大跨度弧形梁吊装施工验算关键环节

2017-03-09雷晓花王景阳张军良苏建成

中国建筑金属结构·上半月 2017年2期

关键词：支撑

雷晓花++王景阳++张军良++苏建成++高蕊

【摘要】本文分析了某大型家居城的大跨度弧形钢梁在安装的各个阶段的内力和变形，在安装过程中增设了缆风绳保证结构的侧向稳定，分析其在完成状态前后的受力状态，提出了将钢梁靠近跨中两道系杆修改为桁架式系杆，在支座位置增设抗剪键等措施，保证结构的安全。

【关键词】施工验算；钢梁吊装；吊耳；缆风绳；抗剪键；支撑；系杆

随着钢铁工业和建筑行业科技水平的发展，以及计算手段的不断完善和制造水平的迅速提高，20世纪80年代以后，具备优越抗震性能和环保性能的钢结构建筑在我国进入了飞速发展的阶段，涵盖了从普通的民用建筑、超高层建筑、大跨空间结构到桥梁工程、工业建筑和特种钢结构各类建筑，遍及建筑行业的各发展方向。鸟巢、水立方、国家大剧院、中央电视台新台址等众多钢结构建筑的经典之作代表着我国的钢结构设计制造水平进入了全新的发展阶段。

在建筑结构工程中，钢结构工程具有一定的特殊性。其特殊性首先表现在钢结构工程的构件有很大的比例是在工厂生产，现场进行拼装、吊装、连接工作。在施工过程中，会出现很多非完成状态。由于施工阶段结构的受力状态与运营阶段的受力状态不同，有可能导致某些构件受力符号发生改变或承载能力不足，因此根据施工组织提出的施工方案，必须对各控制阶段进行施工验算，计算施工荷载作用下各构件的内力和变形情况，用以分析施工过程各环节构件自身的安全性和就位前的弹性变形情况。如果施工工况下构件应力过大或者变形过大就要根据计算结果调整施工方案或采取一定的措施，将构件应力和变形控制在规范和设计允许的合理范围内，并根据计算结果提出施工过程中应注意的事项。

1. 工程概述

为了满足特殊功能和建筑造型的需要，某大型家居城的光棚屋面被設计成大跨度弧形梁结构，弧形梁结构跨度38.6m，拱高7.5m，钢梁截面选用H（700～1500）X300X8X12，为焊接H型变截面，材质Q235B。结构安装后支座底标高为14.410m和28.210m，支座为铰接。纵向水平荷载由屋面支撑和系杆传递，保证结构侧向的稳定。光棚结构三维透视图见图1。

2. 构件施工状态分析

验算前首先要确定需要验算的构件工况，包括构件存在状态和该状态下的荷载状况。存在状态是指对应具体的施工方案，施工过程中构件和结构存在哪些施工状态。荷载状况是指某一特定施工状态，研究的对象受到哪些荷载的作用。

图1 光棚结构

图2 弧形梁剖面

本工程大跨度弧形钢梁施工过程为：分三段在工厂加工，运输至现场后在操作平台上组拼成整体，再利用汽车吊吊装，并安装支撑和水平系杆，最后安装檩条和屋面板。

通过对弧形梁的施工过程的分析确定该构件悬吊（图3所示）、就位安装支撑和系杆、屋面板安装后工况。

施工验算中需要计算的内容有：吊绳的强度、构件强度、面内外的稳定性、构件的挠度位移、侧向支撑的强度等。

4.钢梁就位后验算

钢梁就位后，由于钢梁间距较大，在安装屋面板前，各榀钢梁将直接承受风荷载的作用，结构处于不利状态，为此本工程中对安装屋面板前的状态和完成状态对该结构进行了验算。验算采用三维空间模型，两端为铰接，结构设有交叉支撑和系杆，支撑采用20号圆钢，Q235B。计算中风荷载取值分别为完成之前采用10年一遇的的风压；完成后采用50年一遇风压。安装屋面板前计算结果：

4.1支座的地脚锚栓抗剪承载力应力比接近于1.0，安全裕度较小。

4.2 8根支撑强度不满足，2根刚性系杆强度及稳定不。

4.3受纵向风荷载作用时，结构沿y向的位移最大值较大，最大为51。

4.4支撑采用圆20，当超过应力比2.0的支撑最先退出工作后，其余支撑相继发生破坏，刚性系杆屈服，光棚梁稳定应力超限，结构失去稳定，发生倒塌。

5.对结构的建议

根据安装过程中的验算结果和节点分析，为此我们对该工程提出了如下修改：

5.1支座节点修改

经现场复测，光棚地脚螺栓位置混凝土上皮标高相差较大，以图纸标高为基准，最大偏差为+130/-80，且已安装完成的地脚螺栓位置存在偏差，为将光棚安装标高统一并调整地脚螺栓偏差，采取加大梁底板和在底板下方设置钢短柱两种方式，见图12所示。

图12a 支座设计节点图12b 修改后支座节点

由于地脚处剪力较大，且锚栓由原先施工单位进行安装，安装偏差较大，为此建议设计院增加了抗剪键，2件角钢的纵向抗剪承载力为492KN，4根M24的化学锚栓的抗剪承载力为311.2KN，大于柱脚在施工过程的各个阶段实际的水平力，保证了地脚剪力的传递，构造见图13。

5.2支撑系统修改

由于光棚钢梁跨中截面高度1500mm，截面较高，为了保证钢梁面外的稳定性，将钢梁靠近跨中两道系杆进行修改，将单系杆改为桁架式系杆。