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2024年 第39卷 第4期
2024, 39(4): 1-9.
doi: 10.13206/j.gjgS23091301
摘要
PDF (14202KB)
摘要:
某医院新建住院楼结构总高79.6 m,地上18层,两栋住院楼对称布置,住院楼之间分别位于9F~10F、12F~13F以及15F~16F处间隔设置了3个空中连廊,连廊跨度25.2 m。主体塔楼采用钢框架屈曲约束支撑结构体系,三个钢连廊楼面主梁作为弦杆,上下层之间设置中心支撑,形成平面桁架。连廊相比于主体塔楼结构宽度收窄,由24.3 m减小至7.8 m。整体结构体型复杂,连廊对抗震性能要求较高,且胎架拆除的施工顺序不仅对结构会产生附加效应而且会影响现场施工效率。为此分析了宽度收窄式多层间隔高位连体结构设计、施工过程中的关键技术问题及解决方案。通过比较分析连体结构与主体塔楼分别采用强、弱连接方式对主体塔楼的振型模态、抗侧与抗扭刚度以及节点构造形式的差异,确定了连体结构的强连接方案。基于抗震性能化设计目标,对高位连体结构进行了设防地震不屈服验算。结果表明,杆件和楼板承载力满足既定的抗震性能目标。根据胎架拆除的施工阶段不同,对比分析了两种施工方案对连体结构产生的附加内力和附加变形,结合现场施工效率,确定采用每层连廊安装完毕即拆除相应胎架的施工方案。分析结果表明:两侧主体塔楼对称的高位连廊宜采用强连体形式,为保证强连体刚度可协调两侧塔楼,应保证连体结构平面内抗剪承载力大于设防地震下楼板最大剪力标准值,施工阶段可以连接体桁架作为上部连接体胎架支座,附加应力与附加挠度可通过合理施工步释放,且附加挠度可通过施工模拟分析对胎架高度进行补偿。
某医院新建住院楼结构总高79.6 m,地上18层,两栋住院楼对称布置,住院楼之间分别位于9F~10F、12F~13F以及15F~16F处间隔设置了3个空中连廊,连廊跨度25.2 m。主体塔楼采用钢框架屈曲约束支撑结构体系,三个钢连廊楼面主梁作为弦杆,上下层之间设置中心支撑,形成平面桁架。连廊相比于主体塔楼结构宽度收窄,由24.3 m减小至7.8 m。整体结构体型复杂,连廊对抗震性能要求较高,且胎架拆除的施工顺序不仅对结构会产生附加效应而且会影响现场施工效率。为此分析了宽度收窄式多层间隔高位连体结构设计、施工过程中的关键技术问题及解决方案。通过比较分析连体结构与主体塔楼分别采用强、弱连接方式对主体塔楼的振型模态、抗侧与抗扭刚度以及节点构造形式的差异,确定了连体结构的强连接方案。基于抗震性能化设计目标,对高位连体结构进行了设防地震不屈服验算。结果表明,杆件和楼板承载力满足既定的抗震性能目标。根据胎架拆除的施工阶段不同,对比分析了两种施工方案对连体结构产生的附加内力和附加变形,结合现场施工效率,确定采用每层连廊安装完毕即拆除相应胎架的施工方案。分析结果表明:两侧主体塔楼对称的高位连廊宜采用强连体形式,为保证强连体刚度可协调两侧塔楼,应保证连体结构平面内抗剪承载力大于设防地震下楼板最大剪力标准值,施工阶段可以连接体桁架作为上部连接体胎架支座,附加应力与附加挠度可通过合理施工步释放,且附加挠度可通过施工模拟分析对胎架高度进行补偿。
2024, 39(4): 10-16.
