钢屋盖设计任务书

钢屋盖设计任务书（精选4篇）

篇1：钢屋盖设计任务书

预应力钢柑网组合结构屋盖的设计与施工

南京体院体育馆平面呈椭圆形,长短轴尺寸为86m×62m,馆内大厅净高15m,总建筑面积8780m2,屋面面积约4547m2(图6-6-1)。屋盖采用预应力钢析网组合结构体系,主桁架2/3外露屋面,体现了现代结构技术与建筑艺术有机结合的风格。

第1章

屋盖结构体系选型

根据建筑环境特点,为配合建筑造型的需要,经多因素综合分析比较,选用“桁-网架“组合结构体系屋盖方案,将屋盖平面沿长轴方向用2榀桁架分成约三等分,并用宽6m,高6.6m,跨度64.68m的空间三角形钢管桁架,铰支于8根直径1.4m的独立钢筋混凝土圆柱顶(图6-6-2)。由于铰支大跨桁架跨中杆件内力较大,为改善桁架杆件受力分布不合理性和增强桁架刚度,结合建筑造型,在结构方案上将桁架每端外伸6.5m,并在桁架两端每角点各斜拉1道预应力筋束,即桁架体外施加预应力(图6-6-3)。根据不同施工荷载阶段分阶段外张预应力,以抵抗桁架各荷载状态下产生的部分挠度,改善桁架受力性能,充分利用各杆件钢管钢材的强度。在桁架下弦节点之间和外围柱顶间,搁置2.3m高正放四角锥平板片式网架,平板片式网架最大跨度24m。由于桁架的设置,大大减小了屋盖网架的有效跨度,为大面积应用螺栓球节点平板网架提供了方便。采用预应力“桁-网架”组合结构体系,在结构上发挥了主次结构受力特点;桁架2/3高度外露屋面,降低了建筑物高度,满足了规划要求,协调了建筑环境,并可减小建筑体积,节省能耗,为声学处理带来方便。

第2章

屋盖体系构造

预应力“桁-网架”组合结构屋盖设计,关键在预应力空间三角形钢管桁架;桁架的关键是体外预应力能否在桁架各杆件中有效建立;而预应力有效建立的关键又是桁架支座的性能。设计中指架支座采用双面弧形压力支座,其作法是在支座板和柱顶间设l块上下均为弧形的铸钢块,在铸钢块两侧,支座板与柱顶板上分别焊2块梯形钢板,用螺栓将三者连系在一起,这样桁架支座节点即可绕螺栓沿铸钢块上下弧面作一定的转动和移动(图6-6-4)。

桁架设计的另一关键是桁架的节点,计算结果表明,桁架杆件最大拉力约2500kN,最大压力约1600kN,最大管材截面为Ф450×25,按传统空心球节点做法,空心球直径达l.2m以上,而目前国内空心球模具只能加工800mm球。另据统计,节点所用钢材一般占总耗钢量的20%~35%。取消空心球节点,采用钢管直接焊接节点,即相贯连接节点,是本次桁架设计的一大突破。对于钢管相贯节点的设计计算,现行《钢结构设计规范》(GBJ17一88)只有平面相贯节点的强度计算,对于空间节点尚无完备资料。进行空间相贯节点的试验,无论在技术上、经费上、时间上都有一定难度。为保证桁架相贯节点设计安全可靠,将空间受力分解为平面受力,参照平面相贯节点的强度计算,并适当增加相贯节点强度设计的安全储备,对受力较大的重要节点的主管采取了加强措施(图6-6-5)。

原设计考虑将平板网架悬挂在桁架下弦,后从美国肯萨斯州体育馆屋面倒塌事例中了解到拉力支座采用高强螺栓抗疲劳性能差,为此,本次设计将平板网架拉力支座改为压力支座。由于网架一端搁置于桁架下弦节点上,另一端搁置在外围钢筋混凝土圆柱上,受荷后将架跨中各点挠度不一,平板网架必然产生次生内力,使设计、计算分析复杂化,故采用平板片式网架,铰支桁架下弦节点在圆柱上,解决了平板网架由于支座变位产生次生内力的问题。为了使平板片式网架支座接近铰接,网架支座采用板式橡胶支座。

