某體育館屋面網架卸載方法的設計與實踐

莊 利 軍

(1.太原理工大學,山西 太原 030024； 2.山西四建集團有限公司，山西 太原 030024)

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某體育館屋面網架卸載方法的設計與實踐

莊 利 軍1,2

(1.太原理工大學,山西 太原 030024； 2.山西四建集團有限公司，山西 太原 030024)

為了保證某體育館屋面網架卸載過程的安全進行，提出了三種不同順序的卸載方案，并應用有限元分析軟件MIDAS/Gen，對卸載過程中臨時支撐的受力情況和網架撓度變形進行模擬分析，通過模擬分析所得出的相關數據，選擇更為穩妥和安全的卸載方案。

體育館，鋼網架，卸載方案，支撐體系，模擬分析

近年來，大跨度空間鋼結構在體育場館、劇院、展覽中心等公共建筑中得到廣泛應用。由于下部結構施工條件及設備安裝等現場條件的限制，鋼結構工程在拼裝安裝過程中需要設置臨時支撐來保證空間鋼結構的穩定性。施工過程中，在有臨時支撐狀態下的網架受力狀態和設計工況是完全不同的。臨時支撐卸載將會導致空間網架桿件受力情況產生變化。臨時支撐卸載過程中網架桿件受力狀態會重新分布，這個過程必然會導致空間網架結構的整體穩定受到影響。臨時支撐卸載引起的主體結構失穩及相關安全問題是目前大跨鋼結構施工研究中的熱點問題之一[1-3]。本文結合某體育場屋面網架工程實例。運用有限元分析軟件MIDAS/Gen，對屋面鋼網架的卸載方案進行模擬分析。通過對三種卸載順序過程中產生的變形和支撐受力情況進行比較。為體育場鋼屋蓋卸載施工提供技術參考[4-6]。

1 工程簡介

本工程設計使用年限50年，總建筑面積10 600 m2，屋蓋采用螺栓球網架結構，網架長112 m，寬86 m。網架頂標高為23.5 m，底標高為14.8 m，高差為8.7 m。周圈懸挑部分長9.9 m，設有120扇弧形天窗。網架支撐方式為下弦多點柱支撐，支座采用抗拉可滑動支座。結構中所有鋼構件均采用Q235B。體育場周圈為看臺、臺階，中間為平坦場地。體育館整體模型圖見圖1。

2 施工方案及模擬分析

2.1 網架施工及支撐體系

結合施工現場周圈看臺、臺階多，中間為平坦場地的特點，施

工過程采取高空懸挑散裝法安裝屋蓋網架，并劃分四個區域進行網架安裝，區域劃分見圖2。

網架安裝前，先在區域一和區域二搭設滿堂腳手架，然后在腳手架平臺上安裝網架。區域三支座少，網架懸挑長度達56.6 m，為防止網架下撓，安裝過程中需要在網架下方增設臨時支撐。區域四為屋頂的懸挑部分，懸挑長度9.9 m。

為防止上述施工過程中桿件出現應力超限，對施工方案進行可行性分析。經計算，需在K軸，H軸與6，8，9，10，13軸交點處增加臨時支撐，如圖3所示(黑點表示臨時支撐)。

選用鋼管桁架柱作為臨時支撐，桁架柱高度為15 m，截面為1 m的等邊三角形，桁架主管用φ114×4，腹桿用φ60×3.5。桁架頂部用液壓千斤頂支頂(見圖4，圖5)。

