大跨度钢架连廊临时胎架的设计分析

胡倩茜，沙峰峰

（江苏省建筑工程集团第二工程有限公司，江苏 苏州 215000）

0 引言

近些年来，随着经济高速发展，建筑形状和构造多样化发展，大量空中连廊在各类型建筑中相继出现，为了保证高空大跨度钢结构工程结构更加可靠安全，需采取相应的加固保护措施。SAP2000 有限元软件可以很方便且直观地建立复杂模型，在解决好平面布置、柱底连接和荷载输入等问题后，可以正确地进行结构计算和设计［1，2］。文献［3］～［6］通过 SAP2000 对钢结构建立有限元模型，进行模态分析和动力时程分析，分析研究了其动力特性。对于复杂的大跨度钢结构而言，由于在施工过程中，结构的变形和受力状态与成型后有很大的差异，所以需要利用各式各样的支撑胎架来保证结构的精度。同时不同的结构形式所用的胎架也是不相同的，因此选择最合理的胎架结构进行施工是很有必要的［7，8］。

本文以苏州阳澄湖景区配套酒店项目的结构实际工程为例，对大跨度钢架连廊临时胎架的设计进行分析讨论，为大跨度钢架连廊临时胎架的施工应用提供参考。

1 工程概况

苏州阳澄湖景区配套酒店项目位于苏州市相城区相融路西侧，背靠环秀湖，地理位置优越。其中，大跨度钢架连廊：宽度为 22 m，跨度 81 m；其底部标高+79.7 m，顶部标高 +94.75 m；桁架结构由 4 榀主桁架及次连系结构组成，自身高度 16.05 m。提升质量2 600 t。如图 1～图 2 所示。

图1 苏州阳澄湖景区配套酒店项目效果图

图2 大跨度钢架连廊三维图

2 临时胎架的设计要求及难点

1）需要根据本项目现场的实际作业环境，选择合适的临时胎架类型。

2）地下室面积大，覆盖了整个施工区域，材料进出必须经过地下室顶板的道路需采取加固保护措施。

3）钢结构的主体安装区域的中心到结构的边缘距离远，高度较高，限制了安装的吊装工艺，需要现场原位、错位地面拼装，故需设计合理的临时胎架进行支撑。

4）临时胎架需要满足正常使用状态下的变形和极限强度状态下的应力比要求。

3 大跨度钢架连廊临时胎架的设计

3.1 大跨度钢架连廊吊装区域临时胎架的设计

大跨度钢架连廊桁架由于单根构件截面大，板材厚，体积大，工厂分段组装无法运输，选择工厂单根构件加工后，在现场进行逐层逐根组装。由于构件的单根最大重量约 10 t，和现场施工条件场地限制，选择制作胎架承重，利用 200 t 履带吊配合组装。具体地面加固区域及现场布置如图 3～图 5 所示。加固材料主梁使用 HN-800×300×14×26，次梁使用 H650×300×11×17，上铺 4 500 mm×1 000 mm×220 mm 路基板，供履带吊来回行走。

图3 200 t 履带吊车行走区域加固平面布置图（单位：mm）

图4 200 t 履带吊车行走区域加固立面布置图（单位：mm）

图5 200 t 履带吊车行走区域临时胎架现场布置图

吊装区域采用 H 型钢梁架空做法，梁上口满铺路基板。H 型钢主梁搁置在地库混凝土柱头位置，细分次梁满铺路基板。

履带吊满载吊装荷载为 210 t，路基板荷载 250 kg/m2，轮压接地面积为 7.75×1.1×2=17.05 m2，平均轮压为 123 kN/m2，保守考虑吊装轮压靠近吊装区域采用200 kN/m2，另一侧轮压为 122 kN/m2。