体外预应力筋采用无粘结Фj15钢绞线,每束7根。考虑到斜拉索在长期荷载作用下的松弛影响,斜拉索张拉控制应力σcon=0.35,ƒptk=550N/mm2;考虑到斜拉索的更换,桁架端部每角点斜拉索双束设置。固定端采用QMl5P挤压套,张拉端为QMl5-7群锚。保护套采用薄壁无缝钢管,425普通硅酸盐水泥掺U型膨胀剂灌浆。

第3章

屋盖结构计算

由于桁架按不同施工荷载分阶段外张预应力,故桁架荷载工况较多。为简化分析,先求单位力作用下的杆件内力,然后分阶段组合,选择最不利杆件内力,配置钢管截面。并分别作出端部加单位力的内力图和下弦节点加单位力的内力图。各种荷载工况下内力组合见表6-6-1。

每种荷载工况下,杆件内力Ni=P1N1i+P2N2i。

桁架2/3高度外露屋面,1/3高度在室内,由于室内外温差对大跨度桁架存在温度应力问题。为此对桁架钢管采取保温措施,上弦杆采用80mm厚聚氨酶材料保温,下弦杆及腹杆采用50mm厚聚氨醋保温。采用保温措施后,考虑到室内工作条件及室内外温度变化,桁架温度应力计算参数为:夏季最大温差△t=10℃,冬季最大温差△t

=20℃。经计算分析,夏季σ上弦=－14N/mm2,σ下弦=8N/mm2,冬季σ上弦=28N/mm2,σ下弦

=－16N/mm2。

第4章

预应力斜拉索施工

该工程每榀主桁架重88t,利用8根独立的支承柱作为基点,每根独立柱内埋4根角钢组成劲性柱来顶升就位。

第1节

斜拉索安装基础外露部分

斜拉索安装基础外露部分斜拉索预应力筋安装前,必须把预应力筋的保护套管固定在相应的位置。在钢管脚手上弹出相应的位置线,然后把保护套管上端加焊于桁架下弦杆,其余部位和脚手架临时固定(扣件、点焊、绑扎),保留下部一节大一号的套管约2.3m,向上套接。然后把预应力筋放盘逐根用人力导入套管中由下向上穿筋,直至预应力筋伸直为止,下部一节套管复位,上部安上锚具,穿筋即告结束。本工程采用的保护套管为Ф102、厚4.5mm的薄壁钢管,下部一节套管为Ф114,厚4.5mm。

第2节

分阶段张拉预应力

该工程采用分次递增地施加预应力,以抵抗或平衡逐次施工阶段的荷载挠度,预应力分3次完成;第1次在主桁架安装后,每道张拉值为400kN;第2次在网架和屋面板安装后,每道张拉至760kN;第3次在马道、吊顶、灯具、风管等安装后,每道张拉至1020kN。由于分次张拉间隔时间较长,除初次应注意观察预应力筋有无松弛外,对外露预应力筋的张拉工作长度和锚具应作防锈蚀保护措施(加套管涂油脂等),以免由于锈蚀而影响下一次张拉与锚固。

每榀主桁架四角配套预应力张拉设备同时同步张拉,先拉内束,后拉外束,必要时进行一次补张。

第3节

套管灌浆

最后一次张拉完成后由下而上灌浆,下设阀门,上设铁盒保护套和泌水孔。压力灌浆到位后关闭阀门,卸下灌浆机头并在上部泌水孔不断注浆直到无沉陷凝固为止,最后进行钢套管防锈处理。

第5章

结语

采用预应力钢“桁-网架”组合结构屋盖,在国内尚属首例,它将建筑艺术与结构技术相结合,推动了我国大跨度结构体系的发展。

采用劲性柱顶升法施工工艺安装桁架和螺栓球拼接片式网架,可方便施工,节省人力物力,且工艺简单,工期短,质量好。

桁架经足尺载荷试验和夏季、冬季考验,证明体外施加预应力方法成功,相贯连接节点安全,桁架受力合理均匀,并节省了钢材,达到预期效果。

篇2：钢屋盖设计任务书

关键词：大跨度,截面设计,节点设计,稳定性分析,几何非线性

1 工程概况及结构布置

岑溪市文体中心位于岑溪市北面。中心由体育馆、训练馆及中间连廊三个建筑功能分区组成。通过在连廊中部设缝,将整个建筑划分为体育馆、训练馆两个结构单元。训练馆屋盖地下室以上部分钢结构与混凝土结构部分完全脱开,风荷载均由钢结构部分承担。柱间最大跨度约60 m,内部采用正交斜放双层网壳结构,网壳厚度为2.4 m,矢高为9.1 m,矢跨比为0.15。幕墙外悬挑区域均采用桁架结构,截面采用圆钢管,最大直径位于环向桁架上下弦,为φ245×12。网壳由沿近似椭圆的观众席周边向外倾斜10°布置的上下铰接的钢管柱支承,直径φ700,钢管柱顶沿屋盖支座位置及8.300m标高位置各设置一道环梁,环梁截面600×450×16×16,出入口侧边两跨设置刚性柱间支撑,支撑截面450×450×16×16。

