简阳文体倾斜网架钢屋盖施工技术

邓良波，张宏达，吴楚桥，王雪林

浙江精工钢结构集团有限公司，浙江 绍兴 312030

1 工程背景

简阳文化体育中心4#楼属于中型乙级馆，主要功能为体育馆和全民健身馆，屋面总高度为42m，运动场上空为四角锥网架，全民健身馆上空为桁架。网架钢管采用Q345B热轧无缝钢管，节点为焊接空心球节点。网架最大圆管规格为Φ450mm×16mm，最小圆管规格为Φ76mm×4mm，球节点规格为WSR260mm×8mm～WSR500mm×25mm，网架支座采用成品球铰弹性支座。体育馆外侧幕墙构件为矩形管构件，截面尺寸为800mm×200mm×14mm（宽×高×厚），材质为Q345B。

4#楼屋盖为大跨度焊接球网架结构，最大跨度为64.8m。4#楼钢结构包括劲性钢骨柱、屋盖网架结构、屋盖桁架结构、幕墙网格结构、钢梁等。劲性结构分为地下和地上两部分，地下室部分根据塔吊起重能力进行分段，采用2-1#塔吊（TC6513型）分段吊装。地上部分劲性柱采用90t汽车吊进行吊装，分段位置位于钢梁或牛腿位置往上1.2m。

2 大跨度斜面网架的滑移轨道布设技术

轨道布置在结构杆件节点较强的位置，如支座、杆件节点处等。轨道布置尽量利用原有的结构柱、梁进行架设。滑轨布置数量必须满足滑移施工状态结构挠度小于自重状态下设计状态结构挠度。4#滑移轨道设置在4a-1轴和4a-10轴的混凝土梁上，滑轨采用16a槽钢，混凝土梁上沿450mm布置预埋件，槽钢与预埋件之间通过挡板连接；轨道共设置3条，其中4a-1及4a-10为主动轨，单条长度约75m，4a-5轴为被动短滑轨，轨道长度约17m。

3 滑移拼装平台设计

在4a-T～4a-Q轴交4a-1～4a-10轴之间位置搭设拼装平台，拼装平台尺寸为25m×67m，采用格构式支撑架搭设，支撑架之间采用钢管桁架连接。平台底部落于土建结构标高为22.45m的结构层上，局部位置落在二层（标高为5.4m）和看台结构层上，拼装平台示意图如图1所示。

图1 拼装平台示意图

3.1 设计参数

该工程采用通用有限元分析软件Midas Gen进行拼装平台的结构受力验算。

（1）荷载情况：恒载（D）为支撑架结构自重，自重系数为1.0；集中荷载（L）为网架拼装下弦球传递至平台的集中荷载。

（2）风荷载：Wx为x方向风荷载，根据荷载规范进行计算；Wy为y方向风荷载，根据荷载规范进行计算。

（3）荷载组合：标准工况为1.0D+1.0L1+0.4Wx；组合工况为1.2D+1.32L1+0.84Wx。

（4）边界条件：支撑架立杆底部采用铰接约束模拟，即约束x、y、z三向的水平位移，主次桁架与土建结构相连接的，均按三向铰接模拟。

（5）截面规格：支撑架平面尺寸为1.5m×1.5m，支撑架立柱圆管规格为Φ152mm×6mm，腹杆圆管规格为Φ74mm×4mm，材质均为Q345B。

3.2 计算模型

计算荷载示意图如图2所示，计算约束示意图如图3所示。

图2 计算荷载示意图

图3 计算约束示意图

3.3 计算结果

在标准组合作用、桁架受力最不利工况下，跨中最大竖向变形值为6.41mm，占跨度的1/1100；支撑架受力最不利工况下，支撑架最大竖向变形为3.30mm，出现在支撑架顶部，满足施工要求。

在标准组合作用下，最大水平位移产生在支撑架中部；其中桁架最大水平变形值为0.76mm，支撑架最大水平变形为1.38mm，满足施工要求。

在最不利荷载组合作用下，应力比最不利位置出现在桁架腹杆处，应力比为0.47＜1，满足承载力要求。

3.4 整体稳定验算

（1）将支撑架作为一个构件进行整体承载力计算时，需考虑其承受的轴向压力荷载和弯矩荷载。弯矩荷载设计值为支撑荷载的偏心距和风荷载作用的组合值，荷载计算过程如下。

①轴向压力设计值N：

式中：D1为支撑架自重，取50kN；D2为支撑荷载标准值，取50kN；L为施工活荷载，取8kN。

②支撑荷载偏型弯矩M1：

式中：e为偏心距，取0.1m。

③风荷载弯矩M2：

式中：支撑架高度H=30m；W1为单立杆顶部荷载，取0.72kN/m；W2为单立杆底部荷载，取0.52kN/m。

④弯矩设计值Mx：

（2）根据上述求得的轴向压力荷载和弯矩荷载，对支撑架进行整体承载力验算，计算过程如下。

①刚度验算。分肢长细比验算公式如下：

式中：[λ1x,λ1y]为立杆x、y方向分肢长细比；[λ]为分肢容许长细比。

式中：[0.7λox,0.7λoy,40]为缀板柱分肢长细比，不应大于构件两个方向长细比较大值的0.7倍，且不大于40。

斜缀条长细比验算公式如下：

式中：[λx′,λy′]为斜缀条x、y方向长细比；[λ′]为斜缀条容许长细比，[λ′]=150。

整体长细比验算公式如下：

式中：[λox,λoy]为换算长细比；[λo]为换算容许长细比，[λo]=100。

经验算，刚度满足要求。

②强度验算。验算公式如下：

式中：A为支撑截面总面积；Mx为最大弯矩；γx为截面塑性发展系数；W1x为毛截面模量。

经验算，N÷A+Mx÷(γx×W1x)≤f，f为抗压强度设计值，强度满足要求。

③稳定性验算。平面内弯矩计算公式如下：

式中：λn为正则化长细比；fy为钢材屈服强度设计值；λox为换算长细比。

当λn≤0.215时，稳定系数：

当λn＞0.215时，稳定系数：

式中：α1、α2、α3均为系数，分别取0.65、0.965、0.3。

验算公式如下：

式中：βmx为等效弯矩系数；Ex′为欧拉临界力。

经验算，N÷φxA+βmxMx÷{W1x(1-φxN÷NEx′)}≤f，f为钢材抗压强度设计值，稳定性满足要求。

④应力比验算。整体计算最大应力比n=0.23；n≤[n]，经验算，应力满足要求。根据以上计算结果可知，杆件承载力及变形满足要求，且承载力冗余合理。

4 结束语

文章对简阳文化体育中心4#楼的施工过程进行技术总结和分析，对倾斜滑移施工的基本工艺流程、技术要点进行了详细说明，并对此类结构的滑移措施设计、卸载工艺进行了进一步阐述，还简述了滑移平台验算的基本过程，涉及的施工技术和计算方法可为今后类似场馆类钢结构工程提供参考。