大跨度空高结构

申请免费试用、咨询电话：400-8352-114

　1、缘起

　　目前，随着国民经济的不断发展，国内大跨度空间桁架类型的建筑日益增多。此种建筑，结构不拘一格，本身的自重超过一定范围，对主桁架的吊装方法多样。在我们近期承接的几个大跨度空间结构工程施工中，主桁架部分采用设立临时支撑加调节机构，分段吊装的方法，取得了一定的效果，但该方法比较复杂的是整个钢屋盖吊装就位成整体后支撑的拆除。现以广州体育馆为例，将我们在施工中的做法和体会发表出来，供业内同行参考。

　　2、主桁架吊装就位

　　广州体育馆是中华人民共和国第九届全国运动会比赛与闭幕式用馆，由法国著名设计师保罗·安德鲁设计。该馆由主场馆、训练馆和大众活动中心组成。三个场馆结构形式一样，下面我们将以主场馆为例说明问题。

　　体育馆钢屋盖由纵向主桁架、辐射桁架、周边箱形水平钢环梁、钢檩条及拉索组成。纵向主桁架断面呈倒梯形，采用钢管焊接而成，沿跨长断面和宽度发生变化，端部仅保留上弦断面。主场馆的主桁架跨度160m，既不是二次曲线，也不是三次曲线，而是一条由建筑师手绘的灵感曲线，空中定位难度非常大。为了保证主桁架高空精确定位和整个屋盖所有杆件在安装阶段的强度、稳定刚度的要求，我们在主桁架下方设立了12个钢支撑，主桁架支撑1－12号采用四根φ609×11的钢管，沿高度方向每2米用连接杆将钢管连接在一起，以增加其平面外刚度。为了调节主桁架的Z向标高，我们在钢支撑的顶部安装了专用调节机构。12个钢支撑将主桁架分为13段，最重段14吨。吊装顺序由中间向两端对称进行，吊装就位时标高相对于设计标高有一定的预起拱，待主桁架吊装完毕，开始吊装屋盖其它部分。

　　3、主桁架支撑拆除前的演算

　　当屋盖各主要组成构件全部组装完毕后，就要拆除钢支撑，屋盖的主要组成部分将发生较大的内力重分布，逐渐过渡到设计受力状态，形成空间共同受力以交付使用。但是，在钢支撑拆除以后，整个屋盖在自重作用下的变形情况和内力分布是否与设计最终状态吻合，拉杆强度、压杆强度及整体稳定计算应力是否小于钢材设计强度值。在拆顶过程中，钢支撑的拆除顺序怎样，钢支撑拆除过程是一个动态过程，屋盖内力是否均在弹性范围，按上述拆除顺序屋盖各杆件内力值是否均小于杆件弹性极限承载力。

　　以上问题，我们委托清华大学结构研究所使用Windows superSap99软件进行运算?清华大学结构研究所采用整个空间模型进行演算分析得出以下：主桁架挠度最大为67.2mm，位于主桁架跨度中点处、沿跨度垂直挠度逐渐减小，内力分布与设计最终状态吻合，拉杆强度、压杆强度及整体稳定计算应力小于钢材设计强度值。对于钢支撑拆除过程，使用计算机结构仿真技术，进行78次屋盖全模型计算，得出结论如下：

　　分布与设计最终状态吻合，拉杆强度、压杆强度及整体稳定计算应力小于钢材设计强度值。对于钢支撑拆除过程，使用计算机结构仿真技术，进行78次屋盖全模型计算，得出结论如下：拆除顺序为1＃、2＃、3＃、4＃、5＃、6＃、7＃、8＃、9＃、10＃、11＃、12＃，重复多轮，屋盖内力均在弹性范围，按上述拆除顺序屋盖各杆件内力值均小于杆件弹性极限承载力。

　　4、主桁架支撑拆除根据清华大学结构研究所的计算结果

　　我们确定屋盖中点施工控制下沉值为70mm，同时确定钢支撑拆除根据变形协调、卸载均衡的原则。通过设置在临时钢支撑上的调节机构，多次循环微量下降（每步不超过10mm）来实现载荷平稳转移。随着钢支撑的拆除，结构将发生较大的内力重分布，并逐渐过渡到设计受力状态。

　　在确定了拆除原则后，我们进行了各项准备工作：首先，在地面模拟作业，在存在载荷的情况下，转动千斤顶45°，测量出千斤顶下降的位移，熟悉千斤顶性能，同时做到拆除时同步、准确。其次，在每个钢支撑调节机构的中心活动钢管上按间距5mm作好下降位移标记，共标70mm.再次，在屋盖上选定固定检测点。最后，编制拆除网络图。

　　完成以上准备工作后，我们于2000年8月10日、11日两天通过7轮有条不紊地下降，主场馆主桁架顺利与调节机构脱离。

　　主场馆拆顶后的变形经华南理工大学测量教研室测量，与设计完全相符。

　　主场馆拆顶后的应力应变经华南建设学院西院工程抗震研究中心测试，与设计完全相符。

　　5、我们的体会

　　目前，国内大跨度空间桁架的安装方法很多，设立支撑，分段吊装，空中就位的方法相对而言具有安全性好，施工简便等优点。但这种方法也存在空间精确定位困难，支撑拆除对屋盖影响不易控制等缺点。我们在此类工程的施工中，采用在支撑上加一个钢制调节机构的方法，简单易行。由于调节机构可以精确调节Z向标高，因此，无论是吊装就位、还是屋盖下降，均可将复杂的标高控制转化为对调节机构中心活动钢管的控制。而通过多次循环微量下降调节机构中心活动钢管来平稳实现载荷转移，钢屋盖不会出现大的变形和应力集中。

　　我们与清华大学等几所大学的合作，也开辟了校企联合的一条新路。

　　经过近期几个工程的施工，我们对钢支撑加调节机构在大跨度空间桁架结构安装中的应用，取得了一定的效果，为以后类似工程的施工，提供了借鉴和经验。