浅谈简约化独立提升架在曲江电竞馆屋盖网架提升中的应用技术

浅谈简约化独立提升架在曲江电竞馆屋盖网架提升中的应用技术

Summary：本文主要介绍了曲江电竞馆钢结构屋盖网架的提升方案，并对提升方案中用到的简约化独立提升架设计、支撑架等设计进行探讨分析。本方案主要通过有限元分析软件Midas

gen对钢结构屋盖进行模拟计算分析。通过对网架提升过程中的应力比和变形，以及网架支撑架的稳定性和整体承载力的验算，以达到提升方案的可行性。所得经验可为同类型或者相似类型结构的提升提供参考。Keys：简约化独立提升架；电竞馆；网架；提升方案1.工程概况本项目（图1）位于陕西省西安市曲江新区陕西省西安市曲江新区春临五路以北，公田三路与公田五路之间。规划用地面积33567㎡，建筑面积77650㎡，该场馆分为比赛馆和热身馆两个单体。比赛馆网架为三层平板网架，跨度112.0m，屋盖为直径129m的正圆，网格为四角锥形式，悬挑根部网架厚度1.362m~8.38m，节点为焊接球节点，支撑为下弦点支撑，共设32个抗震球型铰支座。热身馆为平板网架，跨度47.875m，最大悬挑37m。本文主要以比赛馆中心网架提升为题。图1

曲江电竞产业园--场馆区效果图图2

比赛馆单片立面示意图图3

比赛馆屋盖平面示意2.比赛馆网架整体提升方案2.1比赛馆提升的总体思路比赛馆外围区域屋盖网架在外侧吊装分块施工完成后，采用整体提升方案进行施工。提升区面积约4200㎡，提升高度22.5m，共设置9个提升点，施工过程中，最大提升反力832kN。2.2提升点的布置沿提升区网架外侧环向设置9处提升点（图4），提升器安装在吊装区网架上弦，提升下吊点布设在提升区网架上弦。上下吊点处弦杆均增设腹杆进行补强，形成平面桁架。图4提升吊点布置示意图2.3独立提升架的布置提升架设置在吊装区屋面网架上弦（图5），上下弦杆间设置临时腹杆，提高提升区结构承载力，网架下部为分块吊装区施工时搭设的临时支撑架。图5

提升架示意图提升架加设提升临时措施，包括加设提升横梁、液压提升器固定板、导向架等。提升横梁采用箱形截面共分为两种，其中B400X14对应提升器型号YS-SJ-180，B300X12对应提升器型号YS-SJ-75，材质均Q345液压提升器利用固定板安装在提升平台上，每台液压提升器需要各4块提升器临时固定板及专用锚环固定板（图6）。A、B面用打磨机打磨光滑，使之能卡住提升器底座；C面同下部结构焊接，焊接时不得接触提升器底座。提升器临时固定板材质为Q235B。图6

