某大跨度悬挑钢连廊施工过程监测

杨伟 常志巍 郭郴 戚济恩 高峰

(1.福建省建筑科学研究院 福建福州 350025；2 福建省绿色建筑技术重点实验室 福建福州 350025；3.福建省建筑设计研究院 福建福州 350025；4.上海同济工程咨询有限公司 上海 200092)



某大跨度悬挑钢连廊施工过程监测

杨伟1,2常志巍3郭郴3戚济恩4高峰1,2

(1.福建省建筑科学研究院 福建福州 350025；2 福建省绿色建筑技术重点实验室 福建福州 350025；3.福建省建筑设计研究院 福建福州 350025；4.上海同济工程咨询有限公司 上海 200092)

以某大跨度悬挑钢连廊的施工过程进行变形和应力监测为例，介绍了钢连廊施工方案和监测内容及测点布置方案及其施工过程主钢梁的变形和关键受力部位应力的监测，对比分析了实测结果与理论数值模拟结果。结果表明，该钢梁的变形和应力值均在设计值允许范围内，结构处于安全状态。

大悬挑；钢梁；施工监测；数值模拟

1 工程概况

某大厦主体工程建筑高度主楼为149.9m，总建筑面积约为125 290m2，主要由一幢地上31层办公楼及2幢5层～7层附属楼组成，3幢楼在地下连通，地下室两层，地上由4座钢连廊连通。分别连接于主楼与东西楼之间，其中主楼与西楼之间为钢连廊 L1、L2、L3，主楼和东楼之间为钢连廊 L4，钢连廊分布情况，如图1所示。

钢连廊L1跨度27m，宽3.3m，连通西楼三层与主楼二层，连廊采用下承式桁架结构，桁架高度3.45m；钢连廊L2跨度23.7m，宽4.75m，连通西楼四层与主楼三层，连廊为单层钢梁形式。钢连廊L3分为上下两层，上层连廊跨度为42.6m，宽10.2m，连通西楼屋面层和主楼第五层；下层连廊跨度为42.6m，宽9.1m，连通西楼第四层和主楼第三层，均为钢梁形式；钢连廊L4位于主楼和东楼之间，跨度为51m，宽9m，连通主楼第五层和东楼第五层。由于钢连廊L3和L4均采用钢梁形式，且跨度和悬挑均比较大，需要对其施工过程进行监测，本文主要介绍L4施工过程监测情况。

2 施工方案

钢连廊施工在东西楼及主楼结构封顶，地下室顶板后浇带(沉降缝)施工完毕并达到强度后进行安装，安装时先安装连廊L3，再安装连廊L4。钢连廊L4采用350t履带吊作为主要吊装设备，主梁分成3段～5段，如图2所示。施工之前先在主梁分段处搭设胎架，主梁采用高空原位组装的方法[1-2]。次梁及其余小型构件单件吊装，采用高空散装的方法。

结合现场钢连廊布置及分段情况，临时胎架布置在钢梁分段处，且胎架尽量位于或靠近混凝土梁柱。胎架卸载时，根据结构应力分析值，将主梁钢楔子逐一由中间向两边的步骤进行均匀下调。重复由中间向两边进行钢楔子下调原则，逐步将主梁下钢楔子全部卸载悬空，达到支撑卸载目的。卸载顺序按照“变形大的位置先卸载，变形小的位置后卸载”原则，卸载从梁中向梁两侧依次卸载。每一级胎架卸载悬空后进行下一级卸载，具体卸载顺序如图3所示。

3 监测内容及测点布置

3.1 监测内容

钢连廊L4采用钢框架承重体系，钢梁跨度和悬挑大，胎架卸载过程中的施工监测极其必要[3-4]。监测内容如下：

(1)钢梁变形：主要监测主钢梁的跨中及悬挑端的变形。

(2)构件应力：主要监测主钢梁支座、跨中及牛腿根部等受力较大处的应力。

3.2 测点布置

3.2.1 变形测点布置

在钢连廊L4的外跨、内跨钢梁的端部、1/2、1/4、3/4处和悬挑端处均布设1个反光片，则钢梁共布设11个反光片，采用莱卡全站仪进行变形监测，具体布置位置详见图4。

3.2.2 应力测点布置

在(14)、(15)轴钢梁GXL-2靠近(D)轴端部(牛腿处)上下翼缘板以及(C)、(D)轴GXL-1(15)～(20)轴段约跨中部位上下翼缘板各布设1个振弦式应变计；即每个截面处均布置2个振弦式应变计(如截面1处，钢梁上翼缘上表面应变计记号为“1-1”，下翼缘下表面应变计记号为“1-2”，余同)，共计12个应变计进行应变监测。

4 施工过程数值模拟

复杂空间钢结构的成型过程如高空散装、整体滑移等施工技术从一系列构件或准结构逐渐安装形成最终结构的过程，施工过程中结构可能失去平衡而倾覆、或结构失去稳定而倒塌，也可能成型后的结构与设计状态相差甚远。数值模拟则是不可或缺的重要分析手段[5-7]。

