鱼腹式钢桁架安装施工技术

鱼腹式钢桁架安装施工技术

1空间钢桁架组成上海新国际博览中心扩建项目第八号展厅位于浦东新国际博览中心。它由展厅、连接室和走廊组成。展厅是一座大型空间建筑，平面尺寸为192m80m，建筑面积约18163m，有一个164米70米的大型非柱形展厅。展厅地板高17.4米，室内净高10米。屋顶结构由1672m长的鱼雷箱式钢框架组成（图1）。鱼腹式空间钢桁架横断面为菱形,每个空间桁架由4榀平面桁架组成,菱形断面的上面2榀平面桁架为三角形网格桁架,而下面2榀平面桁架为四边形网格的空腹桁架,每榀平面桁架在自身平面外根据桁架整体鱼腹式形状弯曲,使4榀平面桁架组成空间桁架且整体形成鱼腹形状。钢桁架杆件为钢管,节点为铸钢节点。每榀钢桁架菱形断面两侧边弦杆上节点处设连接板,通过高强螺栓将相邻钢桁架连接,单榀钢桁架重约145t。由于菱形截面结构刚度较小,需要较强的周边支承才能保证整个屋盖结构的整体性和刚度。因而要保证这种菱形截面空间桁架在施工中的刚度、稳定性以及安装几何精度,必须采用可靠的临时支承结构以及合理、简单、安全的施工方法和施工过程控制措施。本文根据该工程的特点,参照已有的研究成果和工程应用实例,提出了简单可行的施工控制方法,对该施工过程的难点环节、支承拆除卸载进行了深入地分析计算,为该工程施工操作提供了计算依据和安全保障,为类似工程的施工提供参考资料。2钢框架施工方案2.1施工阶段施工验证本空间钢桁架的鱼腹式曲线使得桁架节间高度连续变化,施工中桁架节点安装定位难度很大。同时,菱形截面形式使得桁架在施工过程中整体性和稳定性均较低,因而需要设置可靠的临时支承结构体系以保证该桁架结构在施工过程中的安全性和安装精度。本工程空间钢桁架采用高空原位拼装法施工,施工中需分两级搭设临时支承结构。作为桁架拼装施工过程中的临时支承结构,需要承受整个屋盖桁架的重量及施工荷载且应具有足够的刚度,以保证施工安全与安装精度。在屋盖桁架施工完成后,按计算要求的顺序和速度,解除临时支承约束并拆除临时结构,使所有空间钢桁架结构由施工阶段的多点支承转化为仅两端支承的实际大跨度状态。根据施工现场实际状况和钢桁架的安全与精度要求,本桁架施工过程中采用在下部混凝土地面上搭设一定高度的满堂脚手架支承平台,然后在该平台上安装保证施工中桁架结构稳定以及控制施工精度的桁架拼装用二级临时支承结构,二级支承结构的支承点设置在每榀钢桁架菱形截面两侧边的铸钢节点对应处。整个屋盖空间桁架支承结构的布置如图2所示。满堂脚手架的搭设范围为屋盖结构平面投影范围,整体平台高度距桁架菱形截面底部杆件0.5～1.0m左右。根据鱼腹式桁架在不同位置的不同标高,在满堂脚手架顶面至钢桁架菱形截面两侧边铸钢节点之间,设置体系稳定、刚度大且高度不同的桁架拼装用二级临时支承结构。每两榀相邻钢桁架间设置的拼装用二级临时支承结构为宽1m、长84m、高约1.05m的矮排架,排架顶面根据鱼腹式桁架曲线变化相应成阶梯状,以方便放置可调整的千斤顶,临时支承结构如图2所示。桁架菱形截面两侧支点形式如图3所示。2.2空间桁架施工顺序整个屋盖由16榀鱼腹式钢桁架组成,每榀钢桁架可分解为17个菱形横截面框架和这些框架间的弦杆与腹杆。每榀钢桁架安装顺序为由中间向两端,先安装中部三片菱形截面框架及其间弦管,由此组成一个稳定的安装单元,再由该单元向两端延伸安装施工,直到整榀桁架安装完成,单榀鱼腹式空间桁架施工顺序如图4所示。整个8#展馆屋盖桁架施工顺序同样为由屋盖的中间向两边延伸,由中部⑧和⑨轴线同步向两边①和轴线对称延伸安装,⑧和⑨轴线上的钢桁架按单榀鱼腹式空间桁架施工顺序同步安装施工,⑧→①轴线和⑨→轴线两个作业区桁架同步安装施工方案如图5所示。