doi: 10.13206/j.gjgS22121901
摘要:
近十年来,国内兴建了大量的机场、高铁站、会展中心等工程,具有建筑造型新颖、平面尺寸大(超大面宽、超大进深和较大高差)等特点,一般采用原位拼装提升或累积提升的施工工艺。由于上述施工方法存在拼装高度较高、高空作业量大、工艺复杂等问题,导致施工效率低、安全风险大、质量控制难。虽然旋转提升法对于降低拼装高度有显著的效果,但是多应用于跨度小、结构规整、提升吊点数量少的结构中,同时旋转过程中同步性较差,经常导致提升器窝缸甚至局部杆件受力过大而弯曲破坏的现象,针对大跨曲面屋盖钢结构施工仍处于技术空白期,存在适用局限性。依托杭州西站项目,系统介绍了大跨异形曲面结构确定旋转轴及旋转角度的两种方法,即双轴反复旋转法和基于最优化理论的单轴旋转法,并从经济性、安全性、实操性方面对两种方法及原位拼装提升法进行了对比:1)经济方面,基于最优化理论的单轴旋转法较双轴反复旋转法节省胎架用量5.8%,较原位拼装提升节省胎架用量406.8%。2)安全方面,采用单轴旋转施工与原位拼装提升施工结构杆件应力比差值不到0.05,而双轴旋转施工(换杆前)与原位拼装提升施工结构杆件应力比差值达1.31,这是由于采用双轴旋转施工,结构需分别绕两个方向旋转,旋转过程态与结构设计态位形差异较大,导致杆件内力分布不均匀,从而导致部分构件应力比较大,虽然可通过换杆加固的方式解决,但设计施工成本会相应增加。结构施工过程中虽然单轴旋转法的构件应力比与原位拼装提升法的差别不大,但是原位拼装提升法所设胎架高度高,存在大面积高空作业,工人施工安全性较差。3)实操方面,采用旋转提升可有效解决原位拼装提升带来的拼装胎架安装高度高、高空作业多等施工复杂性问题。而基于最优化理论的单轴旋转法相较于双轴反复旋转法,其可通过自编程序一步得到旋转提升参数的最优解,省时省力。且由于其确定的旋转轴及旋转角度是唯一的,施工时结构仅需绕单轴进行旋转,操作更为简便。结果表明:基于最优化理论的单轴旋转法更佳,其较好地弥补了原位拼装提升法、双轴反复旋转法在大跨异形曲面屋盖钢结构应用中的技术缺陷和不足,为以后类似曲面屋盖结构的施工提供参鉴。
近十年来,国内兴建了大量的机场、高铁站、会展中心等工程,具有建筑造型新颖、平面尺寸大(超大面宽、超大进深和较大高差)等特点,一般采用原位拼装提升或累积提升的施工工艺。由于上述施工方法存在拼装高度较高、高空作业量大、工艺复杂等问题,导致施工效率低、安全风险大、质量控制难。虽然旋转提升法对于降低拼装高度有显著的效果,但是多应用于跨度小、结构规整、提升吊点数量少的结构中,同时旋转过程中同步性较差,经常导致提升器窝缸甚至局部杆件受力过大而弯曲破坏的现象,针对大跨曲面屋盖钢结构施工仍处于技术空白期,存在适用局限性。依托杭州西站项目,系统介绍了大跨异形曲面结构确定旋转轴及旋转角度的两种方法,即双轴反复旋转法和基于最优化理论的单轴旋转法,并从经济性、安全性、实操性方面对两种方法及原位拼装提升法进行了对比:1)经济方面,基于最优化理论的单轴旋转法较双轴反复旋转法节省胎架用量5.8%,较原位拼装提升节省胎架用量406.8%。2)安全方面,采用单轴旋转施工与原位拼装提升施工结构杆件应力比差值不到0.05,而双轴旋转施工(换杆前)与原位拼装提升施工结构杆件应力比差值达1.31,这是由于采用双轴旋转施工,结构需分别绕两个方向旋转,旋转过程态与结构设计态位形差异较大,导致杆件内力分布不均匀,从而导致部分构件应力比较大,虽然可通过换杆加固的方式解决,但设计施工成本会相应增加。结构施工过程中虽然单轴旋转法的构件应力比与原位拼装提升法的差别不大,但是原位拼装提升法所设胎架高度高,存在大面积高空作业,工人施工安全性较差。3)实操方面,采用旋转提升可有效解决原位拼装提升带来的拼装胎架安装高度高、高空作业多等施工复杂性问题。而基于最优化理论的单轴旋转法相较于双轴反复旋转法,其可通过自编程序一步得到旋转提升参数的最优解,省时省力。且由于其确定的旋转轴及旋转角度是唯一的,施工时结构仅需绕单轴进行旋转,操作更为简便。结果表明:基于最优化理论的单轴旋转法更佳,其较好地弥补了原位拼装提升法、双轴反复旋转法在大跨异形曲面屋盖钢结构应用中的技术缺陷和不足,为以后类似曲面屋盖结构的施工提供参鉴。
2024, 39(4): 17-25.
