淺談大跨度筒殼網架結構的施工過程分析

蒯志良 黃森

摘要： 文章主要簡述了大跨度筒殼網架施工過程分析及相應技術措施

關鍵詞： 大跨度空間網架結構施工過程分析

中圖分類號：TU356 文獻標識碼： A

隨著社會的快速發展，對能源、基礎建設需求日益增加，以及國家對環境的重視，電力、煤炭、水泥等行業中大型儲煤儲料設施也得到了很大的應用。其中大跨度筒殼網架就是最為常用的結構形式。網架結構有著受力性能良好，且工廠機械化程度高，施工速度快等優勢。

在常用的網架計算方法中，對于網架的分析是基于一次成型，對整體結構進行分析，而在實際施工過程中往往采用的是網架高空散裝或者是分段安裝的施工方法，這樣的施工方法并不符合網架結構計算時所考慮的一次成型分析方法，在實際分析過程中發現施工方法的選擇對于大跨度筒殼結構網架的施工安全起到了重要作用。國內很多大跨度網架的垮塌就是在施工過程中發生的，因此網架結構的施工過程分析對于網架施工安全起到了舉足輕重的作用。下面就以某發電廠干煤棚網架為例，簡述一下大跨度網架的施工過程分析。

一、工程概況

該發電廠干煤棚網架工程，位于浙江省東南部的溫州地區的蒼南縣，東臨東海，北臨琵琶門，與北面的琵琶山隔海相望，西南、西都為山體。廠址距西面的舥艚約為5公里，距西北面的龍港鎮約為18公里，距靈溪鎮約為29公里，距溫州市約為75公里。

網架基本形式為正方四角錐桶殼，上下弦支撐，抗震烈度6度，結構設計年限50年，網架的結構跨度112米。 采用螺栓球和焊接球混合連接方式，網架水平投影面積12544平方米。（圖1）

圖1整體軸側幾何構型

二、分析思路

結構計算采用有限元分析程序MIDAS/GEN7.9.5對結構進行分析計算，MIDAS程序中采用空間有限元模型，網架施工采用懸挑安裝的方法，按施工步驟施加結構和荷載的分析方法。以跨度方向1-3個網格為一個施工步驟，逐一進行結構的受力分析。根據結構受力分析數據判斷施工過程的合理性。參考每一步驟網架支撐點的反力確定施工所使用的吊車大小及吊點位置，整個分析過程完全模擬實際施工條件及施工方法。

三、分析過程

所有施工階段考慮的荷載均為結構自重，以一端網架支座為起步支撐點，拉索施張在第二排下弦球與第17、23排下弦球各2道。

為了保證網架的側向穩定，網架安裝起步時縱向寬度選取五個網格寬度，為了防止吊車選用過大，在安裝過程中網架縱向寬度逐漸減小為三個網格寬度。

以第一步為例網架左側支撐點為固定旋轉軸（圖2），右側為吊點及安裝位置，每一個施工步驟的吊點的設置及安裝順序都按照分析計算時的假定條件。通過對結構模型的分析，提取支座反力及各桿件內力，反力大小決定安裝時吊車的提升力，桿件內力決定是否在安裝中有超應力桿件（圖3）。如果存在超應力的桿件，通常的調整辦法有兩種，方法一直接加大超應力桿件，但是會導致應力重分布，從而產生新的超應力桿件，如果應力重分布后，未發現超應力桿件，此方法可行。方法二重新選擇吊點，這樣可以避免結構的變動，但是選擇合理的吊點需要多次的嘗試，需要根據經驗判斷。

隨著安裝的進行，網架在跨度方向的變形會加大，通過采用張拉索來控制網架跨度方向的變形量，根據分析結果，拉索施張在第二排下弦球與第17、23排下弦球各2道可以有效控制結構跨度方向的變形量（圖4），分析模型，提取支座反力、桿件內力及拉索內力（圖5），根據以上數據判斷該施工步驟是否合理，安全。以此類推，直至整個網架在跨度方向順利合攏。

考慮到網架桿件的連接是采用螺栓球節點連接，網架用高強螺栓是連接節點的關鍵構件，在施工過程中必須驗算高強螺栓的受力，通過每個步驟的分析計算提取每個步驟的桿件內力，該內力即為螺栓的受力，保證桿件和螺栓的受力在規范所要求的范圍內。

對于網架的整個施工過程，除了網架桿件和螺栓的應力需要驗算，網架安裝過程中的變形量也需要控制在一個合理的范圍內，安裝過程中變形量決定后期網架安裝的順利進行，所以在施工過程分析時除了以上所述的拉索張拉控制以外，可以考慮在網架跨中使用吊車提升，在保證桿件和螺栓安全的情況下，有效控制安裝過程的變形量。

圖2第一步支撐位置

圖3第一步支撐點最大豎向反力為60.3KN，最大跨向推力8.1KN

第一步最大拉應力桿件

單元編號 長度 外徑 壁厚 截面面積 回轉半徑 長細比 拉力 拉應力

2396 4720. 219.0011.507496.673.4764.210.0001.334

第一步最大壓應力桿件

單元編號 長度 外徑 壁厚 截面面積 回轉半徑 長細比 穩定系數 壓力 壓應力

2462 6588. 219.00 6.504339.375.1787.6.63694 -30.000 10.854

圖4吊點最大反力為91.5KN,最大跨向推力3.6KN

圖5最大拉索內力為12.0KN

在本工程中，經每個步驟的結構分析后，提取施工過程中最大吊點拉力100.0KN,最大跨向推力8.1KN，最大拉索內力12KN，所選用吊車大小經濟合理，拉索截面為市場常用規格，桿件及螺栓應力都在規范規定的安全范圍內。

四、結論

通過本文的分析討論，可以得出以下的結論：

大跨度筒殼網架結構的實際施工方法和設計時考慮的計算模型存在差異，必須按照實際施工工藝進行施工過程分析，以確保安裝過程中的結構安全。

在大跨度筒殼網架結構設計中需要考慮合理的施工工藝，根據施工過程分析數據，對大跨度筒殼網架結構進行優化設計。

大跨度筒殼網架結構的施工過程要合理控制變形量，保證后期網架安裝的精度和網架結構的安全。

參 考 文 獻

董繼斌，劉曉勇.雙層柱面網殼設計研究.建筑結構，1999，（6）

羅堯治.大跨度儲煤結構設計與施工.中國電力出版社，2007

單魯陽，嚴慧.大跨度雙層柱面網殼結構的優化分析. 建筑結構學報，1999，（12）