于 科 杜洪利 孫 偉 解曉東 陳前廷
1.中建八局第一建設(shè)有限公司 濟(jì)南 250100;2.合肥工業(yè)大學(xué) 合肥 230088
背景項(xiàng)目為交通銀行金融服務(wù)中心(合肥)項(xiàng)目一期和二期一階段B區(qū)營(yíng)業(yè)廳及會(huì)議區(qū)大懸挑鋼結(jié)構(gòu)工程,位于合肥市濱湖新區(qū)CBD核心商務(wù)區(qū),東臨徽州大道,南臨嘉陵江路,西臨西藏路,北至用地邊界。
B區(qū)營(yíng)業(yè)廳及會(huì)議中心,地上4 層,建筑高度24.00 m,總建筑面積7 851 m2。營(yíng)業(yè)廳及會(huì)議區(qū)地上4 層、地下2 層,首層層高6.00 m,2層以上層高均為5.20 m。主體結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土(部分型鋼混凝土)框架結(jié)構(gòu),地面以上(大懸挑外)區(qū)域采用鋼筋混凝土梁板式樓蓋體系。大懸挑采用空間鋼結(jié)構(gòu)桁架,主要分布在A~C軸之間,如圖1、圖2所示。
圖1 營(yíng)業(yè)廳及會(huì)議區(qū)鋼結(jié)構(gòu)平面布置示意
1)根據(jù)圖紙和施工方案資料,建立B區(qū)營(yíng)業(yè)廳與會(huì)議區(qū)模型,進(jìn)行B區(qū)懸挑桁架施工過(guò)程的模擬分析,得到施工過(guò)程中懸挑桁架的內(nèi)力、變形等變化情況,確定懸挑桁架的最大變形節(jié)點(diǎn),為施工過(guò)程在保證安全的前提下順利完成施工任務(wù)提供技術(shù)參考。
2)建立B區(qū)營(yíng)業(yè)廳及會(huì)議區(qū)模型,通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)模擬的施工過(guò)程進(jìn)行計(jì)算,從而得到靜力條件下,B區(qū)懸挑桁架的內(nèi)力以及變形情況,為實(shí)際施工過(guò)程中搭設(shè)模板支撐提供數(shù)值計(jì)算依據(jù)。
圖2 營(yíng)業(yè)廳及會(huì)議區(qū)鋼結(jié)構(gòu)部分左視圖
1)依據(jù)資料。B區(qū)營(yíng)業(yè)廳及會(huì)議區(qū)建筑與結(jié)構(gòu)圖紙;B區(qū)大懸挑鋼結(jié)構(gòu)施工專項(xiàng)方案;相關(guān)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)。
2)方法。通過(guò)查看相關(guān)資料,對(duì)B區(qū)懸挑桁架項(xiàng)目總體概況進(jìn)行詳細(xì)了解,確定項(xiàng)目模擬分析的目的、方法,運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件sap2000v15.1.1建立結(jié)構(gòu)模型,分別模擬懸挑桁架施工過(guò)程中和靜力條件下懸挑桁架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力及變形的發(fā)展過(guò)程和數(shù)值計(jì)算結(jié)果。
按照設(shè)計(jì)圖紙,進(jìn)行軸線的布置、結(jié)構(gòu)構(gòu)件的定義及布置,主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件節(jié)點(diǎn)采用固結(jié)點(diǎn),懸挑桁架鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)采用鉸接點(diǎn),建立整體結(jié)構(gòu)模型,如圖3所示。
圖3 整體模型
懸挑桁架吊裝施工過(guò)程模擬時(shí),按照B區(qū)懸挑吊裝流程進(jìn)行分析,整個(gè)模擬過(guò)程只考慮靜力荷載,不考慮風(fēng)荷載等的影響,通過(guò)靜力條件分析,選擇已有鋼構(gòu)件ZC2(□600 mm×600 mm×30 mm×30 mm)作為臨時(shí)支撐[1-4]。不考慮懸挑部分壓型鋼板的鋪設(shè),取施工恒荷載為結(jié)構(gòu)自重,主體結(jié)構(gòu)的施工活荷載為3 kN/m2,運(yùn)用sap2000階段施工分析模塊進(jìn)行模擬分析,分析步驟及結(jié)果如下:
4.2.1 模擬施工過(guò)程步驟
4.2.2 數(shù)值模擬結(jié)果分析
圖4 拆除軸臨時(shí)支撐
圖5 拆除軸臨時(shí)支撐后的軸桁架變形
圖6 拆除軸臨時(shí)支撐
圖7 拆除所有臨時(shí)支撐后的軸桁架變形
在拆除所有支撐后,豎向位移超過(guò)4.5 mm的節(jié)點(diǎn)共16 個(gè),如表1和圖8所示。
表1 豎向結(jié)構(gòu)位移超過(guò)4.5 mm的節(jié)點(diǎn)
圖8 第2跨桁架YZ平面節(jié)點(diǎn)編號(hào)
靜力分析只考慮結(jié)構(gòu)自重、梁間線荷載以及板面上施工荷載,不考慮風(fēng)荷載以及地震荷載等條件。取結(jié)構(gòu)線荷載為14 kN/m,施工活荷載為3 kN/m2,通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件模擬分析得出如下情況。
