黃 珊, 鄭德輝, 姜友榮, 付 航, 王永景

(1.中國(guó)五冶集團(tuán)有限公司，四川成都 610063；2.四川省裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑工程技術(shù)研究中心，四川成都 610063)

1 工程概況

成都鳳凰山露天音樂公園看臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)罩棚呈月牙形(圖1)，月牙兩端接地，月牙中部最大高度48.85m，月牙中部最大寬度36.5m，月牙最大長(zhǎng)度180.7m，月牙與拱支索網(wǎng)間雨棚最大寬度15.0m，連接于月牙上罩棚兩端接地，中部支承于看臺(tái)15.750m標(biāo)高平臺(tái)上(圖2)。

圖1 看臺(tái)罩棚實(shí)景

圖2 罩棚軸測(cè)

罩棚主體結(jié)構(gòu)(圖3)采用21榀“7”字形立體桁架及落地立體桁架拱組成。“7”字形立體桁架在月牙的兩端分別有三榀落地，中部15榀支座均置于15.750m標(biāo)高看臺(tái)平臺(tái)上；“7”字形立體桁架頂端均與落地斜拱相連，與斜拱共同工作?！?”字形立體桁架拐角處設(shè)立體聯(lián)系桁架。 材料：均采用Q345B熱軋無縫鋼管(或直縫焊管)/矩管。桁架弦桿規(guī)格主要包括φ402×16、φ351×16、φ351×8等、腹桿規(guī)格主要包括φ245×12、φ159×8和φ159×5等，“7”字形立體桁架(圖4)主要包括網(wǎng)殼連接部分、桁架豎向部分、桁架水平部分、銜接部分、懸挑部分幾部分構(gòu)成。

圖3 罩棚組成示意

圖4 7字型桁架效果

2 施工方案

(1)本工程鋼結(jié)構(gòu)罩棚跨度較大，結(jié)構(gòu)不規(guī)則，選用分段吊裝+高空散拼的方式進(jìn)行安裝。采用臨時(shí)支架對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行拼裝定位，帶主體安裝完成后再將臨時(shí)支架卸載，從而使結(jié)構(gòu)達(dá)到設(shè)計(jì)狀態(tài)。安裝順序?yàn)槁涞毓傲Ⅲw桁架安裝→7字桁架及三角桁架安裝→卸載7字桁架支撐架→卸載落地拱支撐架→網(wǎng)殼安裝→懸挑及封邊桁架安裝。

(2)本工程在施工階段，劃分為兩個(gè)施工區(qū)，從兩邊向中間安裝，同時(shí)展開流水作業(yè)。首先將立體桁架落地拱安裝至中間的合攏區(qū)，7字型桁架從兩側(cè)以2～3個(gè)對(duì)稱的結(jié)構(gòu)單元為一個(gè)施工步驟，直至安裝到合攏區(qū)，最后對(duì)主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行合攏。

(3)本工程落地拱桁架180m，拱高48.85m，桁架在高空安裝過程如何安全、精準(zhǔn)、快速施工，是落地拱施工的關(guān)鍵技術(shù)難題。

3 施工過程模擬分析

3.1 施工模擬分析方法

本文采用的施工模擬方法是采用有限元軟件SAP2000的一次性建模方法，先將所有桿件凍結(jié)，然后按照實(shí)際施工步驟將正在施工的單元組、荷載組、約束條件相應(yīng)激活，達(dá)到模擬實(shí)際施工順序，驗(yàn)證施工方案是否可行的目的。此方法綜合考慮了“時(shí)效”和“路徑”因素對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，分析精度較高。

3.2 施工步驟劃分

施工步驟劃分越細(xì)致，施工過程的模擬越真實(shí)，本工程模型將整個(gè)施工過程劃分為71個(gè)施工步進(jìn)行，其中前62步為安裝施工步，后9步為卸載施工步。整個(gè)結(jié)構(gòu)的有限元模型如圖5所示，主要的施工步驟如圖6所示。

