鋼結(jié)構(gòu)在吊裝階段的計算分析

王吉琮　張雨豪

（五邑大學(xué)　廣東江門　529020）

1　工程概況

某市體育中心，總建設(shè)用地面積約600畝，總建筑面積約20.25萬m2，其中體育場建筑總面積為42360m2，設(shè)有25518個座位。體育場看臺屋蓋成兩瓣月牙形，其中西看臺長軸為264.5m，短軸為121.7m，結(jié)構(gòu)安全等級為一級。

體育中心體育場西看臺大跨度鋼結(jié)構(gòu)屋蓋，在看臺的南北向設(shè)有混凝土支座以此給大跨度屋蓋主拱提供支撐，同時設(shè)有24榀徑向桁架梁和三道穩(wěn)定桁架。西看臺鋼結(jié)構(gòu)大量采用鋼管構(gòu)件，安裝過程中通常使用焊接跟栓接，鋼結(jié)構(gòu)屋蓋采用“分段高空吊裝”的方法。

2　施工階段的有限元計算方法

據(jù)資料統(tǒng)計，我國近幾年來發(fā)生的建筑安全隱患和事故有近60%都發(fā)生在建筑施工期間，其主要原因就是，由于施工階段的受力與設(shè)計狀態(tài)存著很大的區(qū)別，對于施工階段進行受力分析時不能采用完整的計算模型，因此對于結(jié)構(gòu)施工階段結(jié)構(gòu)性能的研究要采取新的計算方法。常用的方法有“生死單元法”。

生死單元法：

“生死單元法”是先將模型建立，再通過控制結(jié)構(gòu)單元的“生”和“死”來模擬實際施工階段構(gòu)件的狀態(tài)變化。其中對于將單元“殺死”并非是將單元刪除，而是將其剛度矩陣乘以一個極小的系數(shù)，此時該單元的質(zhì)量，載荷等特性被看做為一個極小的量，對其他單元不產(chǎn)生作用。

3　建模計算結(jié)果分析

計算結(jié)果分析：

按照擬定的施工方案，對鋼結(jié)構(gòu)屋蓋在安裝過程中的結(jié)構(gòu)安全進行施工階段模擬計算，將屋蓋施工分為3個施工階段進行模擬分析，計算結(jié)構(gòu)在每個施工階段的結(jié)構(gòu)變形及應(yīng)力情況，計算結(jié)果如圖1～6所示。

圖1　第一階段結(jié)構(gòu)豎向位移（3.40mm）

圖2　第一階段結(jié)構(gòu)應(yīng)力（19.80MPa）

圖3　第二階段結(jié)構(gòu)豎向位移（38.66mm）

圖4　第二階段結(jié)構(gòu)應(yīng)力（72.00MPa）

圖5　第三階段結(jié)構(gòu)豎向位移（38.85mm）

圖6　第三階段結(jié)構(gòu)應(yīng)力（73.05MPa）

4　結(jié)論與展望

本文通過采用“生死單元法”來對鋼結(jié)構(gòu)屋蓋進行了建模分析，通過每一階段結(jié)構(gòu)的位移及應(yīng)力數(shù)值對施工中結(jié)構(gòu)的安全性進行評估為可靠。

大型復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)施工力學(xué)分析現(xiàn)在仍處于探索階段，很多理論和技術(shù)仍需要進一步研究和深入，通過本文的研究提出一些展望。

[1]張煊銘.大跨度鋼結(jié)構(gòu)卸載期間的受力分析與安全監(jiān)測[D].內(nèi)蒙古：內(nèi)蒙古科技大學(xué)，2014.

[2]金礪.大跨度鋼結(jié)構(gòu)全過程施工監(jiān)測及分析研究[D].浙江：浙江大學(xué)，2014.