大跨度鋼結(jié)構(gòu)及滿堂架施工技術(shù)研究

胡朝仲　付黎涅

【摘? ? 要】： 考慮施工環(huán)境與現(xiàn)場(chǎng)因素對(duì)大跨度鋼結(jié)構(gòu)安全性和受力狀態(tài)的影響，以展覽館工程為例，通過施工過程有限元分析模擬，考察荷載轉(zhuǎn)換過程中結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度變化，采用等效桿端位移法進(jìn)行臨時(shí)支撐卸載的數(shù)值模擬；提出切割加長(zhǎng)大跨度結(jié)構(gòu)滑移施工技術(shù)的總體思路和實(shí)際關(guān)鍵控制點(diǎn)，成功保證了工程的安全實(shí)施。

【關(guān)鍵詞】： 滿堂架；鋼結(jié)構(gòu)；大跨度；腳手架

【中圖分類號(hào)】：TU758.11【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】：C【文章編號(hào)】：1008-3197（2023）05-63-03

【DOI編碼】：10.3969/j.issn.1008-3197.2023.05.016

Study on Construction Technology of Long-span Steel Structure and

Full Hall Frame

HU Chaozhong FU Linie

（1.Yunnan Water Resources and Hydropower Vocational College，Kunming 650499，China；

2.Yunnan Jiaofa Consulting Co. Ltd.，Kunming 650100，China）

【Abstract】：Considering the influence of construction environment and site factors on the safety and stress state of long-span steel structure， based on the the exhibition hall project， this paper utilizes finite element analysis simulations. We also considered changes in strength and stiffness during the process of converting loads and? ?sliding construction techniques， bracing enhancements， erection of support frames， top push point design for sliding and synchronous control during sliding. Through these technical measures， successful implementation of the project was ensured.

【Key words】：full frame checking calculation; steel structure;long span

腳手架作為較為普遍的輔助建設(shè)結(jié)構(gòu)體系，廣泛應(yīng)用在各個(gè)工程現(xiàn)場(chǎng)。然而腳手架也因?yàn)榘踩鹿识鴤涫荜P(guān)注。對(duì)多項(xiàng)事故的分析表明，大部分腳手架因?yàn)榫植炕蛘w失穩(wěn)而導(dǎo)致傾覆或倒塌，因此，技術(shù)類驗(yàn)算分析是減少或杜絕事故發(fā)生的必要前提[1～3]。

1 工程概況

展覽館建筑占地面積4 864.16 m2，總建筑面積約1.8萬m2，地上4層，四周懸挑及中間大跨度均采用鋼結(jié)構(gòu)，外墻采用穿孔鋁板與幕墻結(jié)合。

2 結(jié)構(gòu)施工方案

1）滿堂架支撐體系的安裝要求見表1。

2）鋼結(jié)構(gòu)大部分采用實(shí)腹式H型鋼，節(jié)點(diǎn)處焊接。

3 有限元分析

3.1 鋼桁架吊裝

展館的鋼桁架部分跨度較大，連接節(jié)點(diǎn)眾多，最長(zhǎng)跨度為44.4 m。由于吊裝場(chǎng)地狹小，只有南北兩面主路可供作業(yè)，保證吊裝安全以及避免桁架因內(nèi)力過大產(chǎn)生彈性形變成為工程難點(diǎn)。為了既保證質(zhì)量，又保證成本和工期，采用了預(yù)裝分段、空中對(duì)接的方法。該方案的優(yōu)點(diǎn)在于減少了許多空中作業(yè)，分段在地面拼裝可獲得足夠的工作面，有利于縮短工期。根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)吊裝模擬，為防止吊裝兩端出現(xiàn)裂口，在開口處增加了連接件，形成閉合結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)材料為Q235號(hào)鋼，彈性模量為2.1×105 Pa，泊松比取值為0.3。見圖1。

采用用ANSYS有限元分析軟件對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行了極限荷載分析?；谛∽冃卫碚?，只考慮材料非線性分析。首先，根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)承載值對(duì)結(jié)構(gòu)施加一個(gè)力，定義一個(gè)時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行求解；如果求解不成功，再利用未成功求解的時(shí)間點(diǎn)乘以施加的力，進(jìn)一步求解更近的極限。多次反復(fù)求解，找出最近的極限值。見圖2。

在模擬初期，為了使模型計(jì)算時(shí)達(dá)到收斂值，將參數(shù)設(shè)置為盡量大的值并利用收斂性準(zhǔn)則確定最終的參數(shù)設(shè)置。在結(jié)構(gòu)中央加載4 000 kN的集中力時(shí)，未在0.62這個(gè)時(shí)間點(diǎn)收斂；隨后用剛加載的集中力乘以該時(shí)間點(diǎn)來進(jìn)行求解并發(fā)現(xiàn)在0.995處仍未能達(dá)到收斂；重復(fù)此步驟進(jìn)行求解，最終，成功找到了塑性極限的值為2 465 kN，該數(shù)值將作為實(shí)際施工中的理論依據(jù)，以避免在相關(guān)施工中因加載不當(dāng)對(duì)結(jié)構(gòu)造成破壞。此外，在計(jì)算承載力時(shí)還需要考慮材料的比強(qiáng)度和比模量，這兩個(gè)參數(shù)都是衡量材料承載能力的重要指標(biāo)。

3.2鋼結(jié)構(gòu)框架

3.2.1桁架的卸載應(yīng)力分析

架體卸載完成后力系的轉(zhuǎn)移產(chǎn)生應(yīng)力變化，最大應(yīng)力增量37.2 MPa，出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)框架的中間位置，結(jié)構(gòu)應(yīng)力變化處于穩(wěn)態(tài)。見圖3。

3.2.2 結(jié)構(gòu)卸載過程數(shù)值模擬

將滿堂架支撐類比為彈性桿進(jìn)行分析，link10單元的特性是壓桿，對(duì)支架體系加載豎向的壓力，由此支架產(chǎn)生向上的作用力，支架上部和柱體結(jié)構(gòu)耦合一點(diǎn)。主體結(jié)構(gòu)支撐進(jìn)行分區(qū)卸載，依次施加多步荷載，分析時(shí)采用兩類剛度模擬。見圖4。

從圖4可以看出，滿堂架支撐的所產(chǎn)生的等效剛度越大，相應(yīng)支架體系同樣會(huì)產(chǎn)生較大的軸力。模擬分析產(chǎn)生的軸力分布規(guī)律相似，最大軸力之間相差約5.98%，臨時(shí)支撐整體穩(wěn)定計(jì)算中豎向反力為920 kN。

4 結(jié)語(yǔ)

使用ANSYS有限元軟件進(jìn)行了極限荷載分析并繪制了位移曲線圖，從而找出了滿堂架的塑性極限，為實(shí)際的施工提供了理論依據(jù)；通過模擬分析整個(gè)結(jié)構(gòu)卸載過程，對(duì)架體卸載完成后力系的轉(zhuǎn)移所產(chǎn)生的應(yīng)力變化進(jìn)行了分析。采用有限元模擬指導(dǎo)施工，可以進(jìn)一步把控工程施工技術(shù)，對(duì)未來實(shí)現(xiàn)復(fù)雜工程的模擬施工提供參考。

參考文獻(xiàn)：

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[3]賴澤榮.基于有限元分析的大跨度鋼結(jié)構(gòu)累積滑移過程研究[J].廣州建筑，2021，49（5）：25-28.