3.2 大跨度钢架连廊拼装区域临时胎架的设计

大跨度钢架连廊在地下室顶板拼装，由于构件总重量约 2 600 t，为了防止对地下室顶板结构有影响，故拼装区域采取加固措施。在本区域所有地下有柱的位置顶端预埋埋件，横向 4 道钢梁采用工字钢 500×158×12×20 双拼在预埋件上安装焊接布置，有劲性柱超出地面的与劲性柱（报告厅劲性柱）直接焊接固定，有负下区域的采取直径 245 mm 的钢管做立柱进行顶撑，两端靠近 A/B 主楼结构是空洞，在 17 轴和 26 轴的 8 根主立柱侧面预埋钢牛腿，上方各横担800×300×14×26 H 型钢，与工字钢 500×158×12×20的双拼梁连接，有效将空中连廊的重量通过加固梁传至地下立柱。具体地面拼装区域及现场布置如图 6～图 8 所示。

图6 大跨度钢架连廊拼装地面加固平面布置图（单位：mm）

图7 大跨度钢架连廊拼装地面加固立面布置图（单位：mm）

图8 大跨度钢架连廊拼装地面临时胎架现场布置图

拼装区域采用 H 型钢梁及双拼工字钢梁架空做法，局部降板位置采用钢立柱。钢立柱及钢梁受力点均作用在地库混凝土柱头位置。

4 大跨度钢架连廊临时胎架的有限元分析

4.1 有限元模型建立

4.1.1 材料选择

临时胎架钢结构选用结构分析软件 SAP2000 进行有限元分析与计算，材料采用 Q355B，其屈服强度取为 355 MPa。其余相关参数选用如表 1 所示。

表1 材料参数取值

4.1.2 模型建立

在 SAP2000 中建立有限元模型时，结构钢柱采用Beam 单元，钢棒采用 Truss 单元，由于结构的造型复杂且侧向刚度较小，故钢管柱脚与混凝土基础采用刚性连接。具体模型如图 9、10 所示。

图9 吊装区域临时胎架的三维图

4.2 荷载施加及控制工况

结合相关临时胎架和实际施工情况，大跨度钢架连廊临时胎架主体的静力强度分析计算应考虑恒荷载、活荷载，控制工况主要考虑结构位移及材料应力的控制。

1）恒荷载。恒荷载主要是指钢结构本身的重量，包括钢结构自重及恒载。

图10 拼装区域临时胎架的三维图

2）活荷载。包括施工时的均匀分布荷载与端部最不利荷载。

3）结构位移限值。立柱取值f＜l/400 mm；主梁取值f＜l/400 mm。

4）材料应力控制。钢材的最不利应力比≤1。

4.3 有限元结果分析

通过 SAP2000 软件有限元分析，可计算出大跨度钢架连廊临时胎架所有杆件的位移变形与应力比值，如表 2 所示。

表2 杆件结构最大变形与最不利应力比

1）计算结果中，吊装区域临时胎架的最大位移为13.5 mm，拼装区域临时胎架的最大位移为 20 mm。最大位移远低于位移设计限值，大跨度钢架连廊临时胎架能够满足正常施工作业。

2）进行钢结构框架设计校核和有限元分析时，其中，大跨度钢架连廊吊装区域与拼装区域临时胎架的最大应力比值分别为 0.856 与 0.648，均低于设计规范所要求的最大应力比。由此可知，大跨度钢架连廊临时胎架结构的安全性是符合要求的，杆件也不会发生破坏，且结构稳定牢固。

5 结论

1）大跨度钢架连廊吊装区域临时胎架与拼装区域临时胎架的最大节点位移分别是 13.5 mm、20 mm，两者都在合理范围之内，表明设计的大跨度钢架连廊临时胎架具有较好的稳定性。

2）本文结合工程实例说明了临时胎架在钢结构工程中的广泛应用，并且通过有限元软件 SAP2000 建立了合适的钢结构三维模型，研究分析了在荷载工况下其整体力学性能，模拟得到的最大应力比满足 GB 50017—2003《钢结构设计规范》［9］要求。

3）本文主要讨论了大跨度钢架连廊临时胎架的设计分析，且以苏州阳澄湖景区配套酒店项目的结构实际工程为例，介绍了胎架的设计方案并对结构的受力进行了分析，提出由钢管型钢胎架和标准节胎架组成的组合式胎架因其受力精确、可重复利用等显著优点将会在大跨度钢架连廊中得到广泛应用，使钢结构的施工更加经济合理。Q