doi: 10.13206/j.gjgS23082102
摘要:
随着建筑钢结构的发展,高层建筑群如雨后春笋般出现,两栋高层之间设置钢连体是常见的结构形式。目前,对于常规高空连体结构安装,大多采用地面拼装后整体提升至设计位置的安装方法。但针对底层不连续的多层连体结构,一方面地面拼装胎架高,存在高空作业,不经济又不安全;另一方面拼装时底层结构需进行加固,施工繁琐。因此制定更为经济、安全、快速的施工方案是当前施工的重点。以杭州云门项目为例,给出了累积提升与分层提升两种施工方案,并对两者从结构受力变形,施工经济性、安全性、时效性等方面进行衡量比选。在受力方面,采用上述两种方案施工,对于塔楼而言,杆件应力最大值差别较小,但采用分层提升施工构件的附加应力更小,受力更为合理;对于连体而言,杆件应力最大值基本相同,但采用分层提升的杆件应力总体偏小;对于提升加强杆而言,采用分层提升方案时加强杆最大轴力为10 905.27 kN,而采用累积提升方案时加强杆最大轴力为12 615.81 kN,前者较后者减小约13.6%,因此采用分层提升方案可降低对其截面的需求,从而便于在提升完成后进行拆除。在变形方面,采用上述两种方案施工,结构最大竖向变形均位于连体跨中,且变形值相差不大;而结构最大水平变形虽均位于塔楼顶层,但变形值有些许差别,分层提升变形值较小,这是由于采用分层提升,二次提升前连体上层结构与塔楼已连成一体,具备了一定的水平刚度。在施工方面,采用累积提升方案施工,下层结构在低空安装时,上层连体结构悬停时间较长,时效性差,且连体未与塔楼形成有效连接,施工安全性差;而采用分层提升方案,上层连体结构一次提升到位后直接进行补杆工作,使连体与塔楼初步形成有效连接,届时可同步进行下层三角区结构的拼装工作,时效性、安全性更佳。在经济性方面两者相差较小,分层提升对于提升设备的数量需求较高。结果表明,针对底层不连续的多层连体结构施工,分层提升法在结构受力及变形方面,施工经济性、安全性、时效性方面表现更佳。
随着建筑钢结构的发展,高层建筑群如雨后春笋般出现,两栋高层之间设置钢连体是常见的结构形式。目前,对于常规高空连体结构安装,大多采用地面拼装后整体提升至设计位置的安装方法。但针对底层不连续的多层连体结构,一方面地面拼装胎架高,存在高空作业,不经济又不安全;另一方面拼装时底层结构需进行加固,施工繁琐。因此制定更为经济、安全、快速的施工方案是当前施工的重点。以杭州云门项目为例,给出了累积提升与分层提升两种施工方案,并对两者从结构受力变形,施工经济性、安全性、时效性等方面进行衡量比选。在受力方面,采用上述两种方案施工,对于塔楼而言,杆件应力最大值差别较小,但采用分层提升施工构件的附加应力更小,受力更为合理;对于连体而言,杆件应力最大值基本相同,但采用分层提升的杆件应力总体偏小;对于提升加强杆而言,采用分层提升方案时加强杆最大轴力为10 905.27 kN,而采用累积提升方案时加强杆最大轴力为12 615.81 kN,前者较后者减小约13.6%,因此采用分层提升方案可降低对其截面的需求,从而便于在提升完成后进行拆除。在变形方面,采用上述两种方案施工,结构最大竖向变形均位于连体跨中,且变形值相差不大;而结构最大水平变形虽均位于塔楼顶层,但变形值有些许差别,分层提升变形值较小,这是由于采用分层提升,二次提升前连体上层结构与塔楼已连成一体,具备了一定的水平刚度。在施工方面,采用累积提升方案施工,下层结构在低空安装时,上层连体结构悬停时间较长,时效性差,且连体未与塔楼形成有效连接,施工安全性差;而采用分层提升方案,上层连体结构一次提升到位后直接进行补杆工作,使连体与塔楼初步形成有效连接,届时可同步进行下层三角区结构的拼装工作,时效性、安全性更佳。在经济性方面两者相差较小,分层提升对于提升设备的数量需求较高。结果表明,针对底层不连续的多层连体结构施工,分层提升法在结构受力及变形方面,施工经济性、安全性、时效性方面表现更佳。
2024, 39(4): 26-33.
