某體育館屋面網(wǎng)架卸載方法的設(shè)計(jì)與實(shí)踐

莊 利 軍

(1.太原理工大學(xué),山西 太原 030024； 2.山西四建集團(tuán)有限公司，山西 太原 030024)

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某體育館屋面網(wǎng)架卸載方法的設(shè)計(jì)與實(shí)踐

莊 利 軍1,2

(1.太原理工大學(xué),山西 太原 030024； 2.山西四建集團(tuán)有限公司，山西 太原 030024)

為了保證某體育館屋面網(wǎng)架卸載過(guò)程的安全進(jìn)行，提出了三種不同順序的卸載方案，并應(yīng)用有限元分析軟件MIDAS/Gen，對(duì)卸載過(guò)程中臨時(shí)支撐的受力情況和網(wǎng)架撓度變形進(jìn)行模擬分析，通過(guò)模擬分析所得出的相關(guān)數(shù)據(jù)，選擇更為穩(wěn)妥和安全的卸載方案。

體育館，鋼網(wǎng)架，卸載方案，支撐體系，模擬分析

近年來(lái)，大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)在體育場(chǎng)館、劇院、展覽中心等公共建筑中得到廣泛應(yīng)用。由于下部結(jié)構(gòu)施工條件及設(shè)備安裝等現(xiàn)場(chǎng)條件的限制，鋼結(jié)構(gòu)工程在拼裝安裝過(guò)程中需要設(shè)置臨時(shí)支撐來(lái)保證空間鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。施工過(guò)程中，在有臨時(shí)支撐狀態(tài)下的網(wǎng)架受力狀態(tài)和設(shè)計(jì)工況是完全不同的。臨時(shí)支撐卸載將會(huì)導(dǎo)致空間網(wǎng)架桿件受力情況產(chǎn)生變化。臨時(shí)支撐卸載過(guò)程中網(wǎng)架桿件受力狀態(tài)會(huì)重新分布，這個(gè)過(guò)程必然會(huì)導(dǎo)致空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定受到影響。臨時(shí)支撐卸載引起的主體結(jié)構(gòu)失穩(wěn)及相關(guān)安全問(wèn)題是目前大跨鋼結(jié)構(gòu)施工研究中的熱點(diǎn)問(wèn)題之一[1-3]。本文結(jié)合某體育場(chǎng)屋面網(wǎng)架工程實(shí)例。運(yùn)用有限元分析軟件MIDAS/Gen，對(duì)屋面鋼網(wǎng)架的卸載方案進(jìn)行模擬分析。通過(guò)對(duì)三種卸載順序過(guò)程中產(chǎn)生的變形和支撐受力情況進(jìn)行比較。為體育場(chǎng)鋼屋蓋卸載施工提供技術(shù)參考[4-6]。

1 工程簡(jiǎn)介

本工程設(shè)計(jì)使用年限50年，總建筑面積10 600 m2，屋蓋采用螺栓球網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，網(wǎng)架長(zhǎng)112 m，寬86 m。網(wǎng)架頂標(biāo)高為23.5 m，底標(biāo)高為14.8 m，高差為8.7 m。周圈懸挑部分長(zhǎng)9.9 m，設(shè)有120扇弧形天窗。網(wǎng)架支撐方式為下弦多點(diǎn)柱支撐，支座采用抗拉可滑動(dòng)支座。結(jié)構(gòu)中所有鋼構(gòu)件均采用Q235B。體育場(chǎng)周圈為看臺(tái)、臺(tái)階，中間為平坦場(chǎng)地。體育館整體模型圖見(jiàn)圖1。

2 施工方案及模擬分析

2.1 網(wǎng)架施工及支撐體系

結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)周圈看臺(tái)、臺(tái)階多，中間為平坦場(chǎng)地的特點(diǎn)，施

工過(guò)程采取高空懸挑散裝法安裝屋蓋網(wǎng)架，并劃分四個(gè)區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)架安裝，區(qū)域劃分見(jiàn)圖2。

網(wǎng)架安裝前，先在區(qū)域一和區(qū)域二搭設(shè)滿堂腳手架，然后在腳手架平臺(tái)上安裝網(wǎng)架。區(qū)域三支座少，網(wǎng)架懸挑長(zhǎng)度達(dá)56.6 m，為防止網(wǎng)架下?lián)?，安裝過(guò)程中需要在網(wǎng)架下方增設(shè)臨時(shí)支撐。區(qū)域四為屋頂?shù)膽姨舨糠郑瑧姨糸L(zhǎng)度9.9 m。

為防止上述施工過(guò)程中桿件出現(xiàn)應(yīng)力超限，對(duì)施工方案進(jìn)行可行性分析。經(jīng)計(jì)算，需在K軸，H軸與6，8，9，10，13軸交點(diǎn)處增加臨時(shí)支撐，如圖3所示(黑點(diǎn)表示臨時(shí)支撐)。

選用鋼管桁架柱作為臨時(shí)支撐，桁架柱高度為15 m，截面為1 m的等邊三角形，桁架主管用φ114×4，腹桿用φ60×3.5。桁架頂部用液壓千斤頂支頂(見(jiàn)圖4，圖5)。