钢屋盖与钢柱连接部位采用球铰支座,钢柱柱脚采用耳板支座,其中双耳板支座每块耳板间缝隙为5 mm,单耳板支座每块耳板间缝隙为2 mm,以双向铰接要求。

2 静力分析

荷载取值:恒载包括钢结构自重(由程序自动计算)、屋面上表面檩条系统等,均布恒荷载约0.8 kN/m2;活载包括屋面上表面、检修马道等,均布活荷载约0.50 kN/m2。

风荷载按100年重现期取值,基本风压为W0=0.35 kN/m2,地面粗糙度为B类,由于本工程体型复杂,屋盖部分参照荷载规范及类似工程得到体形系数、风振系数分布图,并由此计算得出风荷载计算值。列举左风向作用下各区域的风荷载标准值。

3 分析结果

振型及周期:

可以看出,网壳结构自振频率较为密集,振型复杂。前两个振型为X向及Y向平动,第三振型为扭转振型,结构刚度较均匀。Midas和3D3S计算得出的周期基本一致,计算结果准确。在自振特性分析的基础上,采用振型分解反应谱法对结构进行多遇地震作用下的抗震分析,分析中水平地震影响系数最大值αmax为0.04,采用瑞利阻尼,阻尼比ζ为0.02。采用完全二次项组合公式(CQC)。

在水平地震作用下,网壳结构跨中节点最大动位移为竖向3 mm,水平向6 mm。动应力最大的杆件为沿地震作用方向的柱顶处杆件,最大为24 Mpa。可知,在地震作用下,网壳杆件的动应力和节点动位移均很小,说明了该网壳结构具有良好的抗震性能。

位移验算:

1)壳面位移

D+L+T+组合下壳面下弦中心位移最大,为-129.3 mm,129.3/60000=1/460<1/250,满足JGJ7-2010第3.5.1条挠度限值要求。

2)悬挑端位移

D+L+0.6WX++T+组合下悬挑端位移最大,为27.1 mm,27.1/10000=1/355<1/125,满足JGJ7-2010第3.5.1条挠度限值要求。

构件强度及稳定验算:

主要构件强度及稳定验算应力比小于等于0.8。从杆件应力比图可以看出验算结果比率均满足控制目标要求,大部分杆件应力较低,结构具有很好的延性。

4 稳定分析

整体结构线性屈曲分析,前8阶屈曲模态均为悬挑部分局部失稳,第9阶屈曲模态为整体失稳模态,说明结构悬挑端刚度与中部壳体有较大差异。壳体整体失稳定义为由于薄膜应力向弯曲应力转化引起的刚度弱化,外圈悬挑端受力模式为弯曲应力并非膜面应力,其稳定性可通过杆件稳定保证。由于外环刚度对内部壳体稳定是有利的,此次稳定分析删掉外圈,仅分析壳面整体稳定性相对偏于安全。

弹性全过程分析,通过30个荷载组合下完善模型的弹性全过程分析,找出具有最低安全因子的组合,进而以该组合为基础完成半跨活荷载分析、带缺陷的弹性全过程分析,验证安全因子K≥4.2。

完善模型的弹性全过程分析,在恒载、活载、风荷载和温度作用及标准组合下的各种弹性全过程分析,验算安全因子均符合要求。下图举例为D+L荷载标准组合作用下的计算结果,图中显示安全因子已大于5.5,最低安全因子K的组合为D+L+WX++T+,约为4.8。

完善模型半跨活荷载弹性全过程分析,半跨活荷载情况下安全因子大于满跨,故带缺陷弹性全过程分析采用满跨D+L+WX++T+组合计算,计算得出的最小安全因子为8.5。

带缺陷弹性全过程分析,对初始几何缺陷,采用的是一致缺陷模态法,以结构线性屈曲分析中最低阶屈曲模态作为初始几何分布模态,最大缺陷值取跨度的1/300,以此引入结构模型中,进行非线性全过程迭代分析。