4.1 MIDAS/GEN计算模型

根据施工部署，采用MIDAS/GEN软件对施工全过程(安装、卸载)分为14个施工阶段进行模拟，考虑结构自重、施工荷载和活荷载，如图7所示。部分施工阶段分析模型，如图8～图10所示。

4.2 数值模拟结果

限于篇幅，仅给出卸载完毕后结构的应力及变形结果，如图11和图12所示。由图可知，卸载后内外跨中、牛腿根部应力较大，变形则在内外跨中最大。

5 测试结果

5.1 变形测试结果

施工卸载过程及卸载10d后钢梁各测点变形监测结果见表1。

表1 卸载过程及10d后各测点的竖向变形值 mm

由表1可知，胎架卸载完成后，外跨主钢梁的跨中(测点C3位置)测点竖向的变形值最大，达到11mm；过了10d后测试，变形值则达到了13mm，小于理论计算值16mm(图12)。同样，内跨主钢梁的跨中(测点C9位置)测点竖向的变形值最大，达到9mm，10d后最终变形值达到10mm，与理论计算值9.9mm(图12)，基本吻合。钢梁悬挑端(测点C5位置)最终竖向变形的为3mm，接近于理论计算值2.7mm(图12)。

5.2 应力测试结果

根据施工过程分析可得卸载过程各测点应力时程理论计算值，其与实测值对比情况详见图13。由图13(a)～(d)中可知，在卸载过程中外跨主钢梁和悬挑端主钢梁牛腿处应力变化趋势与理论计算值吻合，但数值均小于理论值，与变形监测结果基本一致。图13(e)和(f)中可知，在卸载过程中内跨主钢梁应力测试结果与理论数值模拟结果非常接近，其中截面5-2处应力较理论值偏小，主要是限于现场条件，5-2应变计位置和5-1应变计位置不在同一截面处，相对5-1应变计位置离牛腿根部更远一些。

5.3 小结

从监测结果看，钢梁的应力和变形变化趋势相符，测试结果与理论计算值吻合，且未超过设定的预警值，构件应力变化范围均在设计允许值范围内。截至测试结束，构件的应力和变形处于稳定状态，可进行后续施工工序。

6 结论

成功地对某大厦钢连廊的胎架卸载过程中的钢梁应力和变形进行监测。主要结论如下：

(1)高精度莱卡全站仪测试钢梁的变形可满足工程精度需求；振弦式应变计测试钢梁的应力数据可靠，测试准确。

(2)钢梁的变形和关键部位的应力均在设计允许值范围内，数值模拟结果与实测值基本吻合。

(3)将测试结果及时汇报给业主、设计方和施工指导者，从而为保证结构的安全施工提供了技术保障。本案例可供相关类似工程参考。

[1] 宋国福，王海涛，张三虎.神华技术创新基地大跨度钢桁架施工技术[J].施工技术, 2011, 40(349): 55-58.

[2] 李太权，苏建成，邱国锋.临沂机场航站楼钢管桁架施工技术[J].建筑技术，2012,43(10)：873-876.

[3] 钱稼茹，张微敬，赵作周，等.北京大学体育馆钢屋盖施工模拟与监测[J].土木工程学报，2009,42(9):13-20.

[4] 邓晖.大跨度张弦桁架的施工与监测[J].建筑技术，2004,35(11)：822-823.

[5] 杨伟.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[J].福建建筑，2015,7:117-119.

[6] 伍小平，高振锋，李子旭.国家大剧院钢壳体施工全过程模拟分析[J].建筑结构学报，2005, 26(5): 40-45.

[7] 唐兴国，钟铁毅.北京电视中心高层钢结构施工模拟分析[J].北京交通大学学报, 2006, 30(1): 59-62.

Construction Process Monitoring of a Large Span Cantilever Steel Gallery

YANGWei1,2CHANGZhiwei3GUOChen3QIJi′en4GAOFeng1,2

(1.Fujian Academy of Building Research, Fuzhou 350025; 2.Fujian Provincial Key Laboratory of Green Building Technology, Fuzhou 350025；3.Fujian Provincial Institute of Architectural Design and Research, Fuzhou 350025;4. Shanghai TongJi Engineering Consulting Co, Ltd., Shanghai 200092)

Take a large span cantilever construction process of steel gallery of deformation and stress monitoring as an example. The construction scheme, monitoring contents and arrangement plan of monitoring points were introduced firstly. Then, the deformation of the main steel beam and the the stress of the key parts were both monitored in the construction process. Also, the experimental results and numerical simulation results were compared and analyzed. The results show that the deformation and stress of the steel beam are in the allowable range, and the structure is in a safe state.

Large cantilever; Steel truss; Construction monitoring; Numerical simulation

杨伟(1979.10- )，男，高级工程师。

E-mail:ywluck@126.com

2016-06-30

TU745.2

A

1004-6135(2016)10-0063-04