3在继承废物责任分析中3.1整体装卸过程由于钢桁架的跨度较大,施工阶段钢桁架的支承状态的不断变化,必然给钢桁架带来复杂的内力和位移变化,这就使得钢桁架的施工控制和模拟尤为重要。本次施工过程中采用整体卸载法,通过调整控制千斤顶的行程,实现支承点位置的逐步下降,并按照“逐渐逼近屋架在无支承情况下的挠度曲线”的原则来控制支承点的下降值。每榀钢桁架菱形截面两侧边的1、3、5、7、9、11、13、15、17号节点下支承点上设置螺旋千斤顶(图1),临时支承结构及千斤顶示意图如图2b所示。整体卸载过程分18步进行,每步各点卸载量如表1所示。屋盖整体卸载具体步骤如下:第1步,16榀桁架的9号支点同步卸载,即将32部千斤顶同步下降3mm。第2步,16榀桁架的7号、11号支点同步卸载,即将64部千斤顶同步下降3mm。第3步分3次完成,即:(1)16榀桁架的5号、13号支点同步卸载,即将64部千斤顶同步下降3mm;(2)16榀桁架的3号、15号支点同步卸载,即将64部千斤顶同步下降3mm;(3)16榀桁架的1号、17号支点同步卸载,即将64部千斤顶同时下降1mm。第4步分为5次完成,即:(1)16榀桁架的9号支点同步卸载,即将32部千斤顶同步下降3mm;(2)16榀桁架的7号、11号支点同步卸载,即将64部千斤顶同步下降3mm;(3)16榀桁架的5号、13号支点同步卸载,即将64部千斤顶同时下降3mm;(4)16榀桁架的3号、15号支点同步卸载,即将64部千斤顶同步下降3mm;(5)16榀桁架的1号、17号支点同步卸载,即将64部千斤顶同步下降1mm。第5步到第18步卸载过程与第4步相同,每步分5次进行。每次卸载下降后结构静置5min,以观察结构变形状态,并确定下一步操作方案。3.2专业拆卸和卸载控制方法3.2.1启动速度控制规定转动螺旋千斤顶半圈为卸载行程的控制单元,每个控制单元在15s内完成,待结构整体监测完成后方可进行下一控制单元作业。3.2.2不同支承点的具体位置本次选用的160kN千斤顶每转一圈升/降4.5mm,根据不同支承点的具体位置,各次卸载位移量分别按各自千斤顶的高度予以控制。每次卸载后,测量卸载点的标高,作为下一次卸载位移调整的参考值。卸载位移误差不超过1mm。3.2.3运营排名报告卸载过程中,对支承排架应进行全过程监测,支承排架的变形应反馈给总控制,以便及时控制卸载位移量和保证卸载过程的安全。3.2.4屋顶结构监测卸载中需实时监测桁架结构的变形和空间位形,并和理论计算数据比较,及时调整卸载方案,保证结构变形在设计及施工控制的范围内。3.3支柱约束反力因为拟对整个展厅结构进行同步整体卸载,故取整个结构进行计算分析,采用ANSYS软件建立结构整体计算模型,本计算模型中没有包含临时支承结构,在每榀菱形框架的两侧1、3、5、7、9、11、13、15、17号节点设置竖向支座约束,通过控制支座位移来模拟结构卸载过程,理论计算支承点处的位移按照预定的位移下降量控制,下部支承结构的弹性变形通过千斤顶的伸缩量调节。本文仅取结构中间部位标准桁架第④轴桁架的支承点约束反力作为代表,与现场测量结果进行比较,比较结果如图6所示。从图6的比较可以看出,理论计算结果和实测结果吻合较好,最大误差为21.0%,理论结果略小于测量结果,其主要原因是计算模型中未考虑铸钢节点和灯具重量等附加恒载,同时理论支座刚度总是大于支座实际刚度,另一方面,理论分析不能模拟实际结构中各种影响因素。4施工方案验证本文根据上海新国际博览中心8#馆屋盖鱼腹式空间钢桁架结构的施工方法,建立施工过程数值分析模型并对施工过程及临时支承拆除过程进行模拟计算,为该钢桁架施工及临时支承拆除控制提供了可靠的计算依据。现场实测得到的卸载过程中支承点的反力与计算结果比较表明,两组数据最大误差为21%,说明本文的理论模型与结构实际状态吻合良好且计算策略正确可靠;结果比较同时说明,该施工方法和临