簡陽文體傾斜網(wǎng)架鋼屋蓋施工技術(shù)

鄧良波，張宏達，吳楚橋，王雪林

浙江精工鋼結(jié)構(gòu)集團有限公司，浙江 紹興 312030

1 工程背景

簡陽文化體育中心4#樓屬于中型乙級館，主要功能為體育館和全民健身館，屋面總高度為42m，運動場上空為四角錐網(wǎng)架，全民健身館上空為桁架。網(wǎng)架鋼管采用Q345B熱軋無縫鋼管，節(jié)點為焊接空心球節(jié)點。網(wǎng)架最大圓管規(guī)格為Φ450mm×16mm，最小圓管規(guī)格為Φ76mm×4mm，球節(jié)點規(guī)格為WSR260mm×8mm～WSR500mm×25mm，網(wǎng)架支座采用成品球鉸彈性支座。體育館外側(cè)幕墻構(gòu)件為矩形管構(gòu)件，截面尺寸為800mm×200mm×14mm（寬×高×厚），材質(zhì)為Q345B。

4#樓屋蓋為大跨度焊接球網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，最大跨度為64.8m。4#樓鋼結(jié)構(gòu)包括勁性鋼骨柱、屋蓋網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、屋蓋桁架結(jié)構(gòu)、幕墻網(wǎng)格結(jié)構(gòu)、鋼梁等。勁性結(jié)構(gòu)分為地下和地上兩部分，地下室部分根據(jù)塔吊起重能力進行分段，采用2-1#塔吊（TC6513型）分段吊裝。地上部分勁性柱采用90t汽車吊進行吊裝，分段位置位于鋼梁或牛腿位置往上1.2m。

2 大跨度斜面網(wǎng)架的滑移軌道布設(shè)技術(shù)

軌道布置在結(jié)構(gòu)桿件節(jié)點較強的位置，如支座、桿件節(jié)點處等。軌道布置盡量利用原有的結(jié)構(gòu)柱、梁進行架設(shè)。滑軌布置數(shù)量必須滿足滑移施工狀態(tài)結(jié)構(gòu)撓度小于自重狀態(tài)下設(shè)計狀態(tài)結(jié)構(gòu)撓度。4#滑移軌道設(shè)置在4a-1軸和4a-10軸的混凝土梁上，滑軌采用16a槽鋼，混凝土梁上沿450mm布置預(yù)埋件，槽鋼與預(yù)埋件之間通過擋板連接；軌道共設(shè)置3條，其中4a-1及4a-10為主動軌，單條長度約75m，4a-5軸為被動短滑軌，軌道長度約17m。

3 滑移拼裝平臺設(shè)計

在4a-T～4a-Q軸交4a-1～4a-10軸之間位置搭設(shè)拼裝平臺，拼裝平臺尺寸為25m×67m，采用格構(gòu)式支撐架搭設(shè)，支撐架之間采用鋼管桁架連接。平臺底部落于土建結(jié)構(gòu)標高為22.45m的結(jié)構(gòu)層上，局部位置落在二層（標高為5.4m）和看臺結(jié)構(gòu)層上，拼裝平臺示意圖如圖1所示。

圖1 拼裝平臺示意圖

3.1 設(shè)計參數(shù)

該工程采用通用有限元分析軟件Midas Gen進行拼裝平臺的結(jié)構(gòu)受力驗算。

（1）荷載情況：恒載（D）為支撐架結(jié)構(gòu)自重，自重系數(shù)為1.0；集中荷載（L）為網(wǎng)架拼裝下弦球傳遞至平臺的集中荷載。

（2）風荷載：Wx為x方向風荷載，根據(jù)荷載規(guī)范進行計算；Wy為y方向風荷載，根據(jù)荷載規(guī)范進行計算。

（3）荷載組合：標準工況為1.0D+1.0L1+0.4Wx；組合工況為1.2D+1.32L1+0.84Wx。

（4）邊界條件：支撐架立桿底部采用鉸接約束模擬，即約束x、y、z三向的水平位移，主次桁架與土建結(jié)構(gòu)相連接的，均按三向鉸接模擬。

（5）截面規(guī)格：支撐架平面尺寸為1.5m×1.5m，支撐架立柱圓管規(guī)格為Φ152mm×6mm，腹桿圓管規(guī)格為Φ74mm×4mm，材質(zhì)均為Q345B。

