淺談大跨度筒殼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的施工過(guò)程分析

蒯志良 黃森

摘要： 文章主要簡(jiǎn)述了大跨度筒殼網(wǎng)架施工過(guò)程分析及相應(yīng)技術(shù)措施

關(guān)鍵詞： 大跨度空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)施工過(guò)程分析

中圖分類(lèi)號(hào)：TU356 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

隨著社會(huì)的快速發(fā)展，對(duì)能源、基礎(chǔ)建設(shè)需求日益增加，以及國(guó)家對(duì)環(huán)境的重視，電力、煤炭、水泥等行業(yè)中大型儲(chǔ)煤儲(chǔ)料設(shè)施也得到了很大的應(yīng)用。其中大跨度筒殼網(wǎng)架就是最為常用的結(jié)構(gòu)形式。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)有著受力性能良好，且工廠機(jī)械化程度高，施工速度快等優(yōu)勢(shì)。

在常用的網(wǎng)架計(jì)算方法中，對(duì)于網(wǎng)架的分析是基于一次成型，對(duì)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，而在實(shí)際施工過(guò)程中往往采用的是網(wǎng)架高空散裝或者是分段安裝的施工方法，這樣的施工方法并不符合網(wǎng)架結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)所考慮的一次成型分析方法，在實(shí)際分析過(guò)程中發(fā)現(xiàn)施工方法的選擇對(duì)于大跨度筒殼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架的施工安全起到了重要作用。國(guó)內(nèi)很多大跨度網(wǎng)架的垮塌就是在施工過(guò)程中發(fā)生的，因此網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的施工過(guò)程分析對(duì)于網(wǎng)架施工安全起到了舉足輕重的作用。下面就以某發(fā)電廠干煤棚網(wǎng)架為例，簡(jiǎn)述一下大跨度網(wǎng)架的施工過(guò)程分析。

一、工程概況

該發(fā)電廠干煤棚網(wǎng)架工程，位于浙江省東南部的溫州地區(qū)的蒼南縣，東臨東海，北臨琵琶門(mén)，與北面的琵琶山隔海相望，西南、西都為山體。廠址距西面的舥艚約為5公里，距西北面的龍港鎮(zhèn)約為18公里，距靈溪鎮(zhèn)約為29公里，距溫州市約為75公里。

網(wǎng)架基本形式為正方四角錐桶殼，上下弦支撐，抗震烈度6度，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)年限50年，網(wǎng)架的結(jié)構(gòu)跨度112米。 采用螺栓球和焊接球混合連接方式，網(wǎng)架水平投影面積12544平方米。（圖1）

圖1整體軸側(cè)幾何構(gòu)型

二、分析思路

結(jié)構(gòu)計(jì)算采用有限元分析程序MIDAS/GEN7.9.5對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析計(jì)算，MIDAS程序中采用空間有限元模型，網(wǎng)架施工采用懸挑安裝的方法，按施工步驟施加結(jié)構(gòu)和荷載的分析方法。以跨度方向1-3個(gè)網(wǎng)格為一個(gè)施工步驟，逐一進(jìn)行結(jié)構(gòu)的受力分析。根據(jù)結(jié)構(gòu)受力分析數(shù)據(jù)判斷施工過(guò)程的合理性。參考每一步驟網(wǎng)架支撐點(diǎn)的反力確定施工所使用的吊車(chē)大小及吊點(diǎn)位置，整個(gè)分析過(guò)程完全模擬實(shí)際施工條件及施工方法。

三、分析過(guò)程

所有施工階段考慮的荷載均為結(jié)構(gòu)自重，以一端網(wǎng)架支座為起步支撐點(diǎn)，拉索施張?jiān)诘诙畔孪仪蚺c第17、23排下弦球各2道。

為了保證網(wǎng)架的側(cè)向穩(wěn)定，網(wǎng)架安裝起步時(shí)縱向?qū)挾冗x取五個(gè)網(wǎng)格寬度，為了防止吊車(chē)選用過(guò)大，在安裝過(guò)程中網(wǎng)架縱向?qū)挾戎饾u減小為三個(gè)網(wǎng)格寬度。

以第一步為例網(wǎng)架左側(cè)支撐點(diǎn)為固定旋轉(zhuǎn)軸（圖2），右側(cè)為吊點(diǎn)及安裝位置，每一個(gè)施工步驟的吊點(diǎn)的設(shè)置及安裝順序都按照分析計(jì)算時(shí)的假定條件。通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)模型的分析，提取支座反力及各桿件內(nèi)力，反力大小決定安裝時(shí)吊車(chē)的提升力，桿件內(nèi)力決定是否在安裝中有超應(yīng)力桿件（圖3）。如果存在超應(yīng)力的桿件，通常的調(diào)整辦法有兩種，方法一直接加大超應(yīng)力桿件，但是會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力重分布，從而產(chǎn)生新的超應(yīng)力桿件，如果應(yīng)力重分布后，未發(fā)現(xiàn)超應(yīng)力桿件，此方法可行。方法二重新選擇吊點(diǎn)，這樣可以避免結(jié)構(gòu)的變動(dòng)，但是選擇合理的吊點(diǎn)需要多次的嘗試，需要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷。

