大跨度网架吊装起步架递增搬起法施工阶段模拟分析

倪 康 李洪泉 徐文涛

(1.南昌航空大学土木工程学院，江西 南昌 330029; 2.江西建工机械施工有限责任公司，江西 南昌 330096)



·施工技术·

大跨度网架吊装起步架递增搬起法施工阶段模拟分析

倪 康1李洪泉2徐文涛1

(1.南昌航空大学土木工程学院，江西 南昌 330029; 2.江西建工机械施工有限责任公司，江西 南昌 330096)

利用有限元分析软件，对某大跨度网架起步架递增搬起法的施工过程进行了模拟分析，探讨了三种不同拉索方案结构的内力及变形特征，结果表明，方案一中结构的内力及位移最小，是该大跨度网架结构施工方案的最佳选择。

大跨度网架，施工阶段，拉索，MIDAS

随着大跨度空间结构的快速发展，大跨度网架结构体系更加新颖，跨度越来越大，结构也越来越复杂，从而对大跨度网架结构的设计和施工提出更高的要求[1]。早期的分析方法，没有考虑结构在施工过程中的受力影响，难以反映施工过程中结构真实的受力变化。由于大跨度网架的施工过程是结构在不断变化的过程，在不同的施工阶段，结构边界、位移都是不断变化的[2]。整个结构的受力也是不断发生变化,随着施工过程的进行，结构受力变化的累积，对结构的最终受力产生影响，以至于不能满足设计要求。为减少施工过程中受力变化对结构产生的影响，应对结构施工过程进行计算分析，确定合理施工方案，保证施工完成后结构的安全[3]。

1 工程概况

内蒙古特米尔热电有限责任公司环保储煤仓工程，建筑面积：17 911 m2，屋面采用螺栓球网架结构，采用彩钢板封闭。储煤仓总长度轴线为212 m，在储煤场中线两侧净高最高达到34.7 m，网架节点为螺栓球节点，支座采用C30钢筋混凝土L字型柱，基础为钢筋混凝土独立钢基础，网架四周以钢筋混凝土剪力墙围护。钢管材质采用Q235 B热轧无缝钢管，螺栓球采用45号钢，高强度螺栓采用40 Cr，螺母、锥头及其他钢板均采用Q235 B钢。网架分为三个区，分别为：一区45 m×16 m、二区68 m×36 m、三区110 m×158 m,网架内部联通，二区模型如图1所示。

2 施工方案重点说明

根据工程特点和施工现场的实际情况，本工程的施工难度主要是起弧段网架的安装和吊装。由于起弧段网架跨度太大(最大跨度110 m)，且为拱形结构。在拱脚处往往产生较大的水平推力，为降低甚至消除拱脚推力，在网架间设置预应力拉索，形成预应力索拱结构[4]，从而提高网架整体刚度。因此需要选择合理的拉索方案，使网架既要满足设计要求，且挠度和位移达到最小。

1)施工方法。根据现场的实际情况，并考虑施工过程的合理性，以二区为例，起步架段网架选取二区中间跨轴～轴70 m跨度网架，采用2台汽车式起重机抬吊至设计位置，以该处网架为基础纵向高空悬挑安装其余网架。

安装分两步进行：

a.安装起步架段网架：采用地面延伸吊装法安装起弧段网架，首先在地面拼装4个网格，用一台25 t汽车式起重机吊至柱顶安装位置，一端放在柱顶支座上，一端放在竖向支撑上，再用一台25 t汽车式起重机提起网架地面一端，每提升一次拼装一个网格，待安装完4个网格后，改用一台50 t汽车吊提起网架地面一端，同样方法一直至起弧段网架安装完成，如图2所示，形成一个最小的稳定的空间体系。

在网架安装过程中需验算结构的挠度和水平位移，当挠度和水平位移过大时，设置预应力拉索，网架底部设置竖向支撑，使网架结构的挠度和水平位移满足网架结构安装设计要求。

b.安装其余网架：以起弧段网架为基础，纵向向两端高空悬挑安装，横向以阶梯状从两边底部向中间进行安装(见图3)。安装网架时，以一个网格为一排，逐排递进，从下弦网格开始安装，随后安装腹杆和上弦杆件，边安装边对杆件进行测量定位。安装时应垫实下弦球节点，确保下弦球节点不产生位移。

