大跨度鋼架連廊提升支架的設計分析

彭 平，沙峰峰，焦國民,，朱偉明，魯昌伍

（1.江蘇省建筑工程集團第二工程有限公司，江蘇 蘇州 215000；2.江蘇省建筑工程集團有限公司，江蘇 南京 210000；3.蘇州環秀湖旅游發展有限公司，江蘇 蘇州 215000）

0 引言

近些年來，隨著經濟高速發展，建筑形狀和構造多樣化發展，大量空中連廊在各類型建筑中相繼出現，為了保證高空大跨度鋼結構工程結構更加可靠安全，采用合理的提升支架對大跨度鋼架連廊提升安裝技術至關重要。傳統空中連廊結構形式采用鋼結構，自重大且提升高度高，傳統施工方法采用分件高空散裝焊接成型，增加施工難度，增大風險系數［1，2］。如何降低高空安裝的施工難度，降低施工風險是亟需解決的課題。與傳統的鋼結構施工技術相比，現有提升支架設計更加合理，能夠有效大大提高大跨度鋼結構施工作業的安全性［3-5］。因此，本文在結合以往工程施工案例后合理設計了大跨度鋼架連廊的提升支架，并運用于實際工程。

1 工程概況

蘇州陽澄湖景區配套酒店項目位于蘇州市相城區相融路西側，背靠環秀湖，地理位置優越。其中，大跨度鋼架連廊：寬度為 22 m，跨度 81 m；其底部標高+79.7 m，頂部標高+94.75 m；桁架結構由 4 榀主桁架及次連系結構組成，自身高度 16.05 m。提升重量 2 600 t，如圖1所示。由于鋼架連廊跨度較大、荷載重、距地面高等特點，施工存在一定難度。提升大跨度鋼架連廊需設計一種提升支架，該提升支架需依附或借助于已有結構［6-8］。同時，提升支架的架設與使用不能對大跨度鋼架連廊兩側主體結構造成損害。

圖1 大跨度鋼架連廊三維圖

2 提升支架設計要點

1）大跨度鋼架連廊的主體安裝區域的中心到結構的邊緣距離遠，高度較高，限制了安裝的吊裝工藝，故需設計提升支架對其進行提升安裝。

2）減少風荷載對節約材料、結構體系的受力有重要意義，應盡量簡化構造，減少迎風面積。風荷載與結構高度、橫截面尺寸、構件形式等有關，因此合理確定結構的立面形式及幾何尺寸，正確選用構件的截面是提升支架設計的重要步驟。

3）選取結構形式時，宜對各種結構方案進行技術、經濟、安全、方便現場施工等方面的比較，以求進一步節約材料、降低造價、提高安全度、加快施工進度。為了降低結構的施工費用，應采取構造簡單的結構，并使結構標準化和統一化。

3 大跨度鋼架連廊提升支架的設計分析

3.1 提升支架的設計

提升上吊點為液壓提升器操作平臺，必須能夠承受一定的載荷。根據對桁架結構特性、各吊點提升反力值進行分析，提升上吊點設置在提升梁上，提升梁位于提升支架上方，提升支架安裝于混凝土柱柱頂。提升上吊點在保證安全承載的前提下應盡可能地避免與原結構桿件干涉。大跨度鋼架連廊提升支架的三維圖如圖 2 所示。

圖2 提升支架三維圖

3.2 提升支架的計算分析

1）提升支架驗算。

強度及穩定驗算荷載組合如式（1）～（3）所示、支座反力及變形驗算荷載組合如式（4）、式（5）所示。

式中：DEAD 為自重；LIVE 為提升反力；ω為水平風荷載；LM 為摩擦力。

2）風荷載計算。

按 GB 51162-2016《重型結構和設備整體提升技術規范》［9］4.3.1 條，作用于支承結構或提升結構表面單位面積上的水平風荷載標準值應按式（6）計算。

本工程水平風荷載標準值為ωk=βμsμzω0=1.3×2.4×0.883×0.268=0.738，連廊結構所受風荷載約為 858 kN。連廊結構滑移時由靜摩擦（摩擦系數 0.2）轉換為動摩擦（摩擦系數 0.15）時，沿滑移方向會產生沖擊荷載，荷載大小為動、靜摩擦力差值，即結構自重的 5 %（1 390 kN）。

3.3 提升支架的有限元分析

大跨度鋼架連廊提升支架采用結構分析軟件 SAP2000 進行計算。其中，采用 BEAM44 單元模擬連廊結構各桿件，材料彈性模量取 2.06×105MPa，密度取 7 850 kg/m3，泊松比取 0.3。

結合相關提升支架和實際施工情況，大跨度鋼架連廊提升支架的靜力強度分析計算應考慮恒荷載、活荷載及風荷載，控制工況主要考慮結構位移及材料應力的控制。結構位移限值為立柱取值f＜L/400 mm；主梁取值f＜L/400 mm；材料應力控制為鋼材的最不利應力比不大于 1。

大跨度鋼架連廊的整個施工過程主要分為以下幾種工況，并對不同工況下的提升支架進行相應的有限元分析，結果如表 1 所示。

表1 最大位移與最不利應力比

由表 1 計算結果統計可知：在整個施工過程的不同工況下，提升支架整體結構的最大位移遠低于位移設計限值，最大應力比也均低于設計規范所要求。其中，提升支架整體結構最大變形為 17.4 mm，小于L/400=9 000/400=22.25 mm；最不利應力比最大值為 0.806，提升支架整體結構穩定性滿足要求；通過計算分析結果表明提升支架的設計可以保證大跨度鋼架連廊在提升階段的施工安全。

4 結論

1）本文結合工程實例進行了大跨度鋼架連廊提升支架的設計分析，并且通過有限元軟件 SAP 2000 建立了合適的提升支架三維模型，研究分析了提升支架在不同工況下其整體受力性能，計算得到的最大應力比均滿足 GB 50017—2003《鋼結構設計規范》［11］要求；同時，提升結構的最大位移也均滿足規范設計要求。結果表明提升支架的設計是合理的，可以保證大跨度鋼架連廊在提升階段安全施工。

2）大跨度鋼架連廊在地面整體拼裝作業，施工效率較高，質量易于保證。通過提升支架的設計，可以滿足大跨度鋼架連廊在提升階段安全施工，同時能夠有效保證大跨度鋼架連廊安裝工程的工期，為今后同類型工程的鋼結構整體提升支架的設計提供了參考。Q