大跨度厂房主梁起吊点的优化计算

罗晓风　胡铭　余绍洋　徐鑫

摘要在大跨度厂房主梁的现场起吊拼装过程中，为使其水平方向变形最小，需要选择合适的起吊点，以使主梁的安装孔位接近设计安装位置。为此，本文介绍用ANSYS软件预先计算并优化起吊点位置的方法，以提高实际工作效率。

关键词 主梁 吊装 水平变形

中图分类号：S611 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2016.07.080

0引言

由于施工场地及制造条件的原因，大跨度工业厂房的主梁安装过程，一般是将主梁先分段在工厂加工，运到工地，焊接成整体，再吊装到位，并固定于基础梁上，完成主体安装。在以往的吊装过程中发现，由于主梁的跨度较大，刚度较小，主梁在自重作用下水平变形较大，主梁与基础梁的安装孔位置相差较大，不得不憑经验在现场反复地寻找合适的吊点位置。为解决该问题，拟先用有限元软件计算，大致确定起吊点位置及起吊点的一般规律，找到合理起吊点的一般方法。

1计算模型及计算方法

以某跨度50m工字型截面工业厂房主梁为例，如图1。本文用ANSYS软件进行计算。

1.1建模

根据单根主梁实际吊装工作状态，选用beam3平面梁单元。虽然用空间梁单元更准确，但会增加建模的复杂程度，而且提高的计算精度有限。在工程计算上，选用beam3平面梁单元有足够的精度。

材料参数为：弹性模量E=2.1x10¹¹（N/m²），密度ρ=7850（kg/m³），泊松比ε=0.3。单位全部采用国际单位，长度单位取m，力的单位取牛顿Ⅳ。

实常数：工字钢截面参数为800×800×8×8。在ANSYS中，选择工字钢截面形状，输入该组数据后，即可获得截面面积及惯性矩，再将截面面积及惯性矩输入梁单元实常数项中。

生成几何模型：由于模型结构简单，采用由底向上的方式建模。即：先由几何参考生成关键点，再由关键点生成线的方式，建立模型。网格划分为0.1m。

1.2施加载荷及约束

起吊过程中，只有主梁的自重。重力作为载荷，重力加速度取g=9.8（m/s²）。根据起吊的特点，在主梁两侧的起吊点处设置垂直方向的位移约束，在主梁的中点处设置水平方向的位移约束。为使主梁平稳起吊，起吊点应基本对称布置。

本文的目的要寻找最合适的起吊点，使主梁的水平变形最小。所以，分别设置两点起吊及四点起吊方式进行比较。

13模型求解及计算结果

选择静力状态及current LS方式求解。图2是两点起吊方式中，两吊点均距两端1/2处的水平变形显示图。

表1是两点起吊方式中主梁的水平变形。表中起吊点位置是指，主梁一侧上分别距端部1/3、1/2、2/3三种位置之一，主梁另一侧起吊点对称设置。

为对比，仍在距端部1/3、1/2、2/3处的特殊位置上，对称选择四个起吊点计算。

表2是四点起吊方式中主梁的水平变形。表中起吊点位置是指，主梁一侧上第一及第二起吊点的位置分别在距端部1/3、1/2、2/3三种位置之一，主梁另一侧起吊点对称设置。

其中，四个起吊点均对称距两端1/3，2/3处的水平变形如图3。

通过以上模拟计算，可以知道，距两端1/3，2/3处设置四点起吊的方式，水平变形最小，是目前最优的起吊方式。而且这种起吊方式中，由于四个起吊点基本均匀对称分布，四个起吊点处的约束反力基本相近，有利于主梁的平稳起吊，较为理想。

2结论

ANSYS软件是一款工程上得到广泛应用的软件，其计算结果的可靠性已为大量工程实践所证实。用ANSYS软件计算大跨度厂房主梁起吊过程中的水平变形，具有操作简单，可靠性高的优点。

通过本例计算可知，两点起吊条件下，总的水平变形较大，而且垂直变形更大（未列出），都不利于主梁吊装到位进行安装。四点吊装条件下，水平变形较小，是一般规律。在四点起吊的条件下，又以在一侧的1/3及2/3两点处设置起吊点最优。

因为在软件上进行模拟计算，所以，可以很方便地设置多种计算条件，如本文中分别设置两点及四点起吊方式，起吊点设置在不同位置处。因而容易从多次选择的起吊点中，优选出水平变形最小的起吊点，作为实际起吊时的重要参考点。

本文侧重于介绍一种方法，供实际施工作为参考。由于模型计算及实际操作中总是具有一定的误差。所以，在实际施工中，应根据优选起吊点再作小范围的调整，可快速找到实际最佳起吊点，并为以后类似的起吊施工提供较好的工程经验。