2)施工方案。本文中采取了三种不同的预应力拉索方案进行分析，如图4所示，三种方案各分为7个施工阶段。方案一：施工阶段一设置第一根拉索，从支座底部拉至网架跨度1/5处，网架右端底部下弦球节点处设置竖向临时支撑，安装4个网格后，设置第二根拉索，临时支撑移动至网架安装处底部，待网架安装完毕，共设置6根拉索；方案二：施工阶段一设置第一根拉索，从支座底部拉至网架跨度1/10处，安装3个网格后，设置第二根拉索，待网架安装完毕，共设置8根拉索；方案三：施工阶段一设置第一根拉索，从支座底部拉至网架跨度1/15处，安装2个网格后，设置第二根拉索，待网架安装完毕，共设置12根拉索。网架初始安装过程中不考虑预应力张拉，仅采用较小张拉力对拉索张拉，待网架安装完毕后，对拉索进行一次张拉。

3)吊点选择。进行网架吊装前，需要对所选吊点进行验算，通过验算吊点方可进行网架吊装[5]。在吊装过程中，用水准仪观测和控制网架准确位置，每个吊点在两个上弦球节点处用钢丝绳绑扎。通过验算，所选吊点起吊网架杆件应力和长细比均满足规范要求和设计要求。

3 施工阶段模拟分析

选取二区起弧段中一榀网架，将网架分为7个施工阶段，如图5所示。借助有限元软件MIDAS对该结构进行模拟分析，在计算中，考虑结构自重(杆件和螺栓球的自重)和拉索预应力，采用三种不同布索方案进行计算分析。根据分析结果，结构的位移、应力和反力的计算结果如下。

方案一：MIDAS/GEN软件分析结果表明:结构最大水平位移21.27 mm，位于CS7阶段，如图6所示，结构最大压应力-75.38 N/mm2，拉索最大拉应力57.24 N/mm2。水平方向最大支座反力11.41 kN，最小支座反力12.25 kN。

方案二：结构最大水平位移36.52 mm，位于CS7阶段，如图7所示，结构最大压应力-79.61 N/mm2，拉索最大拉应力70.31 N/mm2。水平方向最大支座反力27.06 kN，最小支座反力19.08 kN。

方案三：结构最大水平位移38.05 mm，位于CS7阶段，见图8。

结构最大压应力-82.27 N/mm2，拉索最大拉应力63.72 N/mm2。最大支座反力27.87 kN，最小支座反力19.89 kN。

4 方案比选

由三个方案分析结果可知，在施工阶段CS7，方案三位移最大，方案一位移最小；方案三结构压应力最大，方案一最小；方案三拉索拉应力最大，方案三最小。综合以上对比分析，方案一在结构施工过程中，位移、应力和索力最小，为最合理方案。

5 结语

1)对于此类大跨度网架结构，安装过程中存在诸多难点，需要对网架的变形和位移进行专项分析，从而对施工过程提出良好的建议。2)不同的布索方案对网架结构的变形和位移大不相同，采用合理的布索方案是结构在施工过程中达到安全和经济协调的关键。3)网架结构在施工过程中，结构的应力、位移和变形的大小随施工过程而变化，位置也大不相同。4)决定结构力学性能的不仅仅发生在设计阶段，建造过程对结构的影响也不能忽略，只有同时考虑结构的设计和施工，才能保证整个钢结构体系的安全和稳定。

[1] MIDAS GEN工程应用指南[Z].

[2] 赵晓光.大型复杂网架吊装方案设计与安装顺序模拟分析[D].包头：内蒙古科技大学硕士学位论文，2014.

[3] 谭燕秋,霍立超,王朋飞.大跨度钢网架结构整体提升施工阶段模拟分析[J].河北工程大学学报，2015(2)：33-34.

[4] 陆赐麟,尹思明,刘锡良.现代预应力钢结构[M].北京:人民交通出版社，2004.

[5] 黄德华,钟 玲.大型网架分段吊装与高空散装综合运用施工技术[J].科技创新与应用，2012(5)：46-47.

On simulation analysis of construction of incremental launching method for large-span space truss

Ni Kang1Li Hongquan2Xu Wentao1

(1.College of Civil Engineering, Nanchang Hangkong University, Nanchang 330029, China;2.Jiangxi Construction Engineering Machinery Constructiion Co., Ltd, Nanchang 330096, China)

The paper adopts the finite element analysis software, undertakes the simulation analysis of the construction process of the incremental launching method for some large-span space truss, explores the internal force and deformation of the three stretching cable schemes, and indicates the first scheme has the smallest internal force and displacement, which can be regarded as the optimal option for the construction scheme of the large-span space truss structure.

large-span space truss, construction phase, stretching cable, MIDAS

1009-6825(2017)08-0093-02

2017-01-09

倪 康(1991- )，男，在读硕士； 李洪泉(1975- )，男； 徐文涛(1991- )，男，在读硕士

TU745.2

A