综上所述,壳面整体稳定性满足规范要求。由于荷载较大,壳面对活荷载不对称布置不敏感,同时由带缺陷整体稳定性分析可以看出,壳面对缺陷较为敏感,施工时应注意控制安装精度,以免造成不利影响。

5 节点计算分析

本工程主要有3种典型的节点类型:(1)弦杆与钢柱的连接节点;(2)双层网壳6杆节点;(3)柱脚节点。由于交汇杆件数量多、形式复杂,节点及支座须承担结构使用时杆件传来的拉、压、剪切等复杂的组合应力。设计时,首先必须根据国家相关规范进行计算;其次,根据经验对高应力区采取构造加强措施来保证节点设计安全。

6 结语

1)相对于单层网壳,正交斜放双层网壳结构减少了竖向位移和支座推力;相对于四角锥体系结构,减少大量斜腹杆,既减少了用钢量,又提高了建筑室内美学效果,使结构显得轻盈美观。

2)结构体系的稳定仍是控制因素之一,需进行线弹性和弹性全过程分析,确保结构的稳定承载力。

3)矢高比和网壳厚度是结构内力分析很重要的参数。应与各专业加强沟通和协调,合理选择。

(4)钢结构的节点构造是设计的关键之一,通过设计尽量使其传力直接,构造简单和施工方便。

参考文献

[1]GB50009-2001建筑结构荷载规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2006.

[2]GB50017-2003钢结构设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2003.

[3]JGJ7-2010空间网格结构技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社,2010.

篇3：钢屋盖设计任务书

【关键词】钢管桁架；立体桁架；相贯节点

大跨度钢结构是建筑行业不断发展过程中出现的一种极为优秀的建筑结构形式，该建筑结构形式自身所具有的结构性能能够为开阔性空间提供极为良好的结构支撑，避免结构出现各种不同的质量问题。在大跨度钢结构实际施工的过程中，最为重要的便是对大跨度转换立体桁架计算、拱型倒三角形钢管桁架计算、构造处理、节点设计等几个方面。下文主要针对体育馆大跨度钢结构屋盖结构设计进行了全面详细的阐述。

0.工程概况

某体育馆建筑平面呈八角形，由65.4m×67.2m 矩形切角而成，地上三层，一层地下室。地下室用作羽毛球馆、乒乓球室、健身房等体育训练用房及设备间。一层局部为门厅及休息室，其余均不设楼板，以形成地下室大空间训练用房。二层是由篮球赛场、看台、舞台等组成大空间运动馆，看台下夹层为办公室、会议室及休息室等。三层和局部四层为休息室、灯光音响控制室及机房。室内座位为3000 座。

屋盖结构横向由不等高三跨组成，中间主跨跨度33.6m，为一拱形倒三角形钢管桁架，凸出屋顶4.5m；两侧低跨为跨度15.9m 的斜屋面，坡度5%，采用网架结构；屋盖周边纵向柱距8.4m。屋盖内无柱支承，在轴设一转换立体桁架，其上弦作为钢管桁架支座，下弦为网架屋面支座，立体桁架在轴间跨度为42.0m。立体桁架的支座为轴柱顶钢牛腿。主跨拱形钢管桁架支座为轴框架柱及轴42.0m 大跨度转换立体桁架。拱形桁架拱顶标高23.65m，支座标高19.10m；两侧低跨网架结构支座为周边框架柱及轴42.0m 大跨度立体桁架，檐口标高15.30m。

1.大跨度钢结构屋盖结构设计

1.1荷载取值

钢结构屋盖上弦均布恒荷载标准值取0.35kN/㎡，局部装饰吊顶取0.3kN/㎡；活荷载取0.5kN/㎡；屋盖下弦均布恒荷载标准值取0.3kN/㎡，悬挂维修马道恒荷载1.5kN/㎡，活荷载取1.0kN/㎡。基本风压W0为0.35kN/㎡，地面粗糙度类别B 类。基本雪压S0为0.5kN/㎡。由于中间主跨为33.6m 的拱形倒三角形钢管桁架，温度作用对结构的影响很大，考虑本地区季节性温差，取△T=±25°C（结构施工安装时的温度与使用过程中温度的最大差值）。抗震设防烈度为6 度。对拱形三角形钢管桁架和立体桁架计算时按规范考虑各种工况及工况组合。

