大跨度钢架连廊提升支架的设计分析

彭 平，沙峰峰，焦国民,，朱伟明，鲁昌伍

（1.江苏省建筑工程集团第二工程有限公司，江苏 苏州 215000；2.江苏省建筑工程集团有限公司，江苏 南京 210000；3.苏州环秀湖旅游发展有限公司，江苏 苏州 215000）

0 引言

近些年来，随着经济高速发展，建筑形状和构造多样化发展，大量空中连廊在各类型建筑中相继出现，为了保证高空大跨度钢结构工程结构更加可靠安全，采用合理的提升支架对大跨度钢架连廊提升安装技术至关重要。传统空中连廊结构形式采用钢结构，自重大且提升高度高，传统施工方法采用分件高空散装焊接成型，增加施工难度，增大风险系数［1，2］。如何降低高空安装的施工难度，降低施工风险是亟需解决的课题。与传统的钢结构施工技术相比，现有提升支架设计更加合理，能够有效大大提高大跨度钢结构施工作业的安全性［3-5］。因此，本文在结合以往工程施工案例后合理设计了大跨度钢架连廊的提升支架，并运用于实际工程。

1 工程概况

苏州阳澄湖景区配套酒店项目位于苏州市相城区相融路西侧，背靠环秀湖，地理位置优越。其中，大跨度钢架连廊：宽度为 22 m，跨度 81 m；其底部标高+79.7 m，顶部标高+94.75 m；桁架结构由 4 榀主桁架及次连系结构组成，自身高度 16.05 m。提升重量 2 600 t，如图1所示。由于钢架连廊跨度较大、荷载重、距地面高等特点，施工存在一定难度。提升大跨度钢架连廊需设计一种提升支架，该提升支架需依附或借助于已有结构［6-8］。同时，提升支架的架设与使用不能对大跨度钢架连廊两侧主体结构造成损害。

图1 大跨度钢架连廊三维图

2 提升支架设计要点

1）大跨度钢架连廊的主体安装区域的中心到结构的边缘距离远，高度较高，限制了安装的吊装工艺，故需设计提升支架对其进行提升安装。

2）减少风荷载对节约材料、结构体系的受力有重要意义，应尽量简化构造，减少迎风面积。风荷载与结构高度、横截面尺寸、构件形式等有关，因此合理确定结构的立面形式及几何尺寸，正确选用构件的截面是提升支架设计的重要步骤。

3）选取结构形式时，宜对各种结构方案进行技术、经济、安全、方便现场施工等方面的比较，以求进一步节约材料、降低造价、提高安全度、加快施工进度。为了降低结构的施工费用，应采取构造简单的结构，并使结构标准化和统一化。

3 大跨度钢架连廊提升支架的设计分析

3.1 提升支架的设计

提升上吊点为液压提升器操作平台，必须能够承受一定的载荷。根据对桁架结构特性、各吊点提升反力值进行分析，提升上吊点设置在提升梁上，提升梁位于提升支架上方，提升支架安装于混凝土柱柱顶。提升上吊点在保证安全承载的前提下应尽可能地避免与原结构杆件干涉。大跨度钢架连廊提升支架的三维图如图 2 所示。

图2 提升支架三维图

3.2 提升支架的计算分析

1）提升支架验算。

强度及稳定验算荷载组合如式（1）～（3）所示、支座反力及变形验算荷载组合如式（4）、式（5）所示。

式中：DEAD 为自重；LIVE 为提升反力；ω为水平风荷载；LM 为摩擦力。

2）风荷载计算。

按 GB 51162-2016《重型结构和设备整体提升技术规范》［9］4.3.1 条，作用于支承结构或提升结构表面单位面积上的水平风荷载标准值应按式（6）计算。

本工程水平风荷载标准值为ωk=βμsμzω0=1.3×2.4×0.883×0.268=0.738，连廊结构所受风荷载约为 858 kN。连廊结构滑移时由静摩擦（摩擦系数 0.2）转换为动摩擦（摩擦系数 0.15）时，沿滑移方向会产生冲击荷载，荷载大小为动、静摩擦力差值，即结构自重的 5 %（1 390 kN）。

3.3 提升支架的有限元分析

大跨度钢架连廊提升支架采用结构分析软件 SAP2000 进行计算。其中，采用 BEAM44 单元模拟连廊结构各杆件，材料弹性模量取 2.06×105MPa，密度取 7 850 kg/m3，泊松比取 0.3。

结合相关提升支架和实际施工情况，大跨度钢架连廊提升支架的静力强度分析计算应考虑恒荷载、活荷载及风荷载，控制工况主要考虑结构位移及材料应力的控制。结构位移限值为立柱取值f＜L/400 mm；主梁取值f＜L/400 mm；材料应力控制为钢材的最不利应力比不大于 1。

大跨度钢架连廊的整个施工过程主要分为以下几种工况，并对不同工况下的提升支架进行相应的有限元分析，结果如表 1 所示。

表1 最大位移与最不利应力比

由表 1 计算结果统计可知：在整个施工过程的不同工况下，提升支架整体结构的最大位移远低于位移设计限值，最大应力比也均低于设计规范所要求。其中，提升支架整体结构最大变形为 17.4 mm，小于L/400=9 000/400=22.25 mm；最不利应力比最大值为 0.806，提升支架整体结构稳定性满足要求；通过计算分析结果表明提升支架的设计可以保证大跨度钢架连廊在提升阶段的施工安全。

4 结论

1）本文结合工程实例进行了大跨度钢架连廊提升支架的设计分析，并且通过有限元软件 SAP 2000 建立了合适的提升支架三维模型，研究分析了提升支架在不同工况下其整体受力性能，计算得到的最大应力比均满足 GB 50017—2003《钢结构设计规范》［11］要求；同时，提升结构的最大位移也均满足规范设计要求。结果表明提升支架的设计是合理的，可以保证大跨度钢架连廊在提升阶段安全施工。

2）大跨度钢架连廊在地面整体拼装作业，施工效率较高，质量易于保证。通过提升支架的设计，可以满足大跨度钢架连廊在提升阶段安全施工，同时能够有效保证大跨度钢架连廊安装工程的工期，为今后同类型工程的钢结构整体提升支架的设计提供了参考。Q