大型钢结构屋盖整体卸载分析

2013-02-01石丹群徐美娟孙李晶

中国建材科技 2013年4期

石丹群徐美娟孙李晶

（1江苏省建筑工程质量检测中心有限公司，江苏南京 210028；2南京交通职业技术学院，江苏南京211188）

1 工程概况

某网球中心作为以网球比赛、训练为主的多功能体育、文化活动中心场所，总建筑面积约51199m2，其中地上建筑面积48708 m2，地下建筑面积2491m2。赛时观众总数为13598人，总用地面积约17公顷。为了满足赛事要求及多种使用功能需要，建筑采用了可开启式活动屋盖。主体结构平面呈圆形，采用钢筋混凝土框架结构体系。固定屋盖为空间管桁架构成的曲面钢结构体系，总重量约为1850吨，平面投影为直径136.67m圆形，东西向桁架最大跨度为35.1m，南北向桁架最大跨度为30.1m，如图1所示。

2 卸载分区

如图2所示，本工程卸载共分为3个区，一区为外圈16个柱子形成的区域，二区为四个大柱子形成的区域，其余部分为三区。1区16个支座，在嵌补杆件安装完成后，将支座搁置在设计位置，不进行完全固定，2区四个大柱子嵌补杆件安装完成后即进行完全固定，整体结构卸载后，1区16个支座在自重变形作用下将有部分支座出现拉力，支座先不固定可将此拉力完全释放掉，支座变形完成后再将1区16个支座进行完全固定[1]。

3 卸载有限元分析

钢结构屋盖整体合拢以后，在混凝土后浇带浇注完毕并养护强度达到80%设计强度时，即可进行整体卸载工作[2]。借助有限元分析软件MIDAS/Gen[3]，计算分析钢屋盖卸载前后的应力和变形情况。

图3 钢屋盖卸载前变形

根据卸载前和最终成形后的变形，确定卸载思路。卸载时一区处支点一次到位全部卸载，二区支点一次到位全部卸载，三区支点分三步循环卸载。三区分为左右支撑点和上下支撑点四个小分块，卸载时先卸载左右支撑点，再卸载上下支撑点，循环3次完成三区胎架卸载工作，每一个小分块内的支撑点卸载时采用“等比同步”卸载。

图4 钢屋盖卸载后变形

图5 1区支点卸载后变形图

通过全过程的卸载分析，可得知结构卸载过程中的应力变化情况，在1、2区支撑点胎架完全卸载后，结构变形如图5、图6所示。

图6 2区支点卸载后变形图

将结构卸载过程中典型部位的应力和应变情况绘出图表，结果如图7、图8所示，同时跟踪胎架反力的变化，以得到胎架在卸载过程中出现的最大反力。

卸载分析表明，按上述顺序进行胎架卸载，在卸载过程中，主体结构缓慢受力，变形均匀，在卸载过程中，没有出现受力及变形突变情况，典型部位屋盖的应力变化从40MPa逐渐增加到160MPa。竖向挠度从2mm逐渐增加到50mm。胎架在卸载过程中，最大反力为36t，胎架最大应力190MPa，满足强度要求，胎架变形较小，刚度要求亦可满足，胎架顶部通过缆风绳进行临时固定，其整体稳定性有保证，胎架稳定亦可满足。