大跨度钢结构及满堂架施工技术研究

胡朝仲　付黎涅

【摘    要】： 考虑施工环境与现场因素对大跨度钢结构安全性和受力状态的影响，以展览馆工程为例，通过施工过程有限元分析模拟，考察荷载转换过程中结构的强度和刚度变化，采用等效杆端位移法进行临时支撑卸载的数值模拟；提出切割加长大跨度结构滑移施工技术的总体思路和实际关键控制点，成功保证了工程的安全实施。

【关键词】： 满堂架；钢结构；大跨度；脚手架

【中图分类号】：TU758.11【文献标志码】：C【文章编号】：1008-3197（2023）05-63-03

【DOI编码】：10.3969/j.issn.1008-3197.2023.05.016

Study on Construction Technology of Long-span Steel Structure and

Full Hall Frame

HU Chaozhong FU Linie

（1.Yunnan Water Resources and Hydropower Vocational College，Kunming 650499，China；

2.Yunnan Jiaofa Consulting Co. Ltd.，Kunming 650100，China）

【Abstract】：Considering the influence of construction environment and site factors on the safety and stress state of long-span steel structure， based on the the exhibition hall project， this paper utilizes finite element analysis simulations. We also considered changes in strength and stiffness during the process of converting loads and   sliding construction techniques， bracing enhancements， erection of support frames， top push point design for sliding and synchronous control during sliding. Through these technical measures， successful implementation of the project was ensured.

【Key words】：full frame checking calculation; steel structure;long span

腳手架作为较为普遍的辅助建设结构体系，广泛应用在各个工程现场。然而脚手架也因为安全事故而备受关注。对多项事故的分析表明，大部分脚手架因为局部或整体失稳而导致倾覆或倒塌，因此，技术类验算分析是减少或杜绝事故发生的必要前提[1～3]。

1 工程概况

展览馆建筑占地面积4 864.16 m2，总建筑面积约1.8万m2，地上4层，四周悬挑及中间大跨度均采用钢结构，外墙采用穿孔铝板与幕墙结合。

2 结构施工方案

1）满堂架支撑体系的安装要求见表1。

2）钢结构大部分采用实腹式H型钢，节点处焊接。

3 有限元分析

3.1 钢桁架吊装

展馆的钢桁架部分跨度较大，连接节点众多，最长跨度为44.4 m。由于吊装场地狭小，只有南北两面主路可供作业，保证吊装安全以及避免桁架因内力过大产生弹性形变成为工程难点。为了既保证质量，又保证成本和工期，采用了预装分段、空中对接的方法。该方案的优点在于减少了许多空中作业，分段在地面拼装可获得足够的工作面，有利于缩短工期。根据实际情况进行了现场吊装模拟，为防止吊装两端出现裂口，在开口处增加了连接件，形成闭合结构。钢结构材料为Q235号钢，弹性模量为2.1×105 Pa，泊松比取值为0.3。见图1。

采用用ANSYS有限元分析软件对钢结构进行了极限荷载分析。基于小变形理论，只考虑材料非线性分析。首先，根据结构设计承载值对结构施加一个力，定义一个时间点进行求解；如果求解不成功，再利用未成功求解的时间点乘以施加的力，进一步求解更近的极限。多次反复求解，找出最近的极限值。见图2。

在模拟初期，为了使模型计算时达到收敛值，将参数设置为尽量大的值并利用收敛性准则确定最终的参数设置。在结构中央加载4 000 kN的集中力时，未在0.62这个时间点收敛；随后用刚加载的集中力乘以该时间点来进行求解并发现在0.995处仍未能达到收敛；重复此步骤进行求解，最终，成功找到了塑性极限的值为2 465 kN，该数值将作为实际施工中的理论依据，以避免在相关施工中因加载不当对结构造成破坏。此外，在计算承载力时还需要考虑材料的比强度和比模量，这两个参数都是衡量材料承载能力的重要指标。

3.2钢结构框架

3.2.1桁架的卸载应力分析

架体卸载完成后力系的转移产生应力变化，最大应力增量37.2 MPa，出现在结构框架的中间位置，结构应力变化处于稳态。见图3。

3.2.2 结构卸载过程数值模拟

将满堂架支撑类比为弹性杆进行分析，link10单元的特性是压杆，对支架体系加载竖向的压力，由此支架产生向上的作用力，支架上部和柱体结构耦合一点。主体结构支撑进行分区卸载，依次施加多步荷载，分析时采用两类刚度模拟。见图4。

从图4可以看出，满堂架支撑的所产生的等效刚度越大，相应支架体系同样会产生较大的轴力。模拟分析产生的轴力分布规律相似，最大轴力之间相差约5.98%，临时支撑整体稳定计算中竖向反力为920 kN。

4 结语

使用ANSYS有限元软件进行了极限荷载分析并绘制了位移曲线图，从而找出了满堂架的塑性极限，为实际的施工提供了理论依据；通过模拟分析整个结构卸载过程，对架体卸载完成后力系的转移所产生的应力变化进行了分析。采用有限元模拟指导施工，可以进一步把控工程施工技术，对未来实现复杂工程的模拟施工提供参考。

参考文献：

[1]柴文静，张新爱，孙    超.型钢混凝土组合结构施工技术及应力分析[J]钢结构，2017，34（4）：100-104+86.

[2]宁桂霞.某项目复杂钢结构安装技术分析[D].青岛：青岛理工大学，2016.

[3]赖泽荣.基于有限元分析的大跨度钢结构累积滑移过程研究[J].广州建筑，2021，49（5）：25-28.