2.2 臨時支撐卸載過程受力分析

網架拼裝完成后，開始拆除場內臨時支撐。拆除過程采用MIDAS/Gen軟件對支撐頂部荷載卸載施工過程進行模擬分析(見圖6)。

施工過程中臨時支撐最大反力見表1。

表1 最大反力表 kN

全部網架安裝完成后，各臨時支撐反力見表2。

表2 臨時支撐反力表 kN

2.3 卸載方案

方案一：由兩邊向中間依次拆卸，即先拆7號，8號，9號，10號支撐再拆3號，4號，5號，6號支撐最后拆1號，2號支撐。拆卸過程中，剩余臨時支撐反力見表3～表6。

1)7號，8號臨時支撐拆卸后見表3。

表3 7號，8號支撐拆卸后反力表(一) kN

拆卸后，原7號，8號臨時支撐處節點下降位移：2.2 mm，2.1 mm。

2)9號，10號臨時支撐拆卸后見表4。

拆卸后，原9號，10號臨時支撐處節點下降位移：2.1 mm，2.0 mm。

表4 9號，10號支撐拆卸后反力表 kN

3)3號，4號臨時支撐拆卸后見表5。

拆卸后，原3號，4號臨時支撐處節點下降位移：4.0 mm，3.7 mm。

4)5號，6號臨時支撐拆卸后見表6。

表6 5號，6號臨時支撐拆卸后反力表(一) kN

拆卸后，原5號，6號臨時支撐處節點下降位移：3.9 mm，3.5 mm。

5)1號，2號臨時支撐拆卸后：原1號，2號臨時支撐處節點下降位移：18.1 mm，16.9 mm。

方案二：由中間向兩邊依次拆卸，即先拆1號，2號支撐，再拆3號，4號，5號，6號支撐，最后拆7號，8號，9號，10號支撐。拆卸過程中，剩余臨時支撐反力見表7。

1)1號，2號臨時支撐拆卸后見表7。

表7 1號，2號支撐拆卸后反力表 kN

拆卸后，原1號，2號臨時支撐處節點下降位移：1.9 mm，1.7 mm。

2)3號，4號臨時支撐拆卸后見表8。

表8 3號，4號支撐拆卸后反力表(二) kN

拆卸后，原3號，4號臨時支撐處節點下降位移：3.4 mm，3.1 mm。

3)5號，6號臨時支撐拆卸后見表9。

表9 5號，6號臨時支撐拆卸后反力表(二) kN

拆卸后，原5號，6號臨時支撐處節點下降位移：5.0 mm，4.6 mm。

4)7號，8號臨時支撐拆卸后見表10。

表10 7號，8號支撐拆卸后反力表(二) kN

拆卸后，原7號，8號臨時支撐處節點下降位移：11.4 mm，10.7 mm。

5)9號，10號臨時支撐拆卸后，原9號，10號臨時支撐處節點下降位移：13.0 mm，12.2 mm。

方案三：先拆4號，6號，8號，10號支撐，再拆3號，5號，7號，9號支撐，最后拆1號，2號支撐。拆卸過程中，剩余臨時支撐反力見表11～表14。

1)4號，6號臨時支撐拆卸后見表11。

表11 4號，6號支撐拆卸后反力表 kN

拆卸后，原4號，6號臨時支撐處節點下降位移：1.7 mm，1.7 mm。

2)8號，10號臨時支撐拆卸后見表12。

表12 8號，10號支撐拆卸后反力表 kN

拆卸后，原8號，10號臨時支撐處節點下降位移：3.7 mm，3.7 mm。

3)3號，5號臨時支撐拆卸后見表13。

表13 3號，5號支撐拆卸后反力表 kN

拆卸后，原3號，5號臨時支撐處節點下降位移： 2.5 mm，2.5 mm。

4)7號，9號臨時支撐拆卸后見表14。

拆卸后，原7號，9號臨時支撐處節點下降位移：5.5 mm，5.5 mm。

5)1號，2號臨時支撐拆卸后，原1號，2號臨時支撐處節點下

降位移：18.1 mm，16.9 mm。

表14 7號，9號支撐拆卸后反力表 kN

2.4 結論

經分析驗算，采用上述第三種方案(先拆4號，6號，8號，10號支撐再拆3號，5號，7號，9號支撐，最后拆1號，2號支撐)對臨時支撐進行拆卸時，拆卸過程中網架整體變形較小，臨時支撐受力變化較小。故建議施工方待全部網架施工結束后，采用上述第三種方案對臨時支撐進行拆卸。

卸載完成后的網架的整體變形最大為網架中央28.4 mm，滿足設計規范，詳見圖7。

3 結語

本文以某體育館屋面空間網架結構卸載工程作為研究對象，采用有限元分析軟件 MIDAS/Gen對整體網架建模，模擬網架在拆除臨時支撐過程中網架的受力工況，針對卸載過程中網架整體穩定和臨時支撐受力情況進行了詳細的模擬分析。

同時提出了三種不同順序的卸載方案。通過比較不同方案中臨時支撐的受力情況和網架撓度變形的數據，得出一套最為穩妥和安全的卸載方案。在指導施工的同時也供從業者參考。

[1] 袁 波，曹平周，楊文俠，等.哈爾濱萬達滑雪場鋼屋蓋卸載方案研究[J].建筑科學，2015，31(11)：114-119.

[2] 崔曉強，郭彥林，葉可明.大跨度鋼結構施工過程的結構分析方法研究[J].工程力學，2006，23(5):83-88.

[3] 范 重，劉先明，胡天兵，等．國家體育場鋼結構施工過程模擬分析[J]．建筑結構學報，2007，28(2):134-143.

[4] 郭彥林，郭宇飛，高 巍，等．國家體育場鋼結構屋蓋落架過程模擬分析[J]．施工技術，2006，35(12):36-40.

[5] 邱德隆，李久林，楊俊峰，等．國家體育場鋼結構支撐卸載分析[J]．施工技術，2006，35(12):32-35.

[6] 郭小農，楊商飛，羅永峰，等．某剛性大跨度鋼屋蓋結構拆撐過程分析[J]．建筑鋼結構進展，2014，16(4):58-64.

On the design and practice of grid uninstallation of gym roof

Zhuang Lijun1,2

(1.TaiyuanUniversityofTechnology,Taiyuan030024,China; 2.ShanxiSijianGroupCo.,Ltd,Taiyuan030024,China)

In order to ensure the safety of unloading process of a gymnasium roof truss the author offers three unloading plans, which are different in order. By using the finite element analysis software MIDAS/Gen, simulation analyzing of the grid deflection deformation and the force condition of falsework, related data can be shown to choose a more stable unloading plan.

gym, steel grid, uninstallation plan, falsework system, simulation analysis

1009-6825(2016)28-0040-03

2016-07-23

莊利軍(1976- )，男，在讀工程碩士，高級工程師

TU356

A