圖5 施工模擬有限元分析整體模型

3.3 有限元模擬模型

3.3.1 鋼結(jié)構(gòu)罩棚施工計(jì)算分析

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置26組支撐架，其中19組用于落地拱桁架吊裝，7組支撐架用于7字型桁架的吊裝，支撐采取獨(dú)立格構(gòu)式支撐架。落地拱的支撐架利用彈性約束來模擬，7字型桁架部分的7組支撐架一同建立到模型中，共同參與受力變形。本文利用SAP2000對(duì)罩棚進(jìn)行計(jì)算分析，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)取1，荷載工況為恒載(即結(jié)構(gòu)自重)以及溫度作用，荷載組合考慮1.40恒載+1.40溫度荷載(降溫25 ℃)。

通過計(jì)算，少數(shù)桿件應(yīng)力比達(dá)到0.82，大多數(shù)桿件的應(yīng)力比均在0.5以下，滿足規(guī)范要求(圖7)。

(a)落地拱吊裝

(b)7字型桁架吊裝

(c)卸載支架，安裝網(wǎng)架

(d)安裝懸挑及封邊桁架圖6 鋼結(jié)構(gòu)主要施工步驟

支撐架采用裝配式格構(gòu)體系，由高度4m格構(gòu)單元及其連接桿件構(gòu)成，節(jié)點(diǎn)通過螺栓連接，支撐架頂部設(shè)置可拆卸的調(diào)節(jié)定位段及作業(yè)平臺(tái)(圖8)。

3.3.2 雙曲鋼結(jié)構(gòu)罩棚信息化精準(zhǔn)就位

通過有限元軟件的施工模擬計(jì)算分析計(jì)算出來的數(shù)據(jù)，如關(guān)鍵構(gòu)件的節(jié)點(diǎn)位移等，為施工提供理論支撐，旨在指導(dǎo)施工，精準(zhǔn)安裝(圖9)。

同時(shí)本工程在BIM項(xiàng)目平臺(tái)上綜合集成了Tekla深化原始模型數(shù)據(jù)、現(xiàn)場(chǎng)構(gòu)件實(shí)體胎架預(yù)拼裝測(cè)量數(shù)據(jù)、SAP2000施工模擬分析數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)對(duì)比分析，構(gòu)件單元實(shí)體預(yù)拼裝與原始模型數(shù)據(jù)偏差控制在5mm以內(nèi)?，F(xiàn)場(chǎng)安裝以原始模型參數(shù)控制安裝對(duì)接口坐標(biāo)、軸線，以實(shí)體預(yù)拼裝時(shí)吊裝單元及施工模擬分析結(jié)果預(yù)判實(shí)際結(jié)構(gòu)安裝就位情況，對(duì)偏差不符合規(guī)范位置預(yù)先進(jìn)行調(diào)整處理，同時(shí)在施工模擬分析過程中，位移大于15mm的支撐點(diǎn)，提前進(jìn)行反向預(yù)偏設(shè)置。

(a)落地拱最大位移曲線

(b)7字桁架最大位移曲線圖7 最大位移曲線

4 結(jié)語

(1)本文對(duì)成都鳳凰山露天音樂公園主舞臺(tái)看臺(tái)罩棚施工進(jìn)行施工模擬分析，驗(yàn)算了施工方案的可行性，該施工方法可供類似工程參考。

(2)本項(xiàng)目工期緊，根據(jù)項(xiàng)目結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選用分段吊裝+高空散拼的方式進(jìn)行吊裝，支撐架根據(jù)需求進(jìn)行靈活周轉(zhuǎn)使用，節(jié)約成本。

(3)通過模擬分析發(fā)現(xiàn)，鋼結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力出現(xiàn)在7字型桁架的支座處，各關(guān)鍵部位的應(yīng)力均滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的強(qiáng)度要求。

(4)最大變形出現(xiàn)在網(wǎng)殼的頂端懸挑部位，現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)，調(diào)整監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)來看，滿足設(shè)計(jì)要求。

圖8 落地拱安裝

圖9 7字型桁架現(xiàn)場(chǎng)吊裝

[1] 周觀根，張珈銘，劉堅(jiān)，等.杭州奧體博覽中心主體育場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)施工模擬分析[J].施工技術(shù).2014(8).

[2] 馮國(guó)軍,馬曉菲,吳旦翔.蚌埠體育中心主體育場(chǎng)大跨度鋼罩棚施工過程模擬分析[J].鋼結(jié)構(gòu), 2018(5).

[3] 郝際平,田黎敏,鄭江.深圳大運(yùn)中心主體育場(chǎng)施工過程模擬分析[J].施工技術(shù).2010(8).