1.2结构分析

在对建筑实自身的结构体系进行分析的过程中，应当使用SATWE来进行整体分析。而其屋盖结构在进行分析的过程则应当使用有限元分析软件SAP2000来对其进行深入的分析。并且在实际分析的过程中，务必要保证立体桁架、单榀钢管拱桁架、屋盖钢结构、组合工况这几个方面的信息进行全面详细的分析，最大限度的避免数据出现失误对于分心结果所带来的影响。而在对桁架之上不同部位的弦杆件进行选择的过程中，应当使用梁单元来计算，而其屋面支撑体系以及腹杆这两个部位则可以直接指定成为杆单元。

1.3三角形钢管桁架设计

拱形三角形钢管桁架的杆件采用Q345B 无缝钢管，跨中高2.7m，支座高1.35m。上弦杆支座处三节间为ф180×10，其余为ф180×6；下弦杆支座处三节间为ф180×10，外挑部分为ф121×4，其余为ф168×6；上弦水平腹杆及斜腹杆为ф68×4，上下弦斜腹杆为ф89×4。钢管桁架制作时构造起拱15mm。

1.4大跨度立体桁架设计

转换立体桁架作为屋盖系统支撑，承受屋盖拱桁架支座的竖向力及水平推力，是整个屋盖设计的重点。该桁架轴间跨度为42.0m，竖向荷载及水平推力均较大，采用平面桁架难以胜任，故采用空间立体桁架。立体桁架是由两榀平面桁架组成的矩形空间桁架，截面高4.5m，宽2.2m。杆件采用空心方钢管，上弦杆断面为500×300×16，支座处断面为500×300×20，下弦杆断面为300×300×12。上弦腹杆断面为250×250×12和160×160×5，其余腹杆断面为160×160×5和100×100×4。为加强立体桁架的刚度，在立体桁架的每个集中力作用点处设置交叉支撑。立体桁架具有很大的抗弯抗扭能力，对传递屋面水平力和增加屋面的整体刚度十分有利。立体桁架设计时，为确保安全，假定拱桁架水平推力主要由立体桁架上弦和水平腹杆组成的水平桁架抵抗。立体桁架是按变形控制进行设计，跨中水平位移控制在15mm 内，竖向位移控制在30mm 内，以满足作为屋盖系统支撑要求及保证立体桁架侧面玻璃幕墙安装。

1.5节点设计

三角形钢管桁架、立体桁架这两个不同部分在整个大跨度建筑结构中，都属于钢管相贯空间体系结构，在进行焊接过程过程中，则应当使用腹杆以及弦杆这两个不同部分汇交相贯。而在对极为重要的部分进行焊接的过程中，就应当对不外露的管内加上相应的劲板，最大限度的提高节点承载力，避免相贯线部位所存在的压力过大。而其整体结构中的桁架支座应当使用具有板式橡胶垫的支座来支撑，通过这一结构形式的支撑，能够极大的提升支座转动所需要达到的相应要求，其实际参数不仅完全和假定数值想结合，还能够对于支座的相关节点进行适应，适应的范围包括了地震作用、温度应力过程中所出现的不同程度水平变位。而整个过结构体系对于结构支撑状态来说，有着极大的益处，能够极大的提升建筑结构寿命。

在对大跨度的立体桁架、拱型三角形钢管桁架进行焊接的过程中，对其焊缝有着较高的要求：

（1）其中的矩形钢管主材在进行拼接的过程中，务必要使用全熔透坡口来进行等强度对焊，而圆钢管在进行拼接的过程中也同样需要使用全熔透的方式来对接焊缝，在焊接的过程中还需要加上相应的衬管，并且其焊缝的质量等级要保证达到一级的水准。

（2）桁架中的上下弦在工地上进行拼装的过程中，应当使用全熔透坡口来进行焊缝对接，其焊缝所具有的质量应当达到二级。

（3）各个不同部位但是存在相贯的节点，也同样需要保证焊缝的质量达到二级。

（4）支座、钢管这几个不同部分在进行全熔透焊缝对接的过程中，焊缝质量等级为一级。

2.结束语

综上所述，本篇文章主要针对体育馆自身的大跨度屋盖钢结构形式进行了全面详细的计算分析，并且在这一过程中还对共性三角形钢管桁架、单榀转换大跨度桁架、三角形钢管桁架这三者之间所具有的相关协同性进行了全面计算。并且根据计算结果，得出了以下建议：在实际施工的过程中，务必要对立体桁架的转换过程进行实全面检测，保证施工过程中各个不同杆件的应力值在一个良好的范围之内，以便于其立体桁架拥有更好的结构性能。

【参考文献】

[1]钢结构设计规范（GB50017-2003）.北京：中国建筑工业出版社，2003.

