空間網架結構的施工技術與施工過程模擬分析

徐春蘭 劉變利

(上海滬寧鋼機有限公司，上海 200021)

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·施工技術·

空間網架結構的施工技術與施工過程模擬分析

徐春蘭 劉變利

(上海滬寧鋼機有限公司，上海 200021)

以新長沙火車站主站房屋蓋鋼結構為研究對象，介紹了空間網架結構的施工方案，通過對空間網架結構施工全過程的數值模擬分析，研究了結構在施工過程中構件內力和節點位移的變化規律，為工程施工提供參考。

網架結構，鋼結構，數值模擬，吊裝

0 引言

復雜結構的施工是一個連續化的過程，施工順序對結構的內力、變形有很大的影響，通常結構計算時都不會考慮累積效應，是否考慮累積效應的計算結果往往有很大的差異。文章根據新長沙火車站主站房屋蓋網架結構的施工技術，比較分析了結構一次加載和考慮累積效應的全過程加載的力學行為，以保證結構在施工過程中的安全性。

1 工程概況

新長沙火車站工程包括主站房和站臺雨棚兩個部分，主站房建筑面積56 989 m2，站臺雨棚建筑面積49 507.5 m2。主站房鋼結構包含曲面網架與49 m跨張弦梁兩種結構體系，屋面為圓弧形，最高點標高39.20 m，最低點標高38.95 m，網架結構支撐在鋼柱及樹形鋼柱上。站臺雨棚為一單層曲面鋼架結構體系，由箱形和H形鋼構件組成。

2 鋼結構整體施工技術

2.1 施工方案優選

從整體來看新長沙火車站主站房鋼結構的安裝非常復雜，尤其是屋面鋼網架結構，由于網架覆蓋面積大，整個網架沿軸線方向呈波浪形，且站房中央地帶存在地鐵地下通道，吊裝機械布置受到限制，造成構件吊裝半徑較大，安裝難度極大。以下介紹了幾種網架結構的安裝方案并結合新長沙火車站工程的特點進行比較優選。

方案一：高空散裝法。高空散裝法是在網架結構的下方設置滿堂腳手架支撐，網架的焊接球及網架桿件的安裝均采取單件安裝的方法進行。高空散裝法的優點主要是構件安裝靈活性較高，構件吊裝重量較輕，且可同時大面積施工。針對新長沙火車站工程屋面網架結構而言，高空散裝法其網架覆蓋面積過大，且網架臨時支撐架設置高度太高，工裝用量偏大，同時，其下部候車廳層鋼桁架結構安裝完成后對構件的吊裝存在較大制約，該種安裝方法顯然是不可取的。

方案二：分塊提升法。分塊提升安裝法是利用網架自身的結構構造柱設置液壓提升裝置，網架在柱間分成塊狀在地面安裝位置拼裝然后整體提升到位。此類方法在單層網架結構安裝中應用較為普遍，且可實施性較好，網架安裝快捷方便，臨時支撐用量較少。但新長沙火車站工程網架支撐柱局部位置為樹形分肢鋼柱，大部分網架支撐體系采用樹形柱進行支撐，而網架柱網間距較大，鋼柱的結構承載能力有限，不能僅利用單柱結構作為提升支撐柱，需設置臨時輔助支撐柱進行支撐。另外，在樹形柱區域結構網架受樹形柱結構的影響無法進行提升。

方案三：滑移安裝法。滑移安裝法主要采取在網架外側設置高空拼裝平臺，網架在高空平臺上進行分條拼裝，然后采取累積滑移的方法逐條逐片滑移到網架安裝位置。該工程屋面網架縱向方向整體呈波浪形，其縱向方向滑移無法實現。橫向滑移網架長度較長，達300多米，滑道設置數量較多，滑道支撐架的結構承載能力要求較高，支撐體系重量較重，網架安裝到位后，其下部受高架候車廳層的影響，重型吊機無法進入，臨時支撐拆除難度較大。

方案四：分條分塊吊裝安裝法。分條分塊吊裝安裝法通過對網架結構整體進行合理的分條分塊，在網架安裝位置附近進行地面拼裝，然后采用大型履帶吊吊裝到位的安裝方法進行安裝。該方法結合了散裝法的靈活性，節省了大量的網架拼裝平臺材料及架設工具，同時也大大減少了高空焊接工作量，對工程的施工安全、施工進度以及結構整體穩定控制都較為有利。

合理的施工方案直接影響到工程的質量、工期和安全，通過方案比選、工況分析、經濟對比等方面，主站房鋼結構選用方案四即“分條分塊安裝法”施工方案。

2.2 施工總體安裝

根據屋蓋結構的施工吊裝工藝要求與現場施工條件，該工程采用對稱、分片、分塊(網架分塊單元、鋼架分塊單元、每榀張弦梁單元)的結構施工方案，先分塊、逐次地進行分塊單元的吊裝，再進行網架嵌補散件的施工；由中間向兩側，由A軸向Q軸進行網架分塊單元和每榀張弦梁單元的吊裝，站臺柱雨棚與主站房部分同時進行。

主站房鋼屋蓋系統的吊裝工序為：安裝A-C軸臨時支撐→B軸樹形柱→A/(11-12)軸網架分塊單元→A-G軸網架分塊單元、C-G軸臨時支撐→拆除A-C軸臨時支撐→安裝G-J軸臨時支撐→G-J軸網架分塊單元、樹形柱、每榀張弦梁單元等，逐區間推進，直至屋面系統吊裝完成，最后拆除J-Q軸臨時支撐。

3 施工過程數值模擬分析

為深入了解網架結構在安裝過程中各個構件的響應變化，明確考慮累積效應的結構施工特性，對整體結構進行了考慮累積效應的全過程加載與一次加載的對比分析，以主站房為例，共分23個施工步進行吊裝加載，一次加載方式對應于全過程加載分析的各步加載情形，兩種情況下得到的數據見表1，構件應力分布、應力大小、位移、支座反力及其變化等均不相同，前者所得出的最大反力、最大位移比后者的大，后者得出的最大應力比前者大，施工全過程加載分析數據更能切實地反映實際施工過程中各單元的內力分布、變形情況。

表1 累積加載與一次加載的施工分析數據比較

4 結語

在施工過程中，結構的施工順序與結構所受應力有著密切的關系，對復雜體系的鋼結構必須通過施工模擬確定其施工順序，才能確保施工質量和避免施工過程的安全隱患。通過施工全過程分析可以看出，不同部位構件、節點的內力變化規律與一次加載分析完全不同，因此在設計中有必要對整個施工過程相應較大的構件進行強度、穩定性能的驗算。

[1] GB 50017—2003,鋼結構設計規范[S].

[2] GB 50755—2012，鋼結構工程施工規范[S].

[3] 陳紹蕃，顧 強.鋼結構(上冊)[M].北京:中國建筑工業出版社,2003.

[4] JGJ 7—2010，空間網格結構技術規程[S].

The simulation analysis on construction technology and construction process of space truss structure

Xu Chunlan Liu Bianli

(Shanghai Huning Rail Limited Company, Shanghai 200021, China)

Taking the main station houses cover steel structure of new Changsha railway station as the research object, this paper introduced the construction scheme of space truss structure, through the numerical simulation analysis on space truss structure construction process, researched the change law of structural member internal force and node displacement in the structure construction process, provided reference for engineering construction.

space truss structure, steel structure, numerical simulation, hoisting

1009-6825(2016)12-0079-02

2016-02-17

徐春蘭(1977- )，女，工程師； 劉變利(1981- )，女，工程師

TU356

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