青岛温泉国际博览中心大跨空间钢结构施工分析

2014-09-20李鑫奎

建筑施工 2014年11期

季文李鑫奎

1. 上海建工集团海外事业部上海 200032； 2. 上海建工集团工程研究总院上海 201114

1 工程概况

青岛温泉国际博览中心由10 个标准展馆、2 个登录大厅和1 个多功能厅组成，本单位承担其中2 个标准展馆和1 个北登录大厅的施工（图1）。标准展厅长宽为70.5 m×171.7 m，高度为17.8 m，钢屋盖为管桁架，管桁架跨度为68.3 m，桁架最高处为4.9 m。北登录大厅为长弯形，长宽为36.2 m×160.3 m，高度为20.18 m，钢屋盖为长度52.8 m的管桁架，跨度27.8 m，悬挑15 m。

图1 工程结构示意

2 施工现场概况及总体施工路线

2.1 现场概况

标准展厅钢结构吊装施工期间，四周结构柱已经完成，两侧附房刚开始施工，展馆中间电缆沟即将开挖施工，随后混凝土地面施工。

2.2 标准展厅总体施工路线

展厅没有采用支撑分段吊装施工的条件。通过研究分析，标准展厅采用整体吊装方案较为适合。整榀桁架采用双机抬吊方式进行吊装，履带吊自一端开始吊装，然后逐步后退，最后从另一侧附房侧面预留空间处退出（图2）。

图2 标准展厅整体吊装流程示意

2.3 北登录厅总体施工路线

北登录厅钢结构吊装期间施工室内电缆沟以及混凝土地坪，但由于Y形柱的存在可作为支撑进行分段吊装。桁架吊装时采用单机吊装，先吊装主柱与Y形柱之间桁架，然后再拼装Y形柱外侧部分（外侧需要支设临时支撑进行固定）。

3 标准展厅吊装分析[1-5]

3.1 屋盖桁架整体吊装分析

吊装前需要对整榀桁架进行吊装验算，通过仿真计算分析确定吊装是否安全可靠，是否需要采取其他措施。

本工程的工况分析采用通用有限元分析设计软件MIDAS/Gen，计算时考虑构件自重、起吊冲击，计算采用梁单元进行模拟，约束采用约束吊点处竖向位移，同时约束其中一个吊点的其他2 个方向线位移。计算结果如图3所示。

图3 整榀橇架吊装计算结果

由计算结果可知，桁架吊装过程中竖向位移为（Dz）50 mm，最大变形发生在跨中位置。平面外变形（Dx）0.4 mm，最大变形发生在跨中1/4、3/4位置。构件最大拉应力为36 MPa，最大压应力为－47 MPa，分析可知，双机抬吊不会造成桁架平面外失稳，吊装过程中桁架自身变形和受力均满足规范要求。

3.2 标准展厅端头悬挑桁架吊装分析

标准展馆端部悬挑桁架上部与主桁架交叉，下部与悬挑钢梁相连，形成了悬挑钢梁、端部悬挑桁架、钢管主桁架三者共同的受力体系（图4）。

图4 标准展馆端部结构示意

由上图分析可知：（a）种结构钢桁架上部外伸较短对下部悬挑钢梁和主桁架影响较小。（b）种结构对悬挑钢梁和主桁架影响较大，如施工工艺不合理容易造成主桁架受到较大上挑力，悬挑钢梁受到向下压力，这对主桁架和悬挑钢梁的安全及悬挑钢梁处标高控制极为不利。

通过采用有限元仿真计算得到以下结果（图5、图6）。由图5、图6可知，主桁架吊装后跨中最大挠度为50.5 mm。端部悬挑桁架施工完成后主桁架跨中最大挠度变为24.6 mm，一层悬臂钢梁最大挠度为12 mm，由此可见端部桁架对主桁架标高变化影响达25 mm。

由应力云图计算结果可知结构应力分布于80～－90 MPa之间，远小于材料容许应力，吊装施工结构处于安全状态。

图5 端桥架变形

图6 端桥架应力

综上，端桁架对主桁架变形影响较大，主桁架进行预变形时应充分考虑端桁架的影响，同时端桁架的1层悬挑段在进行标高定位时，也应该考虑端桁架变形对悬挑部分变形的影响。

4 北登录厅吊装施工分析

北登录厅钢结构施工难点主要在于悬挑区域施工及施工过程中V形钢柱的稳定性及精准度，因此施工前需要对吊装过程进行全面模拟分析。北登录厅由于外侧混凝土柱刚度较大对计算结果影响较小，故建模过程中以约束代替混凝土柱。由建模结果可知，V形钢柱右侧端头位移最大Dy达到19.3 mm，由于钢管桁架杆件拼装精度极为关键，相贯线是否标准直接影响结构的受力，因此柱头出现向内19.3 mm的位移应予以充分考虑，即右端V形钢柱安装时应予以预先偏移，待V形钢柱安装完成后其柱头位置与设计相符。