[2]陈以一，陈扬骥.钢管结构相贯节点的研究现状.建筑结构，2002，（7）：52-55.

篇4：120m跨钢屋盖桁架吊装技术

河海大学江宁校区西区189亩实验基地位于南京市江宁经济技术开发区。工程钢结构共分为三部分:水流实验大厅、结构实验大厅及水塔结构。水流实验大厅是由混凝土柱支承的大跨度钢屋盖结构, 分为A、B、C三个区。A区屋盖为张弦梁桁架结构, 屋盖整体平面形状为矩形, 其长度为300 m, 宽度为120 m, 桁架截面为倒三角形式, 主桁架跨度达到120 m, 最高处标高为19.3 m, 主桁架共计21榀, 上弦杆管径377 mm, 下弦杆管径450 mm。桁架上部为天窗架及C型檩条结构。单榀主桁架最重为67 t。B区为普通倒三角立体桁架, 平面长度为61 m, 宽47 m, 最大跨度为61 m, 最高点标高15.2 m, 主桁架共计4榀, 单榀桁架最重为32.5 t, 桁架上部为“□”型檩条。C区屋盖也为张弦梁桁架结构, 平面长度90 m, 宽80 m, 主桁架最大跨度为80 m, 共计7榀, 单榀主桁架最重为34 t。桁架上部为天窗架及C型檩条结构。主结构使用钢材材质均为Q345B。

2总体施工思路

(1) 项目钢结构工程量大, 工期紧, 占地面积大, 与土建单位施工场地交叉比较多。 所以必须合理安排桁架的拼装场地、堆料场地、吊车的行走、运输路线, 减少施工外的额外时间、成本花费。 因此, 钢桁架的拼装及材料堆放场地设置在水流大厅内。

(2) 水流大厅桁架跨度大, A区为120 m, B区为61 m, C区为80 m。 B区分整段吊装, A区分为四段, C区分三段, A区、C区采取分段吊装, 吊装时每榀桁架在分段位置设置支撑胎架, 作为吊装临时支撑。

3 施工部署

3.1 拼装场地布置

(1) 本工程场地开阔, 桁架跨度大, 数量多, 对于拼装施工的限制比较小, 但是对于分段散拼后的运输要求比较高, 在考虑吊车行走、运输成本、运输路线等因素后决定将拼装场地设置在安装施工场地内部, 方便履带吊脱模后直接将桁架运输至安装就位位置。

(2) A区桁架长120 m, 分成四段进行拼装及安装。 B区桁架跨度为61 m, 采取整段拼装。 C区桁架跨度为80 m, 分成三段进行拼装。

(3) 桁架拼装场地的选择。 拼装场地的设置不仅需要考虑到运输成本, 构件进场堆放, 更要考虑到拼装脱模后的安装便利, 因此, 将拼装场地设置在桁架安装场地内部或者是临近安装场地的外部区域。

A区主桁架跨度为120 m, 需要分四段拼装, 每一段为30 m, 用履带吊进行脱模、运输、吊装, 拼装场地设置在RS轴之间以及NL轴之间共计二块拼装场地, 每块场地占地为125 m×19 m, 每块场地布置二副拼装胎架。次桁架拼装场地可以设置在施工场地内部。

3.2 运输吊装路线

A区施工场地被巨型胎架分割成南北中三个区域。 为了确保水流结构大厅钢结构屋盖施工, 分别在5轴交X-W轴、T-S轴、Q-R轴、L-K轴、N轴、DE轴。 内部履带吊施工吊装道路A区设置4条, 每条道路上安装每分段桁架。 B质量及进度需要从南北两个方向同时向中间部位施工缝处施工。根据要求和现场施工场地的限制, 在A区共设置施工进场道路2条道路, 且互相交叉。

