對(duì)于大劇院裝飾鋁板安裝對(duì)鋼結(jié)構(gòu)變形影響分析

本文以某大劇院內(nèi)的房屋結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，建立其相應(yīng)的計(jì)算模型，通過對(duì)不同的載荷進(jìn)行組合，對(duì)于龍骨和裝飾鋁板對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的影響進(jìn)行了研究。通過研究計(jì)算發(fā)現(xiàn)，大劇院裝飾鋁板的安裝對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)形變的影響非常大，幾乎占到了全部載荷量的50%。在鋁板裝飾安裝的過程中，要盡量采取相應(yīng)的措施將鋁板裝飾對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)形變的影響降到最低，本文提出了應(yīng)對(duì)上述問題的措施并在實(shí)踐中取得了較好的效果。

大劇院工程結(jié)構(gòu)概況

本文所研究的大劇院的鋼結(jié)構(gòu)的主體結(jié)構(gòu)為橫向，主構(gòu)件之間的距離在8米左右，縱向的房屋鋼結(jié)構(gòu)為間距大約為8米的井字形結(jié)構(gòu)。將鋼結(jié)構(gòu)中的南北方向定義為縱向，在水平面內(nèi)垂直于該方向的方位定義為橫向。主體構(gòu)件的形狀一般為矩形、具有方形截面的管和H型號(hào)鋼、或者是角鋼，鋼材的材質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)為Q345B。本文所研究的對(duì)象大劇院鋼骨結(jié)構(gòu)的外部采用的是鋁板對(duì)其進(jìn)行外包裝。將鋁板焊接在大劇院鋼結(jié)構(gòu)骨架的外層進(jìn)而實(shí)現(xiàn)外包裝，根據(jù)大劇院鋼結(jié)構(gòu)和外包鋁板的結(jié)合將其形成密閉的空間。

圖1 大劇院鋼結(jié)構(gòu)部分示意圖

計(jì)算與分析

在將裝飾鋁板加裝到大劇院鋼骨結(jié)構(gòu)上的過程中，會(huì)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的形變的影響，如果在家裝鋁板的過程中不對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的載荷進(jìn)行提前的計(jì)算，那么在加裝裝飾鋁板之后很可能會(huì)造成鋼結(jié)構(gòu)較大程度的形變，會(huì)對(duì)大劇院最初的設(shè)計(jì)效果造成一定的影響，大劇院也會(huì)由此存在一定的安全隱患。針對(duì)這些可能出現(xiàn)的問題，要對(duì)大劇院房屋中的鋼結(jié)構(gòu)以及重點(diǎn)的邊緣區(qū)域加裝裝飾鋁板之后的載荷進(jìn)行計(jì)算，然后大致估算出鋼結(jié)構(gòu)的形變量。

要精確計(jì)算由于加裝裝飾鋁板所造成的對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)形變的定量關(guān)系，就要分別計(jì)算鋼結(jié)構(gòu)以及裝飾鋁板，以提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，為施工單位應(yīng)對(duì)這些問題的決策提供一定的技術(shù)支持，進(jìn)而確保在加裝裝飾鋁板之后仍然能夠達(dá)到預(yù)期的建筑效果并杜絕安全隱患。

對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)和裝飾鋁板的計(jì)算主要包含以下幾個(gè)方面：：大劇院房屋鋼結(jié)構(gòu)各個(gè)節(jié)點(diǎn)位置變化值，以及在加裝裝飾鋁板完畢之后鋼結(jié)構(gòu)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的新位置，進(jìn)而確定在加裝裝飾鋁板之后可能造成的形變量。

模型分析

1.有限元模型分析

該大劇院的房屋鋼結(jié)構(gòu)主要有主結(jié)構(gòu)和次結(jié)構(gòu)，主結(jié)構(gòu)承擔(dān)幾乎所有的載荷，次結(jié)構(gòu)所承受的載荷很小對(duì)于形變的貢獻(xiàn)可以忽略。在模型建立的過程中為了抓住主要矛盾忽略次要矛盾，在本文所建立的有限元模型中忽略了次要的結(jié)構(gòu)，將次要結(jié)構(gòu)所承擔(dān)的載荷轉(zhuǎn)換成重量加裝在主結(jié)構(gòu)上。通過這種處理方式可以大大簡(jiǎn)化模型的復(fù)雜度，提高分析的效率。

（1）C1D1與C2D2區(qū)模型

在模型計(jì)算的過程中采用了梁?jiǎn)卧M空間次要構(gòu)件，在模型中各個(gè)桿件的長(zhǎng)度截面積等參數(shù)都在設(shè)計(jì)之初進(jìn)行了設(shè)定，每個(gè)支座的支撐同樣在設(shè)計(jì)之初進(jìn)行了相關(guān)的設(shè)定。

（2）A1、A2、A區(qū)模型計(jì)算

該模型和上述模型是類似的，利用了MIDAS 梁?jiǎn)卧M空間桁架桿件，在設(shè)計(jì)之初對(duì)于桿件的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行了相關(guān)的設(shè)定。對(duì)于某些邊界條件也進(jìn)行了相應(yīng)的設(shè)定。