2.2 臨時(shí)支撐卸載過(guò)程受力分析

網(wǎng)架拼裝完成后，開(kāi)始拆除場(chǎng)內(nèi)臨時(shí)支撐。拆除過(guò)程采用MIDAS/Gen軟件對(duì)支撐頂部荷載卸載施工過(guò)程進(jìn)行模擬分析(見(jiàn)圖6)。

施工過(guò)程中臨時(shí)支撐最大反力見(jiàn)表1。

表1 最大反力表 kN

全部網(wǎng)架安裝完成后，各臨時(shí)支撐反力見(jiàn)表2。

表2 臨時(shí)支撐反力表 kN

2.3 卸載方案

方案一：由兩邊向中間依次拆卸，即先拆7號(hào)，8號(hào)，9號(hào)，10號(hào)支撐再拆3號(hào)，4號(hào)，5號(hào)，6號(hào)支撐最后拆1號(hào)，2號(hào)支撐。拆卸過(guò)程中，剩余臨時(shí)支撐反力見(jiàn)表3～表6。

1)7號(hào)，8號(hào)臨時(shí)支撐拆卸后見(jiàn)表3。

表3 7號(hào)，8號(hào)支撐拆卸后反力表(一) kN

拆卸后，原7號(hào)，8號(hào)臨時(shí)支撐處節(jié)點(diǎn)下降位移：2.2 mm，2.1 mm。

2)9號(hào)，10號(hào)臨時(shí)支撐拆卸后見(jiàn)表4。

拆卸后，原9號(hào)，10號(hào)臨時(shí)支撐處節(jié)點(diǎn)下降位移：2.1 mm，2.0 mm。

表4 9號(hào)，10號(hào)支撐拆卸后反力表 kN

3)3號(hào)，4號(hào)臨時(shí)支撐拆卸后見(jiàn)表5。

拆卸后，原3號(hào)，4號(hào)臨時(shí)支撐處節(jié)點(diǎn)下降位移：4.0 mm，3.7 mm。

4)5號(hào)，6號(hào)臨時(shí)支撐拆卸后見(jiàn)表6。

表6 5號(hào)，6號(hào)臨時(shí)支撐拆卸后反力表(一) kN

拆卸后，原5號(hào)，6號(hào)臨時(shí)支撐處節(jié)點(diǎn)下降位移：3.9 mm，3.5 mm。

5)1號(hào)，2號(hào)臨時(shí)支撐拆卸后：原1號(hào)，2號(hào)臨時(shí)支撐處節(jié)點(diǎn)下降位移：18.1 mm，16.9 mm。

方案二：由中間向兩邊依次拆卸，即先拆1號(hào)，2號(hào)支撐，再拆3號(hào)，4號(hào)，5號(hào)，6號(hào)支撐，最后拆7號(hào)，8號(hào)，9號(hào)，10號(hào)支撐。拆卸過(guò)程中，剩余臨時(shí)支撐反力見(jiàn)表7。

1)1號(hào)，2號(hào)臨時(shí)支撐拆卸后見(jiàn)表7。

表7 1號(hào)，2號(hào)支撐拆卸后反力表 kN

拆卸后，原1號(hào)，2號(hào)臨時(shí)支撐處節(jié)點(diǎn)下降位移：1.9 mm，1.7 mm。

2)3號(hào)，4號(hào)臨時(shí)支撐拆卸后見(jiàn)表8。

表8 3號(hào)，4號(hào)支撐拆卸后反力表(二) kN

拆卸后，原3號(hào)，4號(hào)臨時(shí)支撐處節(jié)點(diǎn)下降位移：3.4 mm，3.1 mm。

3)5號(hào)，6號(hào)臨時(shí)支撐拆卸后見(jiàn)表9。

表9 5號(hào)，6號(hào)臨時(shí)支撐拆卸后反力表(二) kN

拆卸后，原5號(hào)，6號(hào)臨時(shí)支撐處節(jié)點(diǎn)下降位移：5.0 mm，4.6 mm。

4)7號(hào)，8號(hào)臨時(shí)支撐拆卸后見(jiàn)表10。

表10 7號(hào)，8號(hào)支撐拆卸后反力表(二) kN

拆卸后，原7號(hào)，8號(hào)臨時(shí)支撐處節(jié)點(diǎn)下降位移：11.4 mm，10.7 mm。

5)9號(hào)，10號(hào)臨時(shí)支撐拆卸后，原9號(hào)，10號(hào)臨時(shí)支撐處節(jié)點(diǎn)下降位移：13.0 mm，12.2 mm。

方案三：先拆4號(hào)，6號(hào)，8號(hào)，10號(hào)支撐，再拆3號(hào)，5號(hào)，7號(hào)，9號(hào)支撐，最后拆1號(hào)，2號(hào)支撐。拆卸過(guò)程中，剩余臨時(shí)支撐反力見(jiàn)表11～表14。

