單條長度約75m，4a-5軸為被動短滑軌，軌道長度約17m。

3 滑移拼裝平臺設計

在4a-T～4a-Q軸交4a-1～4a-10軸之間位置搭設拼裝平臺，拼裝平臺尺寸為25m×67m，采用格構式支撐架搭設，支撐架之間采用鋼管桁架連接。平臺底部落于土建結構標高為22.45m的結構層上，局部位置落在二層（標高為5.4m）和看臺結構層上，拼裝平臺示意圖如圖1所示。

圖1 拼裝平臺示意圖

3.1 設計參數

該工程采用通用有限元分析軟件Midas Gen進行拼裝平臺的結構受力驗算。

（1）荷載情況：恒載（D）為支撐架結構自重，自重系數為1.0；集中荷載（L）為網架拼裝下弦球傳遞至平臺的集中荷載。

（2）風荷載：Wx為x方向風荷載，根據荷載規范進行計算；Wy為y方向風荷載，根據荷載規范進行計算。

（3）荷載組合：標準工況為1.0D+1.0L1+0.4Wx；組合工況為1.2D+1.32L1+0.84Wx。

（4）邊界條件：支撐架立桿底部采用鉸接約束模擬，即約束x、y、z三向的水平位移，主次桁架與土建結構相連接的，均按三向鉸接模擬。

（5）截面規格：支撐架平面尺寸為1.5m×1.5m，支撐架立柱圓管規格為Φ152mm×6mm，腹桿圓管規格為Φ74mm×4mm，材質均為Q345B。

3.2 計算模型

計算荷載示意圖如圖2所示，計算約束示意圖如圖3所示。

圖2 計算荷載示意圖

圖3 計算約束示意圖

3.3 計算結果

在標準組合作用、桁架受力最不利工況下，跨中最大豎向變形值為6.41mm，占跨度的1/1100；支撐架受力最不利工況下，支撐架最大豎向變形為3.30mm，出現在支撐架頂部，滿足施工要求。

在標準組合作用下，最大水平位移產生在支撐架中部；其中桁架最大水平變形值為0.76mm，支撐架最大水平變形為1.38mm，滿足施工要求。

在最不利荷載組合作用下，應力比最不利位置出現在桁架腹桿處，應力比為0.47＜1，滿足承載力要求。

3.4 整體穩定驗算

（1）將支撐架作為一個構件進行整體承載力計算時，需考慮其承受的軸向壓力荷載和彎矩荷載。彎矩荷載設計值為支撐荷載的偏心距和風荷載作用的組合值，荷載計算過程如下。

①軸向壓力設計值N：

式中：D1為支撐架自重，取50kN；D2為支撐荷載標準值，取50kN；L為施工活荷載，取8kN。

②支撐荷載偏型彎矩M1：

式中：e為偏心距，取0.1m。

③風荷載彎矩M2：

式中：支撐架高度H=30m；W1為單立桿頂部荷載，取0.72kN/m；W2為單立桿底部荷載，取0.52kN/m。

④彎矩設計值Mx：

（2）根據上述求得的軸向壓力荷載和彎矩荷載，對支撐架進行整體承載力驗算，計算過程如下。

①剛度驗算。分肢長細比驗算公式如下：

式中：[λ1x,λ1y]為立桿x、y方向分肢長細比；[λ]為分肢容許長細比。

式中：[0.7λox,0.7λoy,40]為綴板柱分肢長細比，不應大于構件兩個方向長細比較大值的0.7倍，且不大于40。

斜綴條長細比驗算公式如下：

式中：[λx′,λy′]為斜綴條x、y方向長細比；[λ′]為斜綴條容許長細比，[λ′]=150。

整體長細比驗算公式如下：

式中：[λox,λoy]為換算長細比；[λo]為換算容許長細比，[λo]=100。

經驗算，剛度滿足要求。

②強度驗算。驗算公式如下：

式中：A為支撐截面總面積；Mx為最大彎矩；γx為截面塑性發展系數；W1x為毛截面模量。

經驗算，N÷A+Mx÷(γx×W1x)≤f，f為抗壓強度設計值，強度滿足要求。

③穩定性驗算。平面內彎矩計算公式如下：

式中：λn為正則化長細比；fy為鋼材屈服強度設計值；λox為換算長細比。

當λn≤0.215時，穩定系數：

當λn＞0.215時，穩定系數：

式中：α1、α2、α3均為系數，分別取0.65、0.965、0.3。

驗算公式如下：

式中：βmx為等效彎矩系數；Ex′為歐拉臨界力。

經驗算，N÷φxA+βmxMx÷{W1x(1-φxN÷NEx′)}≤f，f為鋼材抗壓強度設計值，穩定性滿足要求。

④應力比驗算。整體計算最大應力比n=0.23；n≤[n]，經驗算，應力滿足要求。根據以上計算結果可知，桿件承載力及變形滿足要求，且承載力冗余合理。

4 結束語

文章對簡陽文化體育中心4#樓的施工過程進行技術總結和分析，對傾斜滑移施工的基本工藝流程、技術要點進行了詳細說明，并對此類結構的滑移措施設計、卸載工藝進行了進一步闡述，還簡述了滑移平臺驗算的基本過程，涉及的施工技術和計算方法可為今后類似場館類鋼結構工程提供參考。