隨著安裝的進(jìn)行，網(wǎng)架在跨度方向的變形會(huì)加大，通過(guò)采用張拉索來(lái)控制網(wǎng)架跨度方向的變形量，根據(jù)分析結(jié)果，拉索施張?jiān)诘诙畔孪仪蚺c第17、23排下弦球各2道可以有效控制結(jié)構(gòu)跨度方向的變形量（圖4），分析模型，提取支座反力、桿件內(nèi)力及拉索內(nèi)力（圖5），根據(jù)以上數(shù)據(jù)判斷該施工步驟是否合理，安全。以此類(lèi)推，直至整個(gè)網(wǎng)架在跨度方向順利合攏。

考慮到網(wǎng)架桿件的連接是采用螺栓球節(jié)點(diǎn)連接，網(wǎng)架用高強(qiáng)螺栓是連接節(jié)點(diǎn)的關(guān)鍵構(gòu)件，在施工過(guò)程中必須驗(yàn)算高強(qiáng)螺栓的受力，通過(guò)每個(gè)步驟的分析計(jì)算提取每個(gè)步驟的桿件內(nèi)力，該內(nèi)力即為螺栓的受力，保證桿件和螺栓的受力在規(guī)范所要求的范圍內(nèi)。

對(duì)于網(wǎng)架的整個(gè)施工過(guò)程，除了網(wǎng)架桿件和螺栓的應(yīng)力需要驗(yàn)算，網(wǎng)架安裝過(guò)程中的變形量也需要控制在一個(gè)合理的范圍內(nèi)，安裝過(guò)程中變形量決定后期網(wǎng)架安裝的順利進(jìn)行，所以在施工過(guò)程分析時(shí)除了以上所述的拉索張拉控制以外，可以考慮在網(wǎng)架跨中使用吊車(chē)提升，在保證桿件和螺栓安全的情況下，有效控制安裝過(guò)程的變形量。

圖2第一步支撐位置

圖3第一步支撐點(diǎn)最大豎向反力為60.3KN，最大跨向推力8.1KN

第一步最大拉應(yīng)力桿件

單元編號(hào) 長(zhǎng)度 外徑 壁厚 截面面積 回轉(zhuǎn)半徑 長(zhǎng)細(xì)比 拉力 拉應(yīng)力

2396 4720. 219.0011.507496.673.4764.210.0001.334

第一步最大壓應(yīng)力桿件

單元編號(hào) 長(zhǎng)度 外徑 壁厚 截面面積 回轉(zhuǎn)半徑 長(zhǎng)細(xì)比 穩(wěn)定系數(shù) 壓力 壓應(yīng)力

2462 6588. 219.00 6.504339.375.1787.6.63694 -30.000 10.854

圖4吊點(diǎn)最大反力為91.5KN,最大跨向推力3.6KN

圖5最大拉索內(nèi)力為12.0KN

在本工程中，經(jīng)每個(gè)步驟的結(jié)構(gòu)分析后，提取施工過(guò)程中最大吊點(diǎn)拉力100.0KN,最大跨向推力8.1KN，最大拉索內(nèi)力12KN，所選用吊車(chē)大小經(jīng)濟(jì)合理，拉索截面為市場(chǎng)常用規(guī)格，桿件及螺栓應(yīng)力都在規(guī)范規(guī)定的安全范圍內(nèi)。

四、結(jié)論

通過(guò)本文的分析討論，可以得出以下的結(jié)論：

大跨度筒殼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的實(shí)際施工方法和設(shè)計(jì)時(shí)考慮的計(jì)算模型存在差異，必須按照實(shí)際施工工藝進(jìn)行施工過(guò)程分析，以確保安裝過(guò)程中的結(jié)構(gòu)安全。

在大跨度筒殼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要考慮合理的施工工藝，根據(jù)施工過(guò)程分析數(shù)據(jù)，對(duì)大跨度筒殼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

大跨度筒殼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的施工過(guò)程要合理控制變形量，保證后期網(wǎng)架安裝的精度和網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的安全。

參 考 文 獻(xiàn)

董繼斌，劉曉勇.雙層柱面網(wǎng)殼設(shè)計(jì)研究.建筑結(jié)構(gòu)，1999，（6）

羅堯治.大跨度儲(chǔ)煤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工.中國(guó)電力出版社，2007

單魯陽(yáng)，嚴(yán)慧.大跨度雙層柱面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的優(yōu)化分析. 建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，1999，（12）