某航站楼复杂曲面网架施工过程仿真分析

2016-01-16任金岭

黑龙江工业学院学报(综合版) 2015年1期

某航站楼复杂曲面网架施工过程仿真分析

任金岭

(中铁十八局集团建筑安装工程有限公司，天津300308)

摘要：某航站楼在复杂曲面网架施工时采用了基于基准块的安装方法，在预定区域设置安装基准块后吊装就位，然后分区按照既定顺序依次拼装其余网架。对网架的整个安装过程进行了施工模拟，结果表明，采用施工过程分析所得到的杆件应力大于静力分析结果，同时对少量杆件在施工过程中应进行加强。此研究对复杂空间结构的施工安全具有至关重要的作用，有利于指导施工全过程。

关键词：航站楼；曲面网架；施工过程分析

作者简介：任金岭，硕士，高级工程师，中铁十八局集团建筑安装工程有限公司。研究方向：钢结构。

文章编号：1672-6758(2015)01-0051-3

中图分类号：TU393.3

文献标识码：A

Abstract：Construction process analysis is very important for the safety of complex space structures. Erection method based on reference block is adopted during the construction of the complex surface steel grid structure of an airport terminal. The reference block is installed in presumptive area and then hoisted in place. The assembly of remaining grid is carried out in predetermined sequence. The simulation result of the whole construction process of the grid structure shows that the member stress is greater than static analysis. Several members are reinforced according to the result of the simulation.

对于复杂曲面钢网架结构，由于施工过程中随时存在着结构自由度数量的变化(如杆件的增加)、边界条件的变化(如临时支撑的增减)、荷载条件的变化(如增加屋面板、檩条、吊顶)等，采用具有施工过程分析功能的有限元软件对施工全过程进行仿真分析，是保障施工安全的重要手段。通过对各种不利因素进行分析和计算，验证不利因素对结构的影响是否属控制范围，提出合理的控制基准和方法，有利于指导施工全过程。[1]

1工程概况

本工程为某机场航站楼扩建工程，分为A、B、C三个分区，各区之间设置抗震缝，相互独立。其中A区(原T1航站楼新增部分)由分叉柱和斜柱等支撑柱支撑曲面网架结构，C区(新建功能区)由下部框架结构和曲面网架组成，B区为T1航站楼改造屋面钢结构部分，即在原T1航站楼的屋面上新建钢结构网架屋面。

A区网架为大跨度波浪形网架结构，面积为15994m2。网架最高点标高33.578m。用于支撑网架的钢柱为中央部位与2层楼混凝土柱顶固接的6根树枝钢管柱、16根竖直圆管柱、12根Y型柱和周边部位混凝土框架柱。树枝柱与网架的连接采用的是向心关节轴承铸钢铰接连接。A区网架螺栓球节点网架部分节点为焊接球结构。

B区改造屋面为大跨度波浪形网架结构，由指廊、左侧和右侧网架屋盖三部分组成。网架最高点距原屋面16.150m，成波浪形，每拱跨度约15m。网架的支持结构由支撑柱为四叉斜柱组成，所有钢柱都支撑在标高10.900m楼层柱顶上，屋盖螺栓球节点网架部分节点为焊接球结构。

C区主航站楼屋盖为大跨度波浪形网架结构，面积为11018 m2。网架最高点标高33.680m。用于支撑网架的钢柱为中央部位的2根树枝钢管柱、两边的7根Y型柱和其他部位框架柱。C区屋盖螺栓球节点网架部分节点为焊接球结构。

图1.1　整体结构分区平面示意图 Fig1.1　Partition map of the plan

图1.2　A区网架结构轴侧图 Fig1.2　Axonometric drawing of partition A

图1.3　A区网架结构剖面图 Fig1.3　Section of partition A

2网架安装总体方法

本工程网架安装均为先在预定区域设置网架安装基准块(其中A、C区基准块在其安装位置附近地面拼装，分别用260t和150t汽车吊吊装到位，B区基准块在屋面搭设满堂架原位拼装)然后分区域随钢框架安装进度，高空散拼剩余各区域网架。

A区和C区的基准块分别采用260t和150t汽车吊吊装就位。剩余散装杆件利用25t汽车吊上料，B区全部杆件均采用25t汽车吊，分别从T1航站楼指廊及T1航站楼左右两侧上料，屋面采用轨道平台及人力运输。在拼装过程中用全站仪对各控制节点进行中心位置控制。

A、C区临时支撑不采用满堂脚手架。经计算，A、C区网架安装时，除结构钢柱可以作为支撑点以外，需要另外设置支撑架作为网架安装时的临时支撑，因而其临时支撑系统为：结构钢柱+临时支撑架。该支撑系统可以有效加快施工进度。

临时支撑架的位置根据计算确定，确保施工全过程中网架所有杆件的强度及稳定性，并保证各节点的挠度不超过允许值。由于下部楼层标高位置的不同，支撑架支撑面标高由8.5m~26.2m不等，根据分块网架需要设置不同高度的支撑架。支撑架采用1.0m×1.0m×1.5m规格的组合式支撑架。

3网架安装过程及施工模拟

3.1基准块的安装及临时支撑架的布置。

以A区为例进行介绍。本区以a-24~a-25轴为基准块，先在地面进行拼装，将杆件按照图纸拼装成一个整体。基准块在A区的平面位置如图3.1所示。地面拼装后的基准块杆件应力如图3.2所示。

之后将基准块用260t吊车吊往指定位置，期间对基准块在吊起状态下的应力以及吊车其中能力、吊绳、卡环等进行了验算。

临时支撑架的总体平面布置图如图3.1所示，图中的支撑架根据安装顺序变换位置(新增/拆除)。

图3.1　基准块及临时支撑架的平面位置 Fig3.1　Position of ref. block and temporary support

3.2网架安装顺序及施工过程分析。

图3.2　基准块地面拼装后的杆件应力 Fig3.2　Member stress after ground assembly

采用结构分析有限元软件Midas进行施工过程分析，一共分为十个施工步骤，前九个步骤完成的区域如图3.3所示，其中第一步施工步骤分为五个小步骤(以基准块为基础，分别向陆侧和空侧两端扩展完成形成一片和基准块等宽的网架，施工过程中设置适当的临时支撑)；随后依次向横向两端同步施工(过程中根据计算需要安装或拆除临时支撑)。第十施工步骤为最后一批的临时支撑拆除及分叉柱安装(本次施工过程除了直立柱是开始安装就位的，其他分叉斜柱待网架就位后安装)。