胡麗娟HU Li-juan；黃佩兵HUANG Pei-bing

（中國電建集團江西省水電工程局有限公司，南昌330000）

0 引言

某會展中心項目#1、#2 展廳和進站大廳組成，建筑采用對稱布置，參見圖1。主體采用鋼結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)體系為鋼管柱+型鋼支撐+鋼桁架；地上3 層，地下1 層，總建筑面積34000m2，鋼結(jié)構(gòu)總重量約為18000 噸。進站大廳屋面鋼結(jié)構(gòu)位于地下室頂板上方，需要等到地下室結(jié)構(gòu)完成施工，方可進行此部分的鋼結(jié)構(gòu)安裝。

進站大廳屋面鋼結(jié)構(gòu)跨度51m，長度為75.05m，主要由8 榀管桁架組成，管桁架兩端支座為抗震球鉸支座，支座安裝標高為+23.29m。管桁架橫斷面為倒三角形，最重的管桁架單重達45.4 噸。如采用大型起重機械進行單榀桁架吊裝方案，起重機械設(shè)備需在頂板上進行吊裝作業(yè)，頂板承載能力無法滿足要求，則需要投入大量的地下室頂板加固費用。如采用搭設(shè)滿堂架進行高空散裝方案，則施工周期長、成本高和安全風(fēng)險大。因此最終選擇“地面原位拼裝、整體提升”的施工工藝。

圖1 進站大廳立面

將屋面鋼結(jié)構(gòu)在安裝位置正下方的地下室頂板上拼裝成整體后，利用“液壓同步提升技術(shù)”，將其提升到位。提升過程中結(jié)構(gòu)受力采用有限元軟件MIDAS/Gen 全過程仿真計算，同步提升通過計算機控制實現(xiàn)，有效保障施工安全，并將大大降低施工難度。

1 提升方案設(shè)計

1.1 提升吊點布置

屋面鋼結(jié)構(gòu)在其投影面正下方的地下室頂板上拼裝為整體，根據(jù)其結(jié)構(gòu)左右對稱的特點并通過軟件分析優(yōu)化，最終確定在兩側(cè)面各布置五個吊點（見圖2）。在鋼柱頂部位置（標高+23.290m），利用鋼管柱及管桁架一段上弦桿設(shè)置提升平臺，布置上吊點（見圖3）。在與上吊點對應(yīng)的管桁架下弦桿件上安裝提升下吊點（見圖4），上、下吊點間通過專用底錨和專用鋼絞線連接。

圖2 提升吊點平面布置

1.2 提升平臺設(shè)計

提升平臺由上弦桿、斜撐、托座和提升梁組成，提升梁、上弦桿、球鉸支座和斜撐將提升反力傳遞到鋼柱上，優(yōu)化了提升情況下鋼柱的受力狀態(tài)。提升梁規(guī)格為H300×250×14，斜撐規(guī)格為Φ180×6 鋼管，托座由20mm 厚的鋼板焊接制成。所有臨時措施材質(zhì)均為Q345B，提升平臺各桿件之間均采用焊接連接，焊縫均采用熔透焊縫，焊縫等級為二級。

圖3 提升平臺（上吊點）示意

1.3 同步提升方案

提升前，檢查提升單元和所有臨時措施是否滿足施工方案和圖紙設(shè)計要求。確認無誤后以計算機仿真計算的各提升吊點反力值為依據(jù)，對提升單元進行分級加載（試提升），各吊點處的液壓提升系統(tǒng)伸缸壓力分級增加，依次為20%、40%、60%、70%、80%。再次檢查各部分無異常的情況下，可繼續(xù)加載到90%、95%、100%，直至提升單元全部脫離拼裝胎架。提升單元離開拼裝胎架約150mm 后，利用液壓提升系統(tǒng)設(shè)備鎖定，空中停留12 小時做靜載試驗，對吊點結(jié)構(gòu)、承重體系和提升設(shè)備等做全面檢查，各項檢查正常無異常，再進行正式提升。做靜載試驗時，測量各吊點的水平標高，并計算出各吊點相對高差。

正式提升時，通過液壓提升系統(tǒng)設(shè)備調(diào)整各吊點高度，使提升單元達到設(shè)計姿態(tài)。以調(diào)整后的各吊點高度為新的起始位置，復(fù)位位移傳感器，在同步整體提升過程中，始終保持該姿態(tài)。提升鋼結(jié)構(gòu)距設(shè)計標高約200mm 時，暫停提升。

圖4 下吊點三維示意

提升就位時，各吊點微調(diào)使結(jié)構(gòu)精確提升到達設(shè)計位置，液壓提升系統(tǒng)設(shè)備暫停工作，保持提升單元的空中姿態(tài)，然后進行后裝桿件的安裝并進行焊接，使提升鋼結(jié)構(gòu)形成整體穩(wěn)定受力體系。

吊點裝置拆除前，后裝桿件焊縫經(jīng)檢測合格后方可將液壓提升系統(tǒng)設(shè)備同步減壓，至鋼絞線完全松弛。最后拆除液壓提升系統(tǒng)設(shè)備及相關(guān)臨時措施，完成鋼結(jié)構(gòu)整體提升作業(yè)。

