福州海峽國際會展中心擴(kuò)建工程東區(qū)鋼桁架施工過程數(shù)值模擬

楊 偉

(福建省建筑科學(xué)研究院 福建福州 350025)

1 工程概況

福州海峽國際會展中心位于福州市倉山區(qū)，北鄰閩江，南臨福州火車南站，是國內(nèi)最大單體會展中心之一，也是亞洲第二大會展中心，于 2010年竣工投入使用。福州海峽國際會展中心由會議中心和兩個展館組成;根據(jù)需要現(xiàn)擴(kuò)建東西兩個展館，兩個場館均呈橢圓形(圖1)。

擴(kuò)建工程總建筑面積約46809m2，東西向?qū)?82m，南北向長84m，建筑高度17m，主要為地上一層，局部為地下一層，地下建筑面積為7740m2，主要結(jié)構(gòu)形式為鋼結(jié)構(gòu)。空間模型及平面布置如(圖2、圖3)所示。

圖1 福州海峽國際會展中心擴(kuò)建項目分布示意圖

圖2 會展中心擴(kuò)建工程項目鋼結(jié)構(gòu)空間模型

圖3 會展中心擴(kuò)建工程項目鋼結(jié)構(gòu)平面布置

鋼結(jié)構(gòu)桁架最高高度15.252m，支座標(biāo)高10.122m，桁架最大長度約 67.694m，最大截面高度約 4.63m，最大寬度3.0m，最大單榀桁架凈重約127噸。主桁架共計23榀，2～6軸、20～24軸為兩端落地桁架，7～8軸、18～19軸一端落地一端支撐在鋼柱上，9～17軸為兩端支撐在鋼柱上。三類典型桁架如(圖4)所示。

圖4 三類典型桁架樣式

2 桁架施工方案

本工程主桁架吊裝采用大型吊機(jī)桁架整體吊裝和分段吊裝的方法[1～5]進(jìn)行吊裝，即:

(1)9～17軸9榀桁架，在現(xiàn)場拼裝平臺上利用專用胎架進(jìn)行拼裝，并整體進(jìn)行吊裝。

(2)2～6軸和20～24軸主桁為雙側(cè)落地桁架，制作時分5段拼裝、吊裝(圖5)。中間段端部設(shè)千斤頂用以承重支撐格構(gòu)柱主桁架并調(diào)整其標(biāo)高。

圖5 雙側(cè)落地桁架分5段拼接

(3)落地桁架吊裝需用塔式扒桿支撐[7]，每榀支撐扒桿需H=12m×4組，安裝周轉(zhuǎn)需24組塔式扒桿(圖5)。

(4)桁架拼裝焊接完成后，經(jīng)自檢合格后，報監(jiān)理驗收，邀請第三方進(jìn)行焊縫檢測[7]。第一榀桁架安裝完成后防止平面外失穩(wěn)需用4根16mm鋼絲繩配合5T手拉葫蘆臨時固定在地錨上(圖6)。

圖7 中間榀主次桁架吊裝后示意圖(第9～17軸主桁架吊裝完成)

(5)第二榀安裝完成后吊車不落鉤立即安裝桁架中間的4榀次桁架，形成空間體系吊車才能落鉤。以此類推9～17軸主次桁架(圖7)。

(6)為考慮施工安全及操作空間需求，7～8，18～19軸桁架為半落地桁架，每榀需分2段進(jìn)行安裝，先進(jìn)行落地段的施工，再進(jìn)行中間拼接段吊裝;2～6，20～24軸桁架為兩端落地桁架，每榀分3段進(jìn)行安裝，同樣先進(jìn)行兩端落地段的施工，然后再進(jìn)行中間拼接段吊裝。

3 施工過程數(shù)值模擬分析

3.1 施工模擬工況分析

根據(jù)上述吊裝方案及結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)，對以下幾個施工工況進(jìn)行數(shù)值模擬分析。即:

模擬工況一:東西側(cè)鋼框架安裝完畢，第一榀主桁架吊裝(即第13軸主桁架整體吊裝)完畢。

模擬工況二:第12和第14軸主桁架及其間的4榀次桁架吊裝完畢。

模擬工況三:中間9榀(即9軸～17軸)主桁架，整體吊裝完畢。

模擬工況四:第8軸和18軸一端落地主桁架施工完畢，支撐架已卸載。

模擬工況五:第6軸和16軸兩端落地主桁架施工完畢，支撐架已卸載。

下面將分別對以上關(guān)鍵施工過程進(jìn)行數(shù)值模擬分析。

3.2 模擬工況一

經(jīng)分析，得到結(jié)構(gòu)在自重作用下的位移云圖和組合應(yīng)力云圖如(圖8、9)。桁架最大撓度出現(xiàn)在主桁架跨中位置，撓度值為42.9mm;桁架最大拉應(yīng)力為36.4N/mm2，出現(xiàn)在主桁架跨中下弦桿位置;桁架最大壓應(yīng)力為－48.6N/mm2，出現(xiàn)在主桁架跨中上弦桿位置。以上滿足設(shè)計要求。

圖8 模擬工況一位移云圖(單位:mm)

3.2 模擬工況二

經(jīng)分析，得到結(jié)構(gòu)在自重作用下的位移云圖和組合應(yīng)力云圖(圖9、圖10)。桁架最大撓度出現(xiàn)在第13軸主桁架跨中上弦節(jié)點(diǎn)位置，撓度值為49.4mm;桁架最大拉應(yīng)力為42.8N/mm2，出現(xiàn)在第13軸主桁架跨中下弦桿位置;桁架最大壓應(yīng)力為－45.4 N/mm2，出現(xiàn)在第13軸主桁架跨中上弦桿位置。以上滿足設(shè)計要求。

3.3 模擬工況三

經(jīng)分析，得到結(jié)構(gòu)在自重作用下的位移云圖和組合應(yīng)力云圖(圖11、圖12)。桁架最大撓度出現(xiàn)在第17軸主桁架跨中上弦節(jié)點(diǎn)位置，撓度值為56.2mm;桁架最大拉應(yīng)力為46.8N/mm2，出現(xiàn)在第12軸主桁架端部下弦桿處;桁架最大壓應(yīng)力為－86.2N/mm2。以上滿足設(shè)計要求。

3.4 模擬工況四

經(jīng)分析，得到結(jié)構(gòu)在自重作用下的位移云圖和組合應(yīng)力云圖(圖13、圖14)。桁架最大撓度出現(xiàn)在第10軸主桁架跨中上弦節(jié)點(diǎn)位置，撓度值為55.3mm;桁架最大拉應(yīng)力為47.8N/mm2，出現(xiàn)在第12軸下弦桿處;桁架最大壓應(yīng)力為－63.9N/mm2。以上滿足設(shè)計要求。

3.5 模擬工況五

經(jīng)分析，得到結(jié)構(gòu)在自重作用下的位移云圖和組合應(yīng)力云圖(圖15、圖16)。桁架最大撓度出現(xiàn)在第10軸主桁架跨中下弦節(jié)點(diǎn)位置，撓度值為56.3mm;桁架最大拉應(yīng)力為47.8N/mm2，出現(xiàn)在第12軸主桁架下弦桿處;桁架最大壓應(yīng)力為－60.9N/mm2。以上滿足設(shè)計要求。

圖13 模擬工況四位移云圖(單位:mm)

圖14 模擬工況四應(yīng)力云圖(單位:N/mm2)

圖16 模擬工況五應(yīng)力云圖(單位:N/mm2)

4 結(jié)論

(1)介紹了本工程空間桁架的施工方案，為考慮施工安全及操作空間需求，針對三種不同類型的主桁架采用不同的分段設(shè)計。

(2)根據(jù)施工方案及桁架的空間受力特點(diǎn)，對幾個關(guān)鍵施工工況進(jìn)行模擬和分析。結(jié)果表明:結(jié)構(gòu)在施工過程中桁架的整體變形及桿件內(nèi)力均可滿足設(shè)計要求，施工方案可行，為確保施工安全提供了依據(jù);本工程后續(xù)施工過程將進(jìn)行施工監(jiān)測，作者將另文介紹。

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