3.3 道路的加固处理

由于现场道路需要跨过已经开挖好的水廊, 需要对履带吊行走过程中路过的水廊部位进行加固, 以确保履带吊行走吊装不对已施工好的水廊加以损坏。

4 钢屋盖吊装方案

4.1 A区钢屋盖安装

4.1.1 结构概况

河海大学水流实验大厅A区屋盖为张弦梁桁架结构, 屋盖平面形状为矩形, 其长度为300 m, 宽度为120 m。 桁架截面为倒三角形式, 主桁架跨度达到120 m, 最高处标高为19.3 m, 主桁架共计21榀, 上弦杆管径377 mm, 下弦杆管径450 mm, 单榀主桁架最重为67 t, 主次桁架相贯焊接。 桁架上部为天窗架及C型檩条结构。 屋盖采用张弦梁结构。

4.1.2 桁架拼装

本工程主桁架由于跨度较大, 故主桁架采用现场分段散拼制作, 为保证整体安装精度, 主桁架采用工厂总体预拼装方式进行桁架分段拼装。主桁架及次桁架结构形式均为倒三角形桁架, 拼装采用整体立式拼装。

(1) 拼装胎架的制作

材料:胎架用以前工程中的钢管、型钢、矩形管余料搭设。

主桁架胎架:立杆、斜撑杆均采用焊接钢管, 底座采用大号H型钢。 两端焊接支撑杆以保证胎架的稳定性, 立杆与底部H型钢焊接, 外侧加一根斜撑管, 立杆同时也起着限位靠模的作用, 拼装时弦杆外侧紧贴立杆。为了保证胎架上有足够的空间用于腹杆焊接, 胎架的摆放位置避开节点。

根据主桁架弦杆接头位置定胎架位置, 且胎架间距不得大于5 m, 每段主桁架拼装需要制作4副胎架以保证主桁架的拼装, 后期根据实际施工进度增加吊装设备及胎架。每副胎架的具体高度由现场技术员根据桁架拼装胎架布置图进行控制放样。

(2) 胎架拼装工序、工艺

技术人员电脑绘制放样图, 标出放样尺寸→施工人员地面放样, 记号笔标出拼装控制点→按照放样图摆放胎架→利用水平仪、 经纬仪控制胎架水平, 统一胎架标高→汽吊吊装弦杆, 摆放在胎架中相应位置→根据地面的放样图, 在弦杆上测量出腹杆节点位置→腹杆拼装焊接→拼装好的整体构件脱模。

主次桁架结构形式为倒三角形桁架, 考虑到主桁架脱模和倒运的方便, 采用整体卧式拼装, 拼装成型的桁架分段运输到吊装部位进行吊装。

A区张弦梁桁架一共分为四种榀型, 即ZHJ-1、ZHJ-2、ZHJ-3、ZHJ-4, 每榀张弦梁桁架均关于跨中轴线对称。由于跨度较大, 采用分段吊装法, 每榀张弦梁桁架均分为四段, 每段长约30 m。 而且分段吊装时候考虑到胎架在支撑上弦的同时应不影响对接位置附近的腹杆安装, 所以在胎架布置时候需要避开上弦腹杆相贯节点。各榀吊装单元的划分如图1所示。

4.2 桁架吊装

4.2.1 吊点及重心确定

本屋盖的桁架截面为“倒三角”形, 故而吊装单元的吊点布置在桁架的上弦, 钢丝绳与桁架上弦节点相连接, 各个单元均采用四点吊装。

由于各榀桁架对称, 故取桁架结构的左半段来说明。 每榀型桁架的左半段被分为两个吊装单元, 分别为左部段单元和中部段单元。 经计算, 由于桁架横截面对称, 重心位于下弦的正上方。 在竖直平面上, 各榀吊装单元的重心位置相对位置坐标和吊点布置如图2~图5所示。

4.2.2 吊装内力分析

根据现场桁架特点, 吊装桁架内力分析采用最重一榀桁架进行分析。

4.2.3 桁架分段内力统计

根据计算模型设置和计算, 计算出各段杆件的内力, 将各段最大、最小内力值下相应其它内力值。通过杆段桁架的计算模型的建立和计算, 各段桁架承载力强度、绕轴整体稳定、抗剪应力比、变形等验算通过软件分析, 桁架杆件吊装时所受内力满足吊装要求。

4.2.4 吊装工况

根据结构特点, A区桁架分为4段, 每段单独吊装, 最大起吊重量为18.5 t, 故选取100 t履带式起重机。

工况一:作业半径为18 m, 分段一桁架自重为15 t。 100 t履带吊作业半径为18 m的工况下起吊重量为20.9 t满足吊装要求。 主桁架安装完成后, 采用25 t汽车吊安装两榀主桁架间次桁架及天窗架等。

