大跨度屋頂大梁安裝模擬分析技術(shù)

紀(jì)超超

上海市機(jī)械施工集團(tuán)有限公司 上海 200072

隨著我國城市建設(shè)的不斷發(fā)展，大空間的設(shè)計需求也越來越多，高空露臺的設(shè)計也促使屋面吊柱倒掛系統(tǒng)的誕生，因此研究大跨度屋面與兩側(cè)懸挑倒掛柱的安裝工藝具有十分重要的意義。本文重點(diǎn)研究大跨度桁架施工安裝模擬分析[1-3]。

1 工程概況

新開發(fā)銀行項目于世博園A區(qū)A11-01地塊。屋頂采用大跨度鋼梁，鋼梁為帶有懸臂端的單跨簡支梁，兩側(cè)懸臂梁長11.4 m，中間屋頂大梁跨度40 m，裙房北側(cè)為滑移鉸支座，南側(cè)為固定鉸支座，懸臂梁下方為倒掛吊柱，長11 m（圖1、圖2）。

圖1 新開發(fā)銀行裙房效果圖

圖2 新開發(fā)銀行裙房模型

2 臨時支撐形式

由于現(xiàn)場空間狹小，沒有預(yù)拼裝的空間，因此裙房屋頂鋼結(jié)構(gòu)安裝采用大梁在工廠分段制作，現(xiàn)場設(shè)置臨時支撐，高空原位拼裝的安裝方法。根據(jù)受力情況，臨時支撐設(shè)置在下方有立柱的位置，根據(jù)現(xiàn)場臨時支撐對裙房屋頂大梁進(jìn)行分段，核算塔吊的性能表，確保每個分段都在起吊半徑內(nèi)且有一定安全系數(shù)，并保證每個分段有可靠的支撐點(diǎn)位[4-7]。

采用φ426 mm的臨時支撐圓管柱，下方用十字勁板作連接，上方圓管柱在相應(yīng)位置開槽，與原結(jié)構(gòu)鋼柱空開20 cm的距離，方便土建在壓型板上綁扎鋼筋及澆筑混凝土（圖3）。

支撐點(diǎn)位上方預(yù)留30 cm余量，采用H500 mm× 250 mm×14 mm×20 mm作為卸載段，由于屋頂大梁跨度很大，高達(dá)40 m，因此在屋頂大梁設(shè)計階段對構(gòu)件采取了預(yù)起拱，中心起拱高度最大達(dá)到11 cm?？紤]到現(xiàn)場操作困難，通過與加工廠密切溝通，在加工廠出廠前已預(yù)起拱，并在加工廠進(jìn)行預(yù)拼裝?，F(xiàn)場根據(jù)加工廠預(yù)拼裝的圖紙，與現(xiàn)場支撐點(diǎn)位的圖紙疊加復(fù)核，測算出每個支撐點(diǎn)位的距離，并根據(jù)預(yù)起拱后的高度安裝卸載段，確保了現(xiàn)場的安裝精度（圖4）。

圖3 臨時支撐下部節(jié)點(diǎn)

圖4 臨時支撐上部節(jié)點(diǎn)

3 Midas施工分析

布置完臨時支撐位置后，采用Midas軟件建立現(xiàn)場的鋼結(jié)構(gòu)實(shí)體模型，把臨時支撐的點(diǎn)位、尺寸、材質(zhì)加進(jìn)模型內(nèi)進(jìn)行施工受力驗算。計算了整個裙房鋼結(jié)構(gòu)的整體安裝流程，在此重點(diǎn)介紹裙房屋頂?shù)氖芰︱炈恪?/p>

在屋頂大梁跨中有鋼柱的位置設(shè)立臨時支撐，φ426 mm×12 mm，材質(zhì)為Q345B；在兩側(cè)吊柱下方同樣也加設(shè)臨時支撐，φ245 mm×10 mm，材質(zhì)同樣為Q345B。

裙樓鋼結(jié)構(gòu)施工分為兩個階段，第一階段完成至第5層，拆除下方臨時支撐后進(jìn)行樓層的混凝土澆筑，確?，F(xiàn)場鋼梁在卸載完成后形變趨于穩(wěn)定，混凝土澆筑完成后不產(chǎn)生裂縫；第二階段完成至屋頂層，各層樓板混凝土在拆除支撐后方可澆筑。按本施工流程完成結(jié)構(gòu)安裝后，就結(jié)構(gòu)總體力學(xué)性能而言，與一次加載分析的結(jié)果基本一致，因此本施工流程是合理的。

4層以上區(qū)域的臨時支撐截面校核結(jié)果見圖5。計算結(jié)果表明，臨時支撐最大應(yīng)力為89 N/mm2，臨時支撐最大應(yīng)力比為0.43，小于1.0，故滿足承載力要求。

