大跨度空高結構

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　1、緣起

　　目前，隨著國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展，國內大跨度空間桁架類型的建筑日益增多。此種建筑，結構不拘一格，本身的自重超過一定范圍，對主桁架的吊裝方法多樣。在我們近期承接的幾個大跨度空間結構工程施工中，主桁架部分采用設立臨時支撐加調節(jié)機構，分段吊裝的方法，取得了一定的效果，但該方法比較復雜的是整個鋼屋蓋吊裝就位成整體后支撐的拆除?，F(xiàn)以廣州體育館為例，將我們在施工中的做法和體會發(fā)表出來，供業(yè)內同行參考。

　　2、主桁架吊裝就位

　　廣州體育館是中華人民共和國第九屆全國運動會比賽與閉幕式用館，由法國著名設計師保羅·安德魯設計。該館由主場館、訓練館和大眾活動中心組成。三個場館結構形式一樣，下面我們將以主場館為例說明問題。

　　體育館鋼屋蓋由縱向主桁架、輻射桁架、周邊箱形水平鋼環(huán)梁、鋼檁條及拉索組成。縱向主桁架斷面呈倒梯形，采用鋼管焊接而成，沿跨長斷面和寬度發(fā)生變化，端部僅保留上弦斷面。主場館的主桁架跨度160m，既不是二次曲線，也不是三次曲線，而是一條由建筑師手繪的靈感曲線，空中定位難度非常大。為了保證主桁架高空精確定位和整個屋蓋所有桿件在安裝階段的強度、穩(wěn)定剛度的要求，我們在主桁架下方設立了12個鋼支撐，主桁架支撐1－12號采用四根φ609×11的鋼管，沿高度方向每2米用連接桿將鋼管連接在一起，以增加其平面外剛度。為了調節(jié)主桁架的Z向標高，我們在鋼支撐的頂部安裝了專用調節(jié)機構。12個鋼支撐將主桁架分為13段，最重段14噸。吊裝順序由中間向兩端對稱進行，吊裝就位時標高相對于設計標高有一定的預起拱，待主桁架吊裝完畢，開始吊裝屋蓋其它部分。

　　3、主桁架支撐拆除前的演算

　　當屋蓋各主要組成構件全部組裝完畢后，就要拆除鋼支撐，屋蓋的主要組成部分將發(fā)生較大的內力重分布，逐漸過渡到設計受力狀態(tài)，形成空間共同受力以交付使用。但是，在鋼支撐拆除以后，整個屋蓋在自重作用下的變形情況和內力分布是否與設計最終狀態(tài)吻合，拉桿強度、壓桿強度及整體穩(wěn)定計算應力是否小于鋼材設計強度值。在拆頂過程中，鋼支撐的拆除順序怎樣，鋼支撐拆除過程是一個動態(tài)過程，屋蓋內力是否均在彈性范圍，按上述拆除順序屋蓋各桿件內力值是否均小于桿件彈性極限承載力。

　　以上問題，我們委托清華大學結構研究所使用Windows superSap99軟件進行運算?清華大學結構研究所采用整個空間模型進行演算分析得出以下：主桁架撓度最大為67.2mm，位于主桁架跨度中點處、沿跨度垂直撓度逐漸減小，內力分布與設計最終狀態(tài)吻合，拉桿強度、壓桿強度及整體穩(wěn)定計算應力小于鋼材設計強度值。對于鋼支撐拆除過程，使用計算機結構仿真技術，進行78次屋蓋全模型計算，得出結論如下：

　　分布與設計最終狀態(tài)吻合，拉桿強度、壓桿強度及整體穩(wěn)定計算應力小于鋼材設計強度值。對于鋼支撐拆除過程，使用計算機結構仿真技術，進行78次屋蓋全模型計算，得出結論如下：拆除順序為1＃、2＃、3＃、4＃、5＃、6＃、7＃、8＃、9＃、10＃、11＃、12＃，重復多輪，屋蓋內力均在彈性范圍，按上述拆除順序屋蓋各桿件內力值均小于桿件彈性極限承載力。

　　4、主桁架支撐拆除根據(jù)清華大學結構研究所的計算結果

　　我們確定屋蓋中點施工控制下沉值為70mm，同時確定鋼支撐拆除根據(jù)變形協(xié)調、卸載均衡的原則。通過設置在臨時鋼支撐上的調節(jié)機構，多次循環(huán)微量下降（每步不超過10mm）來實現(xiàn)載荷平穩(wěn)轉移。隨著鋼支撐的拆除，結構將發(fā)生較大的內力重分布，并逐漸過渡到設計受力狀態(tài)。

　　在確定了拆除原則后，我們進行了各項準備工作：首先，在地面模擬作業(yè)，在存在載荷的情況下，轉動千斤頂45°，測量出千斤頂下降的位移，熟悉千斤頂性能，同時做到拆除時同步、準確。其次，在每個鋼支撐調節(jié)機構的中心活動鋼管上按間距5mm作好下降位移標記，共標70mm.再次，在屋蓋上選定固定檢測點。最后，編制拆除網(wǎng)絡圖。

　　完成以上準備工作后，我們于2000年8月10日、11日兩天通過7輪有條不紊地下降，主場館主桁架順利與調節(jié)機構脫離。

　　主場館拆頂后的變形經(jīng)華南理工大學測量教研室測量，與設計完全相符。

　　主場館拆頂后的應力應變經(jīng)華南建設學院西院工程抗震研究中心測試，與設計完全相符。

　　5、我們的體會

　　目前，國內大跨度空間桁架的安裝方法很多，設立支撐，分段吊裝，空中就位的方法相對而言具有安全性好，施工簡便等優(yōu)點。但這種方法也存在空間精確定位困難，支撐拆除對屋蓋影響不易控制等缺點。我們在此類工程的施工中，采用在支撐上加一個鋼制調節(jié)機構的方法，簡單易行。由于調節(jié)機構可以精確調節(jié)Z向標高，因此，無論是吊裝就位、還是屋蓋下降，均可將復雜的標高控制轉化為對調節(jié)機構中心活動鋼管的控制。而通過多次循環(huán)微量下降調節(jié)機構中心活動鋼管來平穩(wěn)實現(xiàn)載荷轉移，鋼屋蓋不會出現(xiàn)大的變形和應力集中。

　　我們與清華大學等幾所大學的合作，也開辟了校企聯(lián)合的一條新路。

　　經(jīng)過近期幾個工程的施工，我們對鋼支撐加調節(jié)機構在大跨度空間桁架結構安裝中的應用，取得了一定的效果，為以后類似工程的施工，提供了借鑒和經(jīng)驗。