提升器临时固定板详图在液压提升器提升或下降过程中，其顶部必须预留长出的钢绞线，如果预留的钢绞线过多，对于提升或下降过程中钢绞线的运行及液压提升器天锚、上锚的锁定及打开有较大影响。所以每台液压提升器必须事先配置好导向架，方便其顶部预留过多钢绞线的导出顺畅。多余的钢绞线可沿提升平台自由向后、向下疏导。导向架（图7）制作材料选用P48×2.5圆管，材质为Q235B。现场制作时材料可进行替换，但截面积及抗弯性能不得低于原截面。图7导向架详图2.4卸载方案的选择本工程采用分块吊装与液压提升相结合的方式进行安装，故卸载过程采用支撑架与提升器相结合的卸载方式进行。其中提升器通过液压千斤顶释放提升力达到卸载的效果。根据结构特点，比赛馆先利用液压提升器同步卸载所有提升吊点，再卸载分块吊装区支撑架。通过数值模拟对卸载过程进行施工模拟，确定每个卸载点的卸载量及卸载次数。根据模拟计算结果，本工程卸载点分两类，第一类为一次卸载点，包括比赛馆环梁上单管撑布置点；第二类为分级卸载点，包括除第一类支撑架卸载点以外其余的支撑架布置点。比赛馆共48个卸载点，其中一类卸载点24个，最大卸载量2mm；二类卸载点共24个，最大卸载量80mm，分三级卸载（20mm→30mm→拆除）。分级卸载点卸载时需做到：同步卸载、变形协调、逐步循环。根据工程结构形式及特点，综合卸载法的优劣，本工程钢结构均选择砂箱卸载。本工程卸载顺序：根据施工模拟分析验算及工程施工安排，临时支撑需依据施工进度分批次卸载完成。根据临时支撑点的最终卸载量，采用一次卸载与沙箱分级卸载相结合的方式进行，卸载过程中卸载设备、支撑先进行详细的计算分析，为平衡卸载过程中支撑架的水平推力，在支撑面预先设置聚四氟乙烯板，有效的释放水平推力。3.比赛馆施工过程模拟仿真分析3.1施工全过程模拟仿真分析根据比赛馆的施工顺序对屋盖钢结构施工进行全过程模1）施工过程变形（图8）图8施工过程变形图根据施工过程模拟计算结果可知，施工完成后结构最大的竖向变形值为-105mm，与一次成型最大的竖向变形量-104mm基本接近，故采用本方案进行钢结构施工满足相应要求。2）施工过程应力（图9）图9施工过程应力图根据施工过程模拟计算结果可知，施工过程中杆件应力比均处于较低水平，施工完成后杆件应力比最大值0.5，与一次成型杆件最大应力比0.39基本接近，故采用本方案进行钢结构施工满足相应要求。3）附加应力比（图10）施工过程是结构逐步成形过程，与原设计结构一次成形过程有较大的差别；这种差别会在构件内部产生附加应力，使得部分构件应力比原设计状态下要大，从而会降低结构构件的安全余量，因而需对施工过程在结构杆件内产生的附加应力比大小进行分析。提取最终施工步结构各杆件的应力比值N1，及自重作用下结构一次成形杆件的应力比值N2，则施工过程产生的附加应力比大小为△N=N1-N2。图10附加应力比从以上可以看出，所有杆件的附加应力比基本控制在0.15之内，杆件具有一定的安全余量，无需进行加强替换。3.2被提升结构验算①计算模型提升区分块模型材质为Q345；单元类型为梁单元；边界条件：提升点铰接；本提升过程采用空间有限元程序MIDAS/Gen仿真分析，其计算模型如图11所示：图11被提升计算模型②荷载与组合1）荷载工况恒荷载DL取结构自重，自重系数1.1，程序自动计算；风荷载W根据《荷规》查表可得，基本风压w0=0.30（R10）,β=1.5，μz=1.52，根据计算得出风载体系系数μs=0.15，风荷载折算为节点荷载施加在网壳每个节点上，节点集中力F=0.05kN。2）荷载组合标准荷载组合：1.0DL+1.0W；基本荷载组合：1.2DL+1.4W。③计算结果（1）变形结果（图12）

图12变形结果图变形结果可知，在提升过程中，结构XY向位移变形均较小，Z向变形值最大-32mm（2）应力结果（图13）图13应力比分布云图由杆件应力云图可知，提升过程中，杆件最大应力比0.8，远小于材料设计强度，具有较大安全余量，满足规范要求。3.3不同步提升施工过程模拟①计算说明在提升过程中，提升成套设备的设有不同步响应系统，允许提升施工存在设定幅度的不同步，一旦不同步超越设定幅度，提升设备即自动启动响应系统以确保提升施工的安全。钢结构提升全过程由计算机同步控制系统实时监测，使提升器的不同步提升力控制在20%以内,同时控制不同步提升位移在50mm以内（以提升力控制为主）。计算模拟中，结合被提升结构及吊点布置特点，选取合适的提升点，加载不同步荷载进行验算。杆件应力比验算时荷载组合：1.2自重荷载+1.4不同步荷载。②不同步工况结合被提升结构及吊点布置特点，本次计算选取提升反力最大吊点作为不同步提升吊点，不同步荷载为605×1.2=726kN。③计算结果（图14）图14结构变形分布图由上图可知，不同步荷载工况下，结构竖向相对变形10mm<50mm，故不同步工况由力不同步控制。图15不同步整体应力比示意图从以上分析可以看出，力不同步工况下，提升分块杆件应力比最大值为0.82<1，满足安全要求。3.4提升结构有限元分析（1）有限元模型本工程利用原位分块吊装区下部支撑架及原位吊装分块本身提供提升反力，提升结构采用三角斜撑结构形式。撑杆截面规格P245×14，撑杆、背拉杆截面规格P180×14，提升横梁B500×300×12，材质均为Q345。采用空间有限元程序MIDAS/Gen对反力架进行仿真分析，其计算模型如图16所示：图16提升反力架计算模型（2）荷载与组合选用1.0（DL+LL）和1.4(DL+LL)的荷载工况（3）计算结果1）应力比分布结果（图17）图17提升反力架应力比云图提升时，提升反力架构件最大应力比为0.76<1.0,满足规范要求。2）变形分布图（图18）图18提升反力架DZ分布图（单位：mm）