當(dāng)屋頂層鋼結(jié)構(gòu)安裝完成后，裙樓鋼結(jié)構(gòu)的桿件校核結(jié)果見圖6。計算結(jié)果表明，裙樓桿件最大應(yīng)力為 175 N/mm2，裙樓桿件最大應(yīng)力比為0.55，小于1.0，故滿足承載力要求。

圖5 臨時支撐應(yīng)力比驗算

圖6 裙樓鋼結(jié)構(gòu)桿件校核

4 Revit施工模擬

項目開始前，對現(xiàn)場的塔吊布置圖、現(xiàn)場運(yùn)輸路線及材料堆場進(jìn)行了合理的安排。由于裙房屋頂大梁質(zhì)量最大的單根構(gòu)件為30 t，起吊機(jī)械ZSL650最大起重質(zhì)量為32 t，起吊半徑19.6 m，因此對材料進(jìn)場的堆放位置要求十分 苛刻。

由于現(xiàn)場的空間十分狹小，因此一開始先確定了材料堆場位置和汽車運(yùn)輸通道，并用Revit軟件進(jìn)行了視頻模擬，保證了現(xiàn)實(shí)實(shí)施的可行性。

同時對堆放位置的區(qū)域進(jìn)行計算，在地下室頂板的混凝土主梁上放置臨時措施型鋼，保證裙房屋頂大梁的質(zhì)量能有效地傳至地下室混凝土柱上，確保地下室頂板的 安全。

屋頂大梁高2.7 m，屬于高中心構(gòu)件，現(xiàn)場為了防止其側(cè)翻，專門用角鋼制作了一個防傾覆胎架，在周圍加上安全護(hù)欄，以確保其不會被進(jìn)出車輛碰撞或者發(fā)生自身 傾覆。

在臨時支撐設(shè)計階段，考慮到單根鋼柱在裙房屋頂大梁安裝過程中可能會因受到外力影響而導(dǎo)致平面失穩(wěn)，在一側(cè)增加了柱間支撐，采用槽鋼及斜撐對此進(jìn)行加固。槽鋼由地面現(xiàn)場組裝好后整體安裝到位，減少了高空焊接工作量。

槽鋼除了用于柱間支撐的穩(wěn)定性外，在安裝和割除卸載段時，也用于現(xiàn)場掛操作平臺的鋼龍骨；另外一側(cè)采用纜風(fēng)繩加固，把所有的支撐連成一體，形成了簡易的四方架，雙重保障其臨時支撐柱的穩(wěn)定。

臨時支撐柱總高8 m，為了方便現(xiàn)場施工，在每個臨時支撐柱上安裝了爬梯，并在爬梯上配備了防墜器，保證了現(xiàn)場的施工安全。

在裙房屋頂大梁上方采用雙道生命繩，用定型化的操作平臺及腳手立桿，以便于現(xiàn)場移動、搬運(yùn)，且可循環(huán) 利用。

在裙房安裝過程中，現(xiàn)場有1臺ZSL750塔吊和1臺ZSL650塔吊可同時施工。綜合考慮塔吊性能和工期原因，施工中存在1臺塔吊安裝裙房屋頂大梁，1臺塔吊補(bǔ)屋頂中間次梁的情況，因此采用Revit建模，分析模擬了2臺塔吊的現(xiàn)場安裝模擬情況，確保了現(xiàn)場屋頂鋼結(jié)構(gòu)安裝的順利進(jìn)行，也保證群塔作業(yè)時的安全性。

該項目是第一個信息化交付項目，因此在建模的過程中，每根構(gòu)件的尺寸、截面信息、深化圖紙、防腐防火涂料材質(zhì)及厚度、安裝位置等都有特定的二維碼，在施工現(xiàn)場方便施工管理人員查看，使現(xiàn)場管理更為有效便捷。

另外，每周的進(jìn)度計劃情況、技術(shù)交底記錄、安全及質(zhì)量例會情況、進(jìn)場材料等一系列的數(shù)據(jù)信息都將上傳至項目平臺上，確保現(xiàn)場管理更加及時、便捷。

5 結(jié)語

本工程以新開發(fā)銀行項目裙房大跨度屋頂鋼結(jié)構(gòu)安裝施工為對象，研究了針對市區(qū)狹小范圍內(nèi)大跨度鋼結(jié)構(gòu)安裝的技術(shù)措施及其對應(yīng)的施工模擬技術(shù)。另外，作為上海目前第一個信息化管理平臺，工程施工中BIM現(xiàn)場信息化管理技術(shù)的應(yīng)用，為以后施工現(xiàn)場的信息化管理奠定了基礎(chǔ)，同時也提供了寶貴的經(jīng)驗。