圖2鋁板結(jié)構(gòu)示意圖

2.載荷分析

在裝飾鋁板安裝完畢之后，鋁板裝飾的下表面可能會(huì)出現(xiàn)不平的情況。鋼結(jié)構(gòu)具有一定的彈性載荷，在該載荷除去之后鋼結(jié)構(gòu)會(huì)恢復(fù)原來的形狀。所以在計(jì)算的過程中要計(jì)算的量包括鋼結(jié)構(gòu)的自重、裝飾的承載者龍骨的自重以及裝飾鋁板的自重，在安裝過程中所出現(xiàn)的施工的載荷可以忽略不計(jì)。

（1）大劇院鋼結(jié)構(gòu)自重載荷計(jì)算

在計(jì)算模型中本文將裝飾龍骨以及裝飾鋁板的載荷折算成面載荷來進(jìn)行計(jì)算，然后再根據(jù)大劇院鋼結(jié)構(gòu)的各個(gè)面積折算成相應(yīng)的線載荷加到相應(yīng)的骨架上。由于在模型中忽略了相應(yīng)的次要的支架，但是次要支架的載荷已經(jīng)折算到了主支架上。本文以上述轉(zhuǎn)化為基礎(chǔ)對(duì)于大劇院鋼結(jié)構(gòu)的自重載荷的三個(gè)部分計(jì)算了分別計(jì)算。

1） 假設(shè)已經(jīng)知道A區(qū)的面積為47平方米，A區(qū)雙面的面積加上下面包裝的面積總共為110平方米，那么A區(qū)經(jīng)過計(jì)算之后折算到骨架上的線載荷為1.35N每米。然后將相應(yīng)的龍骨以及裝飾鋁板的載荷通過計(jì)算轉(zhuǎn)化為面載荷然后轉(zhuǎn)化為A區(qū)鋼結(jié)構(gòu)的線載荷大約為7.1N/m。

2）B區(qū)的面積大約為35平方米，B區(qū)的雙面面積外加下面的封底包裝面積總共為115平方米，通過將所有的載荷轉(zhuǎn)化為面載荷然后根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的線載荷得到的B區(qū)的線載荷約為1. 0kN /m。然后考慮到次要支架以及相應(yīng)的裝飾龍骨的載荷以及裝飾鋁板的載荷并將其轉(zhuǎn)化為面載荷再轉(zhuǎn)化為線載荷之后得到的軸B區(qū)鋼結(jié)構(gòu)支架的線載荷大約為5. 2N /m。

3）C區(qū)面積大約為13平方米，外加上下面的面積以及相應(yīng)的下底包裝的底面積總共大約為30平方米，通過面載荷以及轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的線載荷大約為3N/m。然后同樣的考慮到安裝裝飾鋁板的過程中所用到的裝飾龍骨以及相應(yīng)的裝飾鋁板將其載荷折算到相應(yīng)的主結(jié)構(gòu)的面載荷上，然后將其轉(zhuǎn)為線載荷得到的數(shù)值大約為5N/m。在計(jì)算的過程中AB區(qū)之間的載荷的計(jì)算是十分復(fù)雜的為了計(jì)算的方便可以將AB區(qū)載荷的平均值作為AB區(qū)間的載荷，這樣三個(gè)區(qū)域加到鋼結(jié)構(gòu)上的線載荷都已經(jīng)計(jì)算完畢。

（2）龍骨及鋁板自重載荷計(jì)算

結(jié)果分析

對(duì)于造成鋼結(jié)構(gòu)形變的因素分別計(jì)算每個(gè)因素所造成的鋼結(jié)構(gòu)的形變量，包括加裝裝飾龍骨后所造成的鋼結(jié)構(gòu)的形變量，包括加裝裝飾鋁板之后所造成的鋼結(jié)構(gòu)的形變量以及在鋼結(jié)構(gòu)的自重的情況下所造成的鋼結(jié)構(gòu)的形變量等。將組合載荷的組合系數(shù)設(shè)置為1，也就是總的載荷的計(jì)算值為安裝龍骨所造成的鋼結(jié)構(gòu)的形變值加上安裝裝飾鋁板所造成的鋼結(jié)構(gòu)的形變值以及鋼結(jié)構(gòu)由于自重所造成的鋼結(jié)構(gòu)的形變值。

結(jié)語

本文對(duì)于某大劇院內(nèi)裝飾鋁板對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)形變的影響進(jìn)行了相應(yīng)的研究，通過研究得出了以下結(jié)論：對(duì)于不同階段的但是會(huì)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的形變有貢獻(xiàn)的因素分別進(jìn)行計(jì)算，這種方式可以大大簡(jiǎn)化分析的復(fù)雜度，最后得到的綜合的載荷是準(zhǔn)確的，對(duì)于工程的施工具有一定的指導(dǎo)意義；通過計(jì)算得出由于安裝龍骨和安裝裝飾鋁板的影響，鋼結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致較大的形變所以要采取相應(yīng)的措施來避免上述的形變。

（作者單位：深圳市洪濤裝飾股份有限公司）