大跨度空高結(jié)構(gòu)

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　1、緣起

　　目前，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，國(guó)內(nèi)大跨度空間桁架類型的建筑日益增多。此種建筑，結(jié)構(gòu)不拘一格，本身的自重超過一定范圍，對(duì)主桁架的吊裝方法多樣。在我們近期承接的幾個(gè)大跨度空間結(jié)構(gòu)工程施工中，主桁架部分采用設(shè)立臨時(shí)支撐加調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，分段吊裝的方法，取得了一定的效果，但該方法比較復(fù)雜的是整個(gè)鋼屋蓋吊裝就位成整體后支撐的拆除?，F(xiàn)以廣州體育館為例，將我們?cè)谑┕ぶ械淖龇ê腕w會(huì)發(fā)表出來，供業(yè)內(nèi)同行參考。

　　2、主桁架吊裝就位

　　廣州體育館是中華人民共和國(guó)第九屆全國(guó)運(yùn)動(dòng)會(huì)比賽與閉幕式用館，由法國(guó)著名設(shè)計(jì)師保羅·安德魯設(shè)計(jì)。該館由主場(chǎng)館、訓(xùn)練館和大眾活動(dòng)中心組成。三個(gè)場(chǎng)館結(jié)構(gòu)形式一樣，下面我們將以主場(chǎng)館為例說明問題。

　　體育館鋼屋蓋由縱向主桁架、輻射桁架、周邊箱形水平鋼環(huán)梁、鋼檁條及拉索組成?？v向主桁架斷面呈倒梯形，采用鋼管焊接而成，沿跨長(zhǎng)斷面和寬度發(fā)生變化，端部?jī)H保留上弦斷面。主場(chǎng)館的主桁架跨度160m，既不是二次曲線，也不是三次曲線，而是一條由建筑師手繪的靈感曲線，空中定位難度非常大。為了保證主桁架高空精確定位和整個(gè)屋蓋所有桿件在安裝階段的強(qiáng)度、穩(wěn)定剛度的要求，我們?cè)谥麒旒芟路皆O(shè)立了12個(gè)鋼支撐，主桁架支撐1－12號(hào)采用四根φ609×11的鋼管，沿高度方向每2米用連接桿將鋼管連接在一起，以增加其平面外剛度。為了調(diào)節(jié)主桁架的Z向標(biāo)高，我們?cè)阡撝蔚捻敳堪惭b了專用調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。12個(gè)鋼支撐將主桁架分為13段，最重段14噸。吊裝順序由中間向兩端對(duì)稱進(jìn)行，吊裝就位時(shí)標(biāo)高相對(duì)于設(shè)計(jì)標(biāo)高有一定的預(yù)起拱，待主桁架吊裝完畢，開始吊裝屋蓋其它部分。

　　3、主桁架支撐拆除前的演算

　　當(dāng)屋蓋各主要組成構(gòu)件全部組裝完畢后，就要拆除鋼支撐，屋蓋的主要組成部分將發(fā)生較大的內(nèi)力重分布，逐漸過渡到設(shè)計(jì)受力狀態(tài)，形成空間共同受力以交付使用。但是，在鋼支撐拆除以后，整個(gè)屋蓋在自重作用下的變形情況和內(nèi)力分布是否與設(shè)計(jì)最終狀態(tài)吻合，拉桿強(qiáng)度、壓桿強(qiáng)度及整體穩(wěn)定計(jì)算應(yīng)力是否小于鋼材設(shè)計(jì)強(qiáng)度值。在拆頂過程中，鋼支撐的拆除順序怎樣，鋼支撐拆除過程是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，屋蓋內(nèi)力是否均在彈性范圍，按上述拆除順序屋蓋各桿件內(nèi)力值是否均小于桿件彈性極限承載力。

　　以上問題，我們委托清華大學(xué)結(jié)構(gòu)研究所使用Windows superSap99軟件進(jìn)行運(yùn)算?清華大學(xué)結(jié)構(gòu)研究所采用整個(gè)空間模型進(jìn)行演算分析得出以下：主桁架撓度最大為67.2mm，位于主桁架跨度中點(diǎn)處、沿跨度垂直撓度逐漸減小，內(nèi)力分布與設(shè)計(jì)最終狀態(tài)吻合，拉桿強(qiáng)度、壓桿強(qiáng)度及整體穩(wěn)定計(jì)算應(yīng)力小于鋼材設(shè)計(jì)強(qiáng)度值。對(duì)于鋼支撐拆除過程，使用計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)仿真技術(shù)，進(jìn)行78次屋蓋全模型計(jì)算，得出結(jié)論如下：

