移動式門鋼風雨棚卡軌加固關鍵施工技術

章國超，付建新，錢超南

（浙江中天恒筑鋼構有限公司，浙江 杭州 310008）

0 引言

移動式門鋼風雨棚因其經濟性好、操作簡便、使用效果好等原因越來越多地運用于各個施工作業場地。但移動式門鋼風雨棚柱腳在使用過程中所受的水平約束很小，這與常規門鋼柱腳鉸接的邊界條件差異較大。若設計人員設計時誤將移動式門鋼風雨棚當作普通門鋼進行設計，則在結構自重及屋面荷載作用下，風雨棚柱腳會產生較大水平位移，造成風雨棚卡軌重，無法使用電機對其進行牽引。

本文以某移動式門鋼風雨棚為例，根據實際施工方案，考慮風雨棚實際受力狀態及加固形式，運用計算機仿真技術研究施工過程中柱腳水平位移、柱腳豎向反力及反頂時屋面梁的應力變化情況，并據此指導現場施工。

1 工程概況

某移動式門鋼風雨棚長30m，寬18m，高7m，屋面坡度為5%，其中門鋼柱距為30m，寬度方向設置4榀鋼架。屋面梁采用H（800～600）×250×6×10變截面H型鋼，鋼柱采用H（650～300）×300×6×12變截面H型鋼，鋼柱柱腳處采用HW300×300×10×15熱軋H型鋼作為連系梁。每榀鋼架的鋼柱之間滿布φ89mm×3mm支撐桿件，以保證風雨棚滑移時的面外穩定；鋼梁之間采用φ20的圓鋼作為水平拉桿，采用φ89mm×3mm鋼管作為水平系桿；檁條采用截面為180mm×70mm×20mm×2.0mm的C形鋼；屋面采用單層壓型鋼板。

2 加固方案選擇

發現該風雨棚發生卡軌時，主結構及屋面施工已完成。因此，在盡量減小對主結構、屋面結構及使用功能影響的前提下，如何選擇經濟合理、施工便捷的加固方案顯得極其重要。

1）若在屋面梁下增加撐桿及拉索，使之成為張弦梁，則需將鋼柱與鋼梁連接處斷開，待張弦梁完成張拉，使之成為自平衡體系后才可與鋼柱連接。此方案施工復雜，涉及主結構的安拆，對主結構影響較大，且一定程度上減小了使用凈空。