2 提升過程的有限元分析

2.1 抗震球鉸支座的有限元分析

球鉸支座的四面均采用鋼板（材質(zhì)Q345B，厚度20mm）將其座板和頂板焊接連接（見圖5），焊縫均采用熔透焊縫，焊縫等級為二級。采用ANSYS 有限元程序?qū)φw結(jié)構(gòu)進行仿真分析, 基本荷載組合為1.4LL，LL 為水平反力標準值。經(jīng)計算，屋面鋼結(jié)構(gòu)提升時，LL 最大標準值為485kN。

圖5 抗震球鉸支座計算模型

圖6 抗震球鉸支座應(yīng)力分布云

根據(jù)抗震球鉸支座應(yīng)力分布云圖（圖6）得知，其最大應(yīng)力為69.341MPa，且遠小于295MPa，滿足設(shè)計要求。

圖7 抗震球鉸支座變形分布云

根據(jù)抗震球鉸支座變形分布云圖（圖7）得知，其最大變形約為0.26mm，滿足設(shè)計要求。

2.2 提升平臺的有限元分析

采用有限元軟件MIDAS/Gen 對提升平臺進行分析計算。恒荷載DL，為支承結(jié)構(gòu)自重，其自重由程序自動計算。提升荷載LL，為鋼結(jié)構(gòu)提升時計算得到的提升反力。基本荷載組合為1.2DL+1.4LL。

2.2.1 應(yīng)力比分布圖

圖8 屋面鋼結(jié)構(gòu)提升平臺應(yīng)力比分布圖

提升時，圖8 中桿件的最大應(yīng)力比為0.56<1.0，滿足規(guī)范要求。

2.2.2 變形分布圖

提升時，圖9、圖10 支承結(jié)構(gòu)最大豎向位移約為3mm。

2.3 屋面鋼結(jié)構(gòu)的有限元分析

整個提升過程采用空間有限元程序MIDAS/Gen 仿真分析，其計算模型如圖11 所示。

圖9 屋面鋼結(jié)構(gòu)提升平臺DXYZ 分布圖（單位：mm）

圖10 屋面鋼結(jié)構(gòu)提升平臺DZ 分布圖（單位：mm）

圖11 整體提升的屋面鋼結(jié)構(gòu)

2.3.1 應(yīng)力比分布圖

鋼結(jié)構(gòu)提升時，恒荷載DL 為結(jié)構(gòu)自重，提升結(jié)構(gòu)包括管桁架結(jié)構(gòu)、檁條結(jié)構(gòu)和女兒墻結(jié)構(gòu)等，總重為412.45T，檁條結(jié)構(gòu)、女兒墻結(jié)構(gòu)重量平均分布在桁架結(jié)構(gòu)上。風(fēng)荷載W，按《重型結(jié)構(gòu)和設(shè)備整體提升技術(shù)規(guī)范》（GB51162-2016）取標準風(fēng)壓值0.25kPa。基本荷載組合為1.2DL+1.4W。

屋面鋼結(jié)構(gòu)提升時，結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力比約為0.62（見圖12），小于1.0，滿足設(shè)計規(guī)范要求。

2.3.2 變形分布圖

通過屋面鋼結(jié)構(gòu)變形分布圖（圖13 和圖14）得知，結(jié)構(gòu)跨中最大豎向變形約為44mm，提升點間距約為48000mm，變形為跨度的1/1090，滿足規(guī)范要求（不大于1/400）。

圖12 屋面鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布圖

圖13 屋面鋼結(jié)構(gòu)DXYZ 分布圖（單位：mm）

圖14 屋面鋼結(jié)構(gòu)DZ 分布圖（單位：mm）

通過以上計算結(jié)果可知，提升時，屋面鋼結(jié)構(gòu)的強度、剛度均滿足設(shè)計和施工規(guī)范要求。

3 實施效果

本工程屋面鋼結(jié)構(gòu)施工中采用了“液壓同步提升”施工技術(shù)，從地面拼裝至液壓提升設(shè)備拆除，歷經(jīng)62 天，順利圓滿地完成了安裝任務(wù)。方案編制階段采用有限元分析軟件對球鉸支座、提升平臺和屋面鋼結(jié)構(gòu)等進行了分析計算，安裝過程中利用分析所得數(shù)據(jù)并通過計算機控制實現(xiàn)同步提升，工程進度、質(zhì)量和安全得到了有效保證，取得了良好的社會經(jīng)濟效益。

4 結(jié)束語

目前，在我國大型鋼結(jié)構(gòu)建筑施工中，整體提升技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，因此對臨時支撐、卸載設(shè)施和鋼結(jié)構(gòu)本身在施工過程中的受力分析越來越重要，否則將帶來巨大的安全風(fēng)險。因此，有限元（仿真）分析技術(shù)應(yīng)用于大體積、大跨度、大噸位空間鋼結(jié)構(gòu)的安裝，將大大地降低施工安全風(fēng)險。