工况二: 分段一安装完成后向1轴方向安装分段二。 分段二作业半径为18 m, 桁架自重为16 t。100 t履带吊作业半径为18 m的工况下起吊重量为20.9 t满足吊装要求。 主桁架安装完成后, 采用25 t汽车吊安装两榀主桁架间次桁架及天窗架等。

工况三: 分段儿安装完成后向1轴方向安装分段三。 分段三作业半径为18m, 桁架自重为17.5 t。100 t履带吊作业半径为18 m的工况下起吊重量为20.9 t满足吊装要求。 主桁架安装完成后, 采用25 t汽车吊安装两榀主桁架间次桁架及天窗架等。

工况四:最后安装分段四。 分段四桁架自重为18.5 t。 100 t履带吊作业半径为18 m的工况下起吊重量为20.9 t满足吊装要求。 主桁架安装完成后, 采用25 t汽车吊安装两榀主桁架间次桁架及天窗架等。

4.2.5 吊装钢丝绳验算

吊装构件采用吊装方式和吊点布置见表1所示。

钢丝绳按下式计算其所受拉力:

式中:T—钢丝绳所受拉力 (N) ;G—构件重, 分段后最大钢桁架重18.5 t;α—钢丝绳与构件的夹角;取最小α=53°。

则:T = 18.5×9.8/ (4×sin53°) =56.8 k N

钢丝绳安全系数计算 (捆绑吊索安全系数为8~10)

F=T×K/C=56.8×8/0.85=534.6 k N

由钢丝绳技术参数表查得, 在钢丝绳材料抗拉强度满足的条件下, 直径Φ34, 6×19+1的破断拉力为606 k N, 钢丝绳满足吊装要求。

4.2.6 支撑胎架设置

(1) 支撑布置

A区张弦网架主桁架均分为四段进行安装, 安装时, 在合拢位置处搭设支撑胎架, 支撑胎架对桁架的两根上弦钢管进行支撑固定, 如图6所示。

胎架提前在车车间间使使用用ФФ111144及及ФФ6600钢钢管管制作成6 m×2 m的标准节, 运运至至现现场场拼拼接接成成支支撑撑胎胎架, 各个标准节用M20高强螺螺栓栓进进行行连连接接, , 方方便便多次拆卸使用, 节省安装时间间, , 如如图图77所所示示。

路基箱厚0.2 m, 长8.6 m, 宽1.6 m, 每个支撑下布置两块。 路基箱与胎架的的连接采用厚20 mm的卡板固定, 卡板与路基箱焊接连接。

胎架上部利用4道Ф12的钢丝绳稳固, 并在拉索支撑的下方处支撑架相邻两根主杆上设置两根Ф189的钢管进行连接, 连接采用2个Ф20高强螺栓。

(2) 胎架承重桁架自重的内力分析

对于A区的张弦梁桁架的安装, 由于共分四段吊装, 需要在三个点布置支撑胎架。

包括张弦梁屋面的纵横向支撑、天窗架等算的支撑胎架受到的最大轴力为185 k N, 实际考虑安装过程中的活荷载, 轴力取为240 k N, 偏心距取0.5 m。支撑胎架最大高度为19.52 m, 计算中取20 m;格构式柱截面初步定为2 000 mm×2 000 mm的矩形截面, 钢材采用Q235钢。

最大水平位移与竖向和横向位移组合, 根据计算模型分析, 胎架的最大变形位移位置位于胎架顶部最上端 (10号130号分别位于胎架顶部外侧和内侧角) , 竖向位移最大值为-2.5 mm, 不影响钢桁架的拼装精度要求, 为了控制钢桁架的侧向位移, 采取在胎架上部增加缆风绳, 以减小胎架的侧向变形。

胎架在安装承重状态下杆件的最大位移值, 10号点位移总值为5.1 mm, 其X方向的最大位移为2.9 mm, Y方向的最大位移为3.9 mm, Z向位移为-1.4 mm (压缩) ;130号点的位移总值为5.0 mm, 其X方向的最大位移为2.5 mm, Y方向的最大位移为3.6 mm, Z向位移为-2.5 mm (压缩) 。

摘要：对超大跨度屋盖的钢桁架的组拼安装分析, 采取钢桁架构件工厂预制下料加工, 现场采用整体胎架分段组拼, 组拼后分段吊运, 通过现场设置临时支撑胎架的方式进行吊装组拼就位, 减少大型吊装、运输设备, 节约了成本, 缩短了工期。