2）若在鋼柱柱腳增加拉索，施加一定的預應力，可明顯改善風雨棚卡軌的情況，且施工便捷，但沿柱腳設置的拉索會嚴重影響風雨棚的使用。故不適用本工程。

綜合以上加固方案的優缺點，最后選擇“逐榀反頂屋面梁后在其下翼緣焊接T形鋼”的加固方案，具體如圖1所示。

圖1 加固施工方案

相對上述方案，該方案具有對主結構及使用功能影響較小、施工較為便捷等優點。

3 加固施工思路

1）在每榀屋面梁跨中位置的兩側安裝“倒T形”反頂支腿。

2）在反頂支腿下翼緣中間焊接反頂鋼管，考慮主結構及屋面自重較小，反頂鋼管規格可按照受壓構件的長細比進行配置。

3）在反頂鋼管下端設置千斤頂，使用千斤頂將屋面梁反頂至設計位置后，使用手拉葫蘆將加強T形鋼牽引至原屋面梁下翼緣下方并焊接。

4）焊接完畢后，同時卸載用于反頂屋面鋼梁的2個千斤頂，防止H型鋼梁受扭破壞。

5）依次按照上述步驟進行余下屋面梁的施工。

4 施工過程分析

4.1 基本假定

1）不考慮反頂時基礎不均勻沉降對結構的變形影響及反頂鋼管的壓縮影響。

2）風雨棚鋼輪與鋼軌之間的摩擦作用恒定，記為柱腳反力值的0.07倍

3）不考慮門鋼的面外變形。

4）忽略兩側千斤頂不均勻頂升對結構的不利影響。

5）忽略檁條、屋面板等對鋼架的剛度提供。

6）分析計算中僅考慮主結構、附屬結構及屋面板自重，忽略施工活荷載且不考慮水平荷載的影響。

4.2 有限元模型

通過Midas/GEN建立單榀門鋼的有限元模型（見圖2），其中梁柱采用梁單元，采用重合單元法模擬加固前后2根鋼梁的截面，使用生死單元法模擬施工階段。

圖2 結構計算模型

1）邊界條件 約束鋼柱柱腳豎向位移，為保證計算收斂，在水平方向設置彈簧約束，彈簧剛度大小為柱腳所受動摩擦值，摩擦系數μ取值0.07；施工反頂時，采用千斤頂單元法模擬，即在反頂點處設置1個受壓單元用以模擬千斤頂，千斤頂端部約束水平及豎向位移，采用節點強制豎向位移的方式模擬反頂量（分4次向上反頂200mm，平均每次反頂50mm）。

2）荷載條件 屋面恒荷載（含屋面板、屋面檁條等）折成線荷載作用于鋼梁上，大小為0.9kN/m；結構自重根據深化模型，自重系數取值1.1。

4.3 施工全過程計算分析

本次施工過程分析根據施工方案及現場實際情況共分7個施工階段，主要施工步驟為：①風雨棚處于原始卡軌狀態；②安裝反頂措施后，將鋼架反頂50mm；③反頂鋼架至100mm；④反頂鋼架至150mm；⑤反頂鋼架至200mm；⑥安裝并焊接加固T形鋼；⑦卸載千斤頂。

1）柱腳豎向反力 施工過程中，隨著反頂的進行，柱腳豎向反力將逐漸減小。為保證施工過程中結構整體穩定，應確保鋼柱柱腳所受的豎向反力始終為正，不得出現受拉工況。從圖3可知，當反頂至200mm時，柱腳反力減小至4.3kN，隨著T形鋼的安裝及千斤頂卸載，柱腳反力恢復至25.2kN，柱腳反力始終為正，故能保證施工安全。

圖3 各階段柱腳反力值

2）跨中千斤頂反力 由圖4可看出，反頂施工過程中，千斤頂所受反力越來越大。當反頂至200mm時，跨中千斤頂反力峰值為39.5kN，據此可配備2支5t千斤頂用于跨中反頂。

圖4 各階段千斤頂反力值

3）屋面梁應力限制 本工程中，屋面鋼梁跨度與反頂值均較大，其中跨度為30m，反頂達200mm。為保證施工過程中主結構不被破壞，應確保屋面梁所受應力在鋼材的屈服強度以下。由圖5可知，反頂時屋面梁組合應力峰值為108.9MPa，卸載完畢時屋面梁組合應力值穩定在84.9MPa。

圖5 各階段屋面梁應力值

4）屋面梁跨中豎向位移 由于施工過程中，反頂距離很大程度依靠千斤頂的行程，但綜合反頂時的地基沉降、支撐鋼管軸向壓縮等因素，千斤頂行程較實際大梁跨中反頂值小，有必要對根據跨中豎向位移值對頂升高度加以監測，以保證反頂到位（見圖6，負值表示下撓）。

圖6 各階段屋面梁跨中撓度值（負值表示下撓）

5）鋼柱柱腳水平向變形 為避免鋼柱柱腳加固后卡軌，應確保加固后柱腳水平位移能夠適應軌道。如圖7所示，卡軌狀態下，柱腳水平位移可向鋼架外側偏移61.4mm，但隨著千斤頂頂升，柱腳逐漸向鋼架內側收攏。當反頂至200mm時，鋼架向內側收攏至38.7mm。千斤頂完全卸載時，鋼柱柱腳向外側偏移的距離為0.7mm，而柱腳滑輪與鋼軌之間的間隙約為20mm，可完全適應軌道，解決卡軌問題。

5 結語

本文以移動式門鋼風雨棚卡軌加固為例，根據現場實際情況，選擇經濟合理的加固方案，采用“逐榀反頂屋面梁后在其下翼緣焊接T形鋼”的施工方法進行施工加固。通過有限元分析程序Midas/GEN進行施工全過程仿真分析，研究反頂、卸載時的結構反應，在確保結構安全的情況下，經濟、可靠地解決了移動式門鋼風雨棚卡軌問題，可為今后類似工程提供借鑒。