　　分布與設(shè)計(jì)最終狀態(tài)吻合，拉桿強(qiáng)度、壓桿強(qiáng)度及整體穩(wěn)定計(jì)算應(yīng)力小于鋼材設(shè)計(jì)強(qiáng)度值。對(duì)于鋼支撐拆除過程，使用計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)仿真技術(shù)，進(jìn)行78次屋蓋全模型計(jì)算，得出結(jié)論如下：拆除順序?yàn)?＃、2＃、3＃、4＃、5＃、6＃、7＃、8＃、9＃、10＃、11＃、12＃，重復(fù)多輪，屋蓋內(nèi)力均在彈性范圍，按上述拆除順序屋蓋各桿件內(nèi)力值均小于桿件彈性極限承載力。

　　4、主桁架支撐拆除根據(jù)清華大學(xué)結(jié)構(gòu)研究所的計(jì)算結(jié)果

　　我們確定屋蓋中點(diǎn)施工控制下沉值為70mm，同時(shí)確定鋼支撐拆除根據(jù)變形協(xié)調(diào)、卸載均衡的原則。通過設(shè)置在臨時(shí)鋼支撐上的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，多次循環(huán)微量下降（每步不超過10mm）來實(shí)現(xiàn)載荷平穩(wěn)轉(zhuǎn)移。隨著鋼支撐的拆除，結(jié)構(gòu)將發(fā)生較大的內(nèi)力重分布，并逐漸過渡到設(shè)計(jì)受力狀態(tài)。

　　在確定了拆除原則后，我們進(jìn)行了各項(xiàng)準(zhǔn)備工作：首先，在地面模擬作業(yè)，在存在載荷的情況下，轉(zhuǎn)動(dòng)千斤頂45°，測(cè)量出千斤頂下降的位移，熟悉千斤頂性能，同時(shí)做到拆除時(shí)同步、準(zhǔn)確。其次，在每個(gè)鋼支撐調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的中心活動(dòng)鋼管上按間距5mm作好下降位移標(biāo)記，共標(biāo)70mm.再次，在屋蓋上選定固定檢測(cè)點(diǎn)。最后，編制拆除網(wǎng)絡(luò)圖。

　　完成以上準(zhǔn)備工作后，我們于2000年8月10日、11日兩天通過7輪有條不紊地下降，主場(chǎng)館主桁架順利與調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)脫離。

　　主場(chǎng)館拆頂后的變形經(jīng)華南理工大學(xué)測(cè)量教研室測(cè)量，與設(shè)計(jì)完全相符。

　　主場(chǎng)館拆頂后的應(yīng)力應(yīng)變經(jīng)華南建設(shè)學(xué)院西院工程抗震研究中心測(cè)試，與設(shè)計(jì)完全相符。

　　5、我們的體會(huì)

　　目前，國(guó)內(nèi)大跨度空間桁架的安裝方法很多，設(shè)立支撐，分段吊裝，空中就位的方法相對(duì)而言具有安全性好，施工簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。但這種方法也存在空間精確定位困難，支撐拆除對(duì)屋蓋影響不易控制等缺點(diǎn)。我們?cè)诖祟惞こ痰氖┕ぶ?，采用在支撐上加一個(gè)鋼制調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的方法，簡(jiǎn)單易行。由于調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)可以精確調(diào)節(jié)Z向標(biāo)高，因此，無論是吊裝就位、還是屋蓋下降，均可將復(fù)雜的標(biāo)高控制轉(zhuǎn)化為對(duì)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)中心活動(dòng)鋼管的控制。而通過多次循環(huán)微量下降調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)中心活動(dòng)鋼管來平穩(wěn)實(shí)現(xiàn)載荷轉(zhuǎn)移，鋼屋蓋不會(huì)出現(xiàn)大的變形和應(yīng)力集中。

　　我們與清華大學(xué)等幾所大學(xué)的合作，也開辟了校企聯(lián)合的一條新路。

　　經(jīng)過近期幾個(gè)工程的施工，我們對(duì)鋼支撐加調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)在大跨度空間桁架結(jié)構(gòu)安裝中的應(yīng)用，取得了一定的效果，為以后類似工程的施工，提供了借鑒和經(jīng)驗(yàn)。