1)計(jì)算模擬結(jié)果顯示,結(jié)構(gòu)豎向位移超過(guò)35 mm的節(jié)點(diǎn)總共22 個(gè),如表2所示。
表2 豎向結(jié)構(gòu)位移超過(guò)35 mm的節(jié)點(diǎn)
2)靜力條件下,懸挑桁架豎向變形隨著懸挑距離的增加而增加,每一跨桁架平面橫梁兩端豎向變形較小,跨中最大豎向變形較大:第1跨桁架梁端節(jié)點(diǎn)豎向位移最大值為-21.671 8 mm,節(jié)點(diǎn)編號(hào)為261,跨中節(jié)點(diǎn)豎向位移最大值為-31.093 3 mm,節(jié)點(diǎn)編號(hào)為476,節(jié)點(diǎn)位置見(jiàn)圖9。第2跨桁架端節(jié)點(diǎn)豎向位移最大值為-31.859 0 mm,節(jié)點(diǎn)編號(hào)為213,跨中節(jié)點(diǎn)豎向位移最大值為-41.878 8 mm,節(jié)點(diǎn)編號(hào)為477,節(jié)點(diǎn)位置見(jiàn)圖8。綜上所述,懸挑桁架的豎向變形均滿足《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB 50017—2003》附錄A表A.1.1中受彎構(gòu)件撓度容許值的規(guī)定,表明在靜力條件下,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)構(gòu)件滿足承載力和穩(wěn)定性要求。靜力條件下,懸挑桁架的總體變形如圖10所示。
圖9 第1跨桁架YZ平面節(jié)點(diǎn)編號(hào)
圖10 整體變形示意
1)在懸挑桁架吊裝過(guò)程中,應(yīng)嚴(yán)格按照B區(qū)大懸挑桁架鋼結(jié)構(gòu)施工專項(xiàng)方案進(jìn)行,在整個(gè)懸挑桁架吊裝過(guò)程中,運(yùn)用科學(xué)測(cè)量?jī)x器,確保桁架結(jié)構(gòu)構(gòu)件安裝位置精確,并嚴(yán)格監(jiān)控桁架各主要節(jié)點(diǎn)的變形情況,對(duì)軸桁架橫梁的跨中以及兩端節(jié)點(diǎn)(特別是表1中所列的節(jié)點(diǎn))的位移進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控,確保吊裝過(guò)程科學(xué)合理、安全有效。
2)計(jì)算機(jī)模擬過(guò)程中未考慮風(fēng)荷載的影響,在實(shí)際吊裝過(guò)程中,應(yīng)選擇在無(wú)風(fēng)或者風(fēng)力不影響吊裝的天氣條件下進(jìn)行施工。
3)計(jì)算機(jī)模擬施工過(guò)程中,臨時(shí)支撐是整排拆除,在臨時(shí)支撐實(shí)際拆除過(guò)程中,應(yīng)科學(xué)選擇單個(gè)臨時(shí)支撐的拆除順序,并在拆除過(guò)程中注意監(jiān)控整個(gè)桁架的變形變化情況。
4)依據(jù)計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬結(jié)果,在懸挑桁架結(jié)構(gòu)實(shí)際施工過(guò)程中,結(jié)構(gòu)變形應(yīng)滿足以下條件:
(1)在懸挑桁架結(jié)構(gòu)構(gòu)件安裝過(guò)程中,拆除臨時(shí)支撐前,懸挑結(jié)構(gòu)所有構(gòu)件最大變形量不超過(guò)1.5 cm;
(3)在結(jié)構(gòu)吊裝完成后,懸挑結(jié)構(gòu)的第1跨橫梁兩端節(jié)點(diǎn)的豎向位移不超過(guò)2 cm,跨中節(jié)點(diǎn)的位移不超過(guò)3 cm,第2跨橫梁兩端節(jié)點(diǎn)豎向位移不超過(guò)3 cm,跨中節(jié)點(diǎn)的位移不超過(guò)4 cm;
(4)整個(gè)結(jié)構(gòu)安裝過(guò)程中,結(jié)構(gòu)的X方向水平位移不超過(guò)1.5 cm,Y方向水平位移不超過(guò)1.5 cm。以上位移數(shù)值均為安全警戒值,如果施工過(guò)程中的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)超過(guò)上述數(shù)值,應(yīng)立即停止施工,檢查結(jié)構(gòu)構(gòu)件節(jié)點(diǎn)、構(gòu)件變形等相關(guān)情況并進(jìn)行分析,采取安全防護(hù)措施,在確保安全的情況下進(jìn)行后續(xù)施工。
通過(guò)有限元軟件建立超大懸挑桁架有限元模型,按施工方案中超大懸挑桁架的安裝流程,模擬各階段施工狀態(tài)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,依據(jù)計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證施工方案的可行性,確保施工順利進(jìn)行[5-8]。