福州海峡国际会展中心扩建工程东区钢桁架施工过程数值模拟

2015-12-11杨伟

福建建筑 2015年7期

杨伟

(福建省建筑科学研究院福建福州 350025)

1 工程概况

福州海峡国际会展中心位于福州市仓山区，北邻闽江，南临福州火车南站，是国内最大单体会展中心之一，也是亚洲第二大会展中心，于 2010年竣工投入使用。福州海峡国际会展中心由会议中心和两个展馆组成;根据需要现扩建东西两个展馆，两个场馆均呈椭圆形(图1)。

扩建工程总建筑面积约46809m2，东西向宽282m，南北向长84m，建筑高度17m，主要为地上一层，局部为地下一层，地下建筑面积为7740m2，主要结构形式为钢结构。空间模型及平面布置如(图2、图3)所示。

图1 福州海峡国际会展中心扩建项目分布示意图

图2 会展中心扩建工程项目钢结构空间模型

图3 会展中心扩建工程项目钢结构平面布置

钢结构桁架最高高度15.252m，支座标高10.122m，桁架最大长度约 67.694m，最大截面高度约 4.63m，最大宽度3.0m，最大单榀桁架净重约127吨。主桁架共计23榀，2～6轴、20～24轴为两端落地桁架，7～8轴、18～19轴一端落地一端支撑在钢柱上，9～17轴为两端支撑在钢柱上。三类典型桁架如(图4)所示。

图4 三类典型桁架样式

2 桁架施工方案

本工程主桁架吊装采用大型吊机桁架整体吊装和分段吊装的方法[1～5]进行吊装，即:

(1)9～17轴9榀桁架，在现场拼装平台上利用专用胎架进行拼装，并整体进行吊装。

(2)2～6轴和20～24轴主桁为双侧落地桁架，制作时分5段拼装、吊装(图5)。中间段端部设千斤顶用以承重支撑格构柱主桁架并调整其标高。

图5 双侧落地桁架分5段拼接

(3)落地桁架吊装需用塔式扒杆支撑[7]，每榀支撑扒杆需H=12m×4组，安装周转需24组塔式扒杆(图5)。

(4)桁架拼装焊接完成后，经自检合格后，报监理验收，邀请第三方进行焊缝检测[7]。第一榀桁架安装完成后防止平面外失稳需用4根16mm钢丝绳配合5T手拉葫芦临时固定在地锚上(图6)。

图7 中间榀主次桁架吊装后示意图(第9～17轴主桁架吊装完成)

(5)第二榀安装完成后吊车不落钩立即安装桁架中间的4榀次桁架，形成空间体系吊车才能落钩。以此类推9～17轴主次桁架(图7)。

(6)为考虑施工安全及操作空间需求，7～8，18～19轴桁架为半落地桁架，每榀需分2段进行安装，先进行落地段的施工，再进行中间拼接段吊装;2～6，20～24轴桁架为两端落地桁架，每榀分3段进行安装，同样先进行两端落地段的施工，然后再进行中间拼接段吊装。

3 施工过程数值模拟分析

3.1 施工模拟工况分析

根据上述吊装方案及结构的受力特点，对以下几个施工工况进行数值模拟分析。即:

模拟工况一:东西侧钢框架安装完毕，第一榀主桁架吊装(即第13轴主桁架整体吊装)完毕。

模拟工况二:第12和第14轴主桁架及其间的4榀次桁架吊装完毕。

模拟工况三:中间9榀(即9轴～17轴)主桁架，整体吊装完毕。

模拟工况四:第8轴和18轴一端落地主桁架施工完毕，支撑架已卸载。

模拟工况五:第6轴和16轴两端落地主桁架施工完毕，支撑架已卸载。

下面将分别对以上关键施工过程进行数值模拟分析。

3.2 模拟工况一

经分析，得到结构在自重作用下的位移云图和组合应力云图如(图8、9)。桁架最大挠度出现在主桁架跨中位置，挠度值为42.9mm;桁架最大拉应力为36.4N/mm2，出现在主桁架跨中下弦杆位置;桁架最大压应力为－48.6N/mm2，出现在主桁架跨中上弦杆位置。以上满足设计要求。

图8 模拟工况一位移云图(单位:mm)

3.2 模拟工况二

经分析，得到结构在自重作用下的位移云图和组合应力云图(图9、图10)。桁架最大挠度出现在第13轴主桁架跨中上弦节点位置，挠度值为49.4mm;桁架最大拉应力为42.8N/mm2，出现在第13轴主桁架跨中下弦杆位置;桁架最大压应力为－45.4 N/mm2，出现在第13轴主桁架跨中上弦杆位置。以上满足设计要求。