季 文 李鑫奎

1. 上海建工集團(tuán)海外事業(yè)部 上海 200032； 2. 上海建工集團(tuán)工程研究總院 上海 201114

1 工程概況

青島溫泉國際博覽中心由10 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)展館、2 個(gè)登錄大廳和1 個(gè)多功能廳組成，本單位承擔(dān)其中2 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)展館和1 個(gè)北登錄大廳的施工（圖1）。標(biāo)準(zhǔn)展廳長寬為70.5 m×171.7 m，高度為17.8 m，鋼屋蓋為管桁架，管桁架跨度為68.3 m，桁架最高處為4.9 m。北登錄大廳為長彎形，長寬為36.2 m×160.3 m，高度為20.18 m，鋼屋蓋為長度52.8 m的管桁架，跨度27.8 m，懸挑15 m。

圖1 工程結(jié)構(gòu)示意

2 施工現(xiàn)場概況及總體施工路線

2.1 現(xiàn)場概況

標(biāo)準(zhǔn)展廳鋼結(jié)構(gòu)吊裝施工期間，四周結(jié)構(gòu)柱已經(jīng)完成，兩側(cè)附房剛開始施工，展館中間電纜溝即將開挖施工，隨后混凝土地面施工。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)展廳總體施工路線

展廳沒有采用支撐分段吊裝施工的條件。通過研究分析，標(biāo)準(zhǔn)展廳采用整體吊裝方案較為適合。整榀桁架采用雙機(jī)抬吊方式進(jìn)行吊裝，履帶吊自一端開始吊裝，然后逐步后退，最后從另一側(cè)附房側(cè)面預(yù)留空間處退出（圖2）。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)展廳整體吊裝流程示意

2.3 北登錄廳總體施工路線

北登錄廳鋼結(jié)構(gòu)吊裝期間施工室內(nèi)電纜溝以及混凝土地坪，但由于Y形柱的存在可作為支撐進(jìn)行分段吊裝。桁架吊裝時(shí)采用單機(jī)吊裝，先吊裝主柱與Y形柱之間桁架，然后再拼裝Y形柱外側(cè)部分（外側(cè)需要支設(shè)臨時(shí)支撐進(jìn)行固定）。

3 標(biāo)準(zhǔn)展廳吊裝分析[1-5]

3.1 屋蓋桁架整體吊裝分析

吊裝前需要對整榀桁架進(jìn)行吊裝驗(yàn)算，通過仿真計(jì)算分析確定吊裝是否安全可靠，是否需要采取其他措施。

本工程的工況分析采用通用有限元分析設(shè)計(jì)軟件MIDAS/Gen，計(jì)算時(shí)考慮構(gòu)件自重、起吊沖擊，計(jì)算采用梁單元進(jìn)行模擬，約束采用約束吊點(diǎn)處豎向位移，同時(shí)約束其中一個(gè)吊點(diǎn)的其他2 個(gè)方向線位移。計(jì)算結(jié)果如圖3所示。

圖3 整榀橇架吊裝計(jì)算結(jié)果

由計(jì)算結(jié)果可知，桁架吊裝過程中豎向位移為（Dz）50 mm，最大變形發(fā)生在跨中位置。平面外變形（Dx）0.4 mm，最大變形發(fā)生在跨中1/4、3/4位置。構(gòu)件最大拉應(yīng)力為36 MPa，最大壓應(yīng)力為－47 MPa，分析可知，雙機(jī)抬吊不會造成桁架平面外失穩(wěn)，吊裝過程中桁架自身變形和受力均滿足規(guī)范要求。

3.2 標(biāo)準(zhǔn)展廳端頭懸挑桁架吊裝分析

標(biāo)準(zhǔn)展館端部懸挑桁架上部與主桁架交叉，下部與懸挑鋼梁相連，形成了懸挑鋼梁、端部懸挑桁架、鋼管主桁架三者共同的受力體系（圖4）。

圖4 標(biāo)準(zhǔn)展館端部結(jié)構(gòu)示意

由上圖分析可知：（a）種結(jié)構(gòu)鋼桁架上部外伸較短對下部懸挑鋼梁和主桁架影響較小。（b）種結(jié)構(gòu)對懸挑鋼梁和主桁架影響較大，如施工工藝不合理容易造成主桁架受到較大上挑力，懸挑鋼梁受到向下壓力，這對主桁架和懸挑鋼梁的安全及懸挑鋼梁處標(biāo)高控制極為不利。

通過采用有限元仿真計(jì)算得到以下結(jié)果（圖5、圖6）。由圖5、圖6可知，主桁架吊裝后跨中最大撓度為50.5 mm。端部懸挑桁架施工完成后主桁架跨中最大撓度變?yōu)?4.6 mm，一層懸臂鋼梁最大撓度為12 mm，由此可見端部桁架對主桁架標(biāo)高變化影響達(dá)25 mm。

由應(yīng)力云圖計(jì)算結(jié)果可知結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布于80～－90 MPa之間，遠(yuǎn)小于材料容許應(yīng)力，吊裝施工結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài)。

圖5 端橋架變形

圖6 端橋架應(yīng)力

綜上，端桁架對主桁架變形影響較大，主桁架進(jìn)行預(yù)變形時(shí)應(yīng)充分考慮端桁架的影響，同時(shí)端桁架的1層懸挑段在進(jìn)行標(biāo)高定位時(shí)，也應(yīng)該考慮端桁架變形對懸挑部分變形的影響。

4 北登錄廳吊裝施工分析

北登錄廳鋼結(jié)構(gòu)施工難點(diǎn)主要在于懸挑區(qū)域施工及施工過程中V形鋼柱的穩(wěn)定性及精準(zhǔn)度，因此施工前需要對吊裝過程進(jìn)行全面模擬分析。北登錄廳由于外側(cè)混凝土柱剛度較大對計(jì)算結(jié)果影響較小，故建模過程中以約束代替混凝土柱。由建模結(jié)果可知，V形鋼柱右側(cè)端頭位移最大Dy達(dá)到19.3 mm，由于鋼管桁架桿件拼裝精度極為關(guān)鍵，相貫線是否標(biāo)準(zhǔn)直接影響結(jié)構(gòu)的受力，因此柱頭出現(xiàn)向內(nèi)19.3 mm的位移應(yīng)予以充分考慮，即右端V形鋼柱安裝時(shí)應(yīng)予以預(yù)先偏移，待V形鋼柱安裝完成后其柱頭位置與設(shè)計(jì)相符。

5 結(jié)語

通過分析，解決了標(biāo)準(zhǔn)展廳、北登錄廳施工過程中遇到的各種復(fù)雜難題。有限元仿真分析的應(yīng)用，是本工程成功的另一個(gè)關(guān)鍵，全過程的仿真計(jì)算，明確了各施工階段結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，對工程技術(shù)人員提前預(yù)知結(jié)構(gòu)受力提供了條件。精準(zhǔn)的預(yù)變形計(jì)算為后續(xù)鋼桁架連接，屋面系統(tǒng)施工提供了有力條件。