3.2 計算模型

計算荷載示意圖如圖2所示，計算約束示意圖如圖3所示。

圖2 計算荷載示意圖

圖3 計算約束示意圖

3.3 計算結(jié)果

在標準組合作用、桁架受力最不利工況下，跨中最大豎向變形值為6.41mm，占跨度的1/1100；支撐架受力最不利工況下，支撐架最大豎向變形為3.30mm，出現(xiàn)在支撐架頂部，滿足施工要求。

在標準組合作用下，最大水平位移產(chǎn)生在支撐架中部；其中桁架最大水平變形值為0.76mm，支撐架最大水平變形為1.38mm，滿足施工要求。

在最不利荷載組合作用下，應(yīng)力比最不利位置出現(xiàn)在桁架腹桿處，應(yīng)力比為0.47＜1，滿足承載力要求。

3.4 整體穩(wěn)定驗算

（1）將支撐架作為一個構(gòu)件進行整體承載力計算時，需考慮其承受的軸向壓力荷載和彎矩荷載。彎矩荷載設(shè)計值為支撐荷載的偏心距和風荷載作用的組合值，荷載計算過程如下。

①軸向壓力設(shè)計值N：

式中：D1為支撐架自重，取50kN；D2為支撐荷載標準值，取50kN；L為施工活荷載，取8kN。

②支撐荷載偏型彎矩M1：

式中：e為偏心距，取0.1m。

③風荷載彎矩M2：

式中：支撐架高度H=30m；W1為單立桿頂部荷載，取0.72kN/m；W2為單立桿底部荷載，取0.52kN/m。

④彎矩設(shè)計值Mx：

（2）根據(jù)上述求得的軸向壓力荷載和彎矩荷載，對支撐架進行整體承載力驗算，計算過程如下。

①剛度驗算。分肢長細比驗算公式如下：

式中：[λ1x,λ1y]為立桿x、y方向分肢長細比；[λ]為分肢容許長細比。

式中：[0.7λox,0.7λoy,40]為綴板柱分肢長細比，不應(yīng)大于構(gòu)件兩個方向長細比較大值的0.7倍，且不大于40。

斜綴條長細比驗算公式如下：

式中：[λx′,λy′]為斜綴條x、y方向長細比；[λ′]為斜綴條容許長細比，[λ′]=150。

整體長細比驗算公式如下：

式中：[λox,λoy]為換算長細比；[λo]為換算容許長細比，[λo]=100。

經(jīng)驗算，剛度滿足要求。

②強度驗算。驗算公式如下：

式中：A為支撐截面總面積；Mx為最大彎矩；γx為截面塑性發(fā)展系數(shù)；W1x為毛截面模量。

經(jīng)驗算，N÷A+Mx÷(γx×W1x)≤f，f為抗壓強度設(shè)計值，強度滿足要求。

③穩(wěn)定性驗算。平面內(nèi)彎矩計算公式如下：

式中：λn為正則化長細比；fy為鋼材屈服強度設(shè)計值；λox為換算長細比。

當λn≤0.215時，穩(wěn)定系數(shù)：

當λn＞0.215時，穩(wěn)定系數(shù)：

式中：α1、α2、α3均為系數(shù)，分別取0.65、0.965、0.3。

驗算公式如下：

式中：βmx為等效彎矩系數(shù)；Ex′為歐拉臨界力。

經(jīng)驗算，N÷φxA+βmxMx÷{W1x(1-φxN÷NEx′)}≤f，f為鋼材抗壓強度設(shè)計值，穩(wěn)定性滿足要求。

④應(yīng)力比驗算。整體計算最大應(yīng)力比n=0.23；n≤[n]，經(jīng)驗算，應(yīng)力滿足要求。根據(jù)以上計算結(jié)果可知，桿件承載力及變形滿足要求，且承載力冗余合理。

4 結(jié)束語

文章對簡陽文化體育中心4#樓的施工過程進行技術(shù)總結(jié)和分析，對傾斜滑移施工的基本工藝流程、技術(shù)要點進行了詳細說明，并對此類結(jié)構(gòu)的滑移措施設(shè)計、卸載工藝進行了進一步闡述，還簡述了滑移平臺驗算的基本過程，涉及的施工技術(shù)和計算方法可為今后類似場館類鋼結(jié)構(gòu)工程提供參考。