中山博覽中心a區(qū)屋蓋主桁架卸載撓度變形監(jiān)測與分析

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1、中山博覽中心A區(qū)屋蓋主桁架卸載撓度變形監(jiān)測與分析安建民?劉旭光??張志東?劉鑫?王靖??李宇千中國建筑工程總公司????摘??要：中山博覽中心屋蓋采用大跨度鋼桁架結(jié)構(gòu)，主桁架跨度最大為90m，為保證安裝質(zhì)量和施工安全，施工前運(yùn)用有限元軟件模擬卸載工況，在施工過程種對主桁架卸載撓度變形進(jìn)行了監(jiān)測，并對結(jié)構(gòu)監(jiān)測值與模擬值進(jìn)行了比較分析。????關(guān)鍵詞：大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)?桁架撓度?變形監(jiān)測?有限元模擬分析1.工程概況????中山博覽中心項(xiàng)目位于廣東省中山市博愛六路（市黨校東），由美國SOM設(shè)計(jì)事務(wù)所及廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院聯(lián)合設(shè)計(jì)，總占地面積約250000?m2，其中建筑面積約120000

2、m2。地上主體結(jié)構(gòu)采用大跨度空間鋼管桁架結(jié)構(gòu)，總用鋼量約18000t。????整個(gè)屋蓋鋼結(jié)構(gòu)通過位于12軸線的溫度伸縮縫，劃分為A區(qū)、C區(qū)，見下圖1所示。其中A區(qū)自B軸至N軸通過格構(gòu)柱或核心筒柱，劃分為90m、54m、54m三跨，見下圖2所示，總長216米；東西方向從12軸至26軸長252米。屋蓋鋼結(jié)構(gòu)為雙向交錯(cuò)鋼管桁架結(jié)構(gòu)，其中主桁架沿12軸～26軸共15列，每列主桁架在B、G、K、N軸遇托架處斷開，并與托架相貫焊接。主桁架間距18m，高低交替呈波浪形，相鄰主桁架下弦中心線標(biāo)高分別為+18.150m、+13.650m，單榀主桁架高度約為4.5m～10m，主桁架下弦主要采用φ660

3、×14的鋼管，上弦主要采用φ610×14的鋼管，上、下弦垂直桿及腹桿尺寸為φ508×20、φ356×10等，從12軸～26軸共有4列托架，分別架立在B軸、G軸、K軸和N軸柱頂上，柱間距36米；沿B軸～N軸次桁架共19列，間距9m，每列次桁架遇主桁架處斷開，并與主桁架相貫或插板焊接連接。屋蓋鋼結(jié)構(gòu)通過單向或雙向滑動(dòng)盆式橡膠支座固定在鋼管格構(gòu)柱頂或鋼筋混凝土柱頂上。?15～26/B～G軸線區(qū)域?yàn)槌Ｄ暾箯d，見下圖1所示，該區(qū)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)有地下室及地上二層、三層樓層結(jié)構(gòu)。2.屋蓋安裝方案????本工程屋蓋桁架安裝跨度大、施工工期緊張，常年展廳上方屋蓋由于受其正下方地下室結(jié)構(gòu)影響，吊裝機(jī)械無

4、法直接進(jìn)入跨內(nèi)安裝。綜合考慮現(xiàn)場結(jié)構(gòu)場地及桁架結(jié)構(gòu)分布情況，經(jīng)過多種方案可實(shí)施性、經(jīng)濟(jì)性及工期等方面的比選，現(xiàn)場采用了“分段吊裝、高空散裝與累積滑移”相結(jié)合的安裝方法。????A區(qū)鋼屋蓋可分為累積滑移區(qū)、分段吊裝區(qū)和高空散裝區(qū)，見下圖3所示：????⑴分段吊裝????A區(qū)12～26/H～N軸線區(qū)域及12～14/B～G軸線區(qū)域,由于不存在地下室結(jié)構(gòu)影響，直接采用150t履帶吊將主桁架分兩或三段吊裝，其中K～N跨分為兩段吊裝，在高空支架上進(jìn)行對接。????⑵累積滑移????A區(qū)14～26/B～G軸線區(qū)域,由于場地內(nèi)存在地下室結(jié)構(gòu)，起重機(jī)械無法直接進(jìn)入跨內(nèi)進(jìn)行吊裝，現(xiàn)場采用“地面分段拼裝

5、、高空平臺組裝、累積滑移”的方法進(jìn)行安裝。分別在B軸線和G軸線上分別架設(shè)兩條高空滑移軌道，在26軸線外搭設(shè)36m拼接平臺，主桁架分為三大段在拼接平臺上對接，桁架拼裝采用150t履帶吊進(jìn)行作業(yè)。每拼裝完一個(gè)滑移單元，屋蓋整體滑移18m，將拼裝平臺騰空，進(jìn)行下一單元拼接，以此類推，直至完成。拼裝過程在分段點(diǎn)設(shè)置臨時(shí)格構(gòu)支撐，待18m跨滑移單元區(qū)域構(gòu)件拼裝焊接完畢，進(jìn)行臨時(shí)支撐拆除卸載。????⑶高空散裝????待滑移區(qū)域屋蓋結(jié)構(gòu)滑移就位后，進(jìn)行區(qū)域間的補(bǔ)檔，采用汽車吊進(jìn)行單件散裝。3.計(jì)算機(jī)模擬分析????⑴第15～16軸主桁架計(jì)算機(jī)模擬分析????選取累積滑移區(qū)90m跨第15～16軸

6、主桁架進(jìn)行有限元模擬分析，采用Midas/gen6.1.1軟件，建立桿件單元模型，如下圖9所示：????由于桁架跨度距離為90m，而且桁架截面高度作折線形變化，為較好的掌握桁架整體模擬沿跨度方向的下?lián)锨闆r，故在模擬計(jì)算時(shí)在桁架中部及北側(cè)懸挑區(qū)域設(shè)置TJ1～TJ5五個(gè)卸載節(jié)點(diǎn)，如下圖所示：????考慮到Midas模型沒有建入檁條，可以通過調(diào)整自重系數(shù)模擬加設(shè)此部分荷載。同時(shí)，考慮實(shí)際結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)加強(qiáng)，且部分桿件帶有加勁肋，因此有限元模型自重要小于實(shí)際結(jié)構(gòu)重量，這種差距同樣通過調(diào)整自重系數(shù)來減小。????①取自重系數(shù)為1.0進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果總反力為347t；按照深化設(shè)計(jì)圖紙所給材料表，統(tǒng)計(jì)現(xiàn)

7、場加工拼裝實(shí)際結(jié)構(gòu)自重為423t,對比原計(jì)算結(jié)果，將自重系數(shù)增至1.22。????②按自重系數(shù)1.22計(jì)算，結(jié)果總反力為423.2t，反映實(shí)際結(jié)構(gòu)自重荷載，提取相應(yīng)監(jiān)測點(diǎn)位移撓度為：?????③在第②種工況計(jì)算模型基礎(chǔ)上對支點(diǎn)施加水平荷載，以模擬實(shí)際結(jié)構(gòu)支座情況（見圖6），荷載值按支點(diǎn)豎向反力乘以摩擦系數(shù)確定，此處摩擦系數(shù)取0.15。????計(jì)算結(jié)果如下：????以上計(jì)算機(jī)模擬得到的各點(diǎn)撓度值時(shí)，結(jié)構(gòu)桿件應(yīng)力比無異常超標(biāo)情況出現(xiàn)。????⑵第24～25軸主桁架計(jì)算機(jī)模