1)4號(hào)，6號(hào)臨時(shí)支撐拆卸后見(jiàn)表11。

表11 4號(hào)，6號(hào)支撐拆卸后反力表 kN

拆卸后，原4號(hào)，6號(hào)臨時(shí)支撐處節(jié)點(diǎn)下降位移：1.7 mm，1.7 mm。

2)8號(hào)，10號(hào)臨時(shí)支撐拆卸后見(jiàn)表12。

表12 8號(hào)，10號(hào)支撐拆卸后反力表 kN

拆卸后，原8號(hào)，10號(hào)臨時(shí)支撐處節(jié)點(diǎn)下降位移：3.7 mm，3.7 mm。

3)3號(hào)，5號(hào)臨時(shí)支撐拆卸后見(jiàn)表13。

表13 3號(hào)，5號(hào)支撐拆卸后反力表 kN

拆卸后，原3號(hào)，5號(hào)臨時(shí)支撐處節(jié)點(diǎn)下降位移： 2.5 mm，2.5 mm。

4)7號(hào)，9號(hào)臨時(shí)支撐拆卸后見(jiàn)表14。

拆卸后，原7號(hào)，9號(hào)臨時(shí)支撐處節(jié)點(diǎn)下降位移：5.5 mm，5.5 mm。

5)1號(hào)，2號(hào)臨時(shí)支撐拆卸后，原1號(hào)，2號(hào)臨時(shí)支撐處節(jié)點(diǎn)下

降位移：18.1 mm，16.9 mm。

表14 7號(hào)，9號(hào)支撐拆卸后反力表 kN

2.4 結(jié)論

經(jīng)分析驗(yàn)算，采用上述第三種方案(先拆4號(hào)，6號(hào)，8號(hào)，10號(hào)支撐再拆3號(hào)，5號(hào)，7號(hào)，9號(hào)支撐，最后拆1號(hào)，2號(hào)支撐)對(duì)臨時(shí)支撐進(jìn)行拆卸時(shí)，拆卸過(guò)程中網(wǎng)架整體變形較小，臨時(shí)支撐受力變化較小。故建議施工方待全部網(wǎng)架施工結(jié)束后，采用上述第三種方案對(duì)臨時(shí)支撐進(jìn)行拆卸。

卸載完成后的網(wǎng)架的整體變形最大為網(wǎng)架中央28.4 mm，滿足設(shè)計(jì)規(guī)范，詳見(jiàn)圖7。

3 結(jié)語(yǔ)

本文以某體育館屋面空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)卸載工程作為研究對(duì)象，采用有限元分析軟件 MIDAS/Gen對(duì)整體網(wǎng)架建模，模擬網(wǎng)架在拆除臨時(shí)支撐過(guò)程中網(wǎng)架的受力工況，針對(duì)卸載過(guò)程中網(wǎng)架整體穩(wěn)定和臨時(shí)支撐受力情況進(jìn)行了詳細(xì)的模擬分析。

同時(shí)提出了三種不同順序的卸載方案。通過(guò)比較不同方案中臨時(shí)支撐的受力情況和網(wǎng)架撓度變形的數(shù)據(jù)，得出一套最為穩(wěn)妥和安全的卸載方案。在指導(dǎo)施工的同時(shí)也供從業(yè)者參考。

[1] 袁 波，曹平周，楊文俠，等.哈爾濱萬(wàn)達(dá)滑雪場(chǎng)鋼屋蓋卸載方案研究[J].建筑科學(xué)，2015，31(11)：114-119.

[2] 崔曉強(qiáng)，郭彥林，葉可明.大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工過(guò)程的結(jié)構(gòu)分析方法研究[J].工程力學(xué)，2006，23(5):83-88.

[3] 范 重，劉先明，胡天兵，等．國(guó)家體育場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)施工過(guò)程模擬分析[J]．建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2007，28(2):134-143.

[4] 郭彥林，郭宇飛，高 巍，等．國(guó)家體育場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)屋蓋落架過(guò)程模擬分析[J]．施工技術(shù)，2006，35(12):36-40.

[5] 邱德隆，李久林，楊俊峰，等．國(guó)家體育場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)支撐卸載分析[J]．施工技術(shù)，2006，35(12):32-35.

[6] 郭小農(nóng)，楊商飛，羅永峰，等．某剛性大跨度鋼屋蓋結(jié)構(gòu)拆撐過(guò)程分析[J]．建筑鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)展，2014，16(4):58-64.

On the design and practice of grid uninstallation of gym roof

Zhuang Lijun1,2

(1.TaiyuanUniversityofTechnology,Taiyuan030024,China; 2.ShanxiSijianGroupCo.,Ltd,Taiyuan030024,China)

In order to ensure the safety of unloading process of a gymnasium roof truss the author offers three unloading plans, which are different in order. By using the finite element analysis software MIDAS/Gen, simulation analyzing of the grid deflection deformation and the force condition of falsework, related data can be shown to choose a more stable unloading plan.

gym, steel grid, uninstallation plan, falsework system, simulation analysis

1009-6825(2016)28-0040-03

2016-07-23

莊利軍(1976- )，男，在讀工程碩士，高級(jí)工程師

TU356

A