doi: 10.13206/j.gjgS23071101
摘要:
施工过程是保证结构使用性能可靠、质量达标的重要阶段,并且伴随社会经济的发展,对施工质量要求也逐渐提高。环境温度是影响施工精度、保证施工质量的关键因素,其在铁路、桥梁等大跨超长结构中广受关注,但在建筑结构的施工阶段研究较少。随着建筑结构设计日益复杂,体量日益增大,环境温度对施工的影响也开始显现。针对高层连体结构中常用的整体提升施工技术,探讨了环境温度在连体拼装以及连体提升这两个重要施工阶段的影响:1)拼装阶段,连体结构受到下部拼装胎架、支撑架等措施的约束,使得其在温度作用下产生附加内力及变形,下部措施结构分别按极小水平约束与刚接两个极端条件考虑。2)提升阶段,连体结构无水平约束,水平方向可自由变形,因而会显著影响连体在高空与塔楼结构对接精度的影响。为此提出将温度变形与施工变形进行叠加,从而综合考虑温度对连体提升精度的影响。分析中,以有限元模拟为基础,通过线性拟合获取关键对接点变形与温度的关系,进一步计算温度与对接错口量关系,从而得到错口量最小时的温度差,以此温差指导提升施工的时间安排。最后,以杭州云门钢结构工程为例,分析了环境温度在该项目中的影响。拼装阶段若不考虑胎架的水平约束,环境温度对结构的附加应力小。反之则会引起较大的附加应力,甚至超过钢材的屈服应力,该计算结果是基于极端情况下的计算,即温差变化大,约束强,实际工程条件出现的概率低。因此,建议应力分析中应根据工程项目的真实环境、措施使用等情况,选择合理的温差和边界条件进行分析,从而判断温差对结构附加应力的影响。对于云门钢结构的提升阶段,分析结果表明,当提升时的环境温度低于拼装时27.6℃时,连体与塔楼错口量最低。由于该温差太大,不可能在真实环境中出现,由此可知,随着环境温度的降低,提升时的连体与塔楼错口量降低,从而有利于施工精度保证,因此建议应尽可能选择在清晨或傍晚进行合龙对接。
施工过程是保证结构使用性能可靠、质量达标的重要阶段,并且伴随社会经济的发展,对施工质量要求也逐渐提高。环境温度是影响施工精度、保证施工质量的关键因素,其在铁路、桥梁等大跨超长结构中广受关注,但在建筑结构的施工阶段研究较少。随着建筑结构设计日益复杂,体量日益增大,环境温度对施工的影响也开始显现。针对高层连体结构中常用的整体提升施工技术,探讨了环境温度在连体拼装以及连体提升这两个重要施工阶段的影响:1)拼装阶段,连体结构受到下部拼装胎架、支撑架等措施的约束,使得其在温度作用下产生附加内力及变形,下部措施结构分别按极小水平约束与刚接两个极端条件考虑。2)提升阶段,连体结构无水平约束,水平方向可自由变形,因而会显著影响连体在高空与塔楼结构对接精度的影响。为此提出将温度变形与施工变形进行叠加,从而综合考虑温度对连体提升精度的影响。分析中,以有限元模拟为基础,通过线性拟合获取关键对接点变形与温度的关系,进一步计算温度与对接错口量关系,从而得到错口量最小时的温度差,以此温差指导提升施工的时间安排。最后,以杭州云门钢结构工程为例,分析了环境温度在该项目中的影响。拼装阶段若不考虑胎架的水平约束,环境温度对结构的附加应力小。反之则会引起较大的附加应力,甚至超过钢材的屈服应力,该计算结果是基于极端情况下的计算,即温差变化大,约束强,实际工程条件出现的概率低。因此,建议应力分析中应根据工程项目的真实环境、措施使用等情况,选择合理的温差和边界条件进行分析,从而判断温差对结构附加应力的影响。对于云门钢结构的提升阶段,分析结果表明,当提升时的环境温度低于拼装时27.6℃时,连体与塔楼错口量最低。由于该温差太大,不可能在真实环境中出现,由此可知,随着环境温度的降低,提升时的连体与塔楼错口量降低,从而有利于施工精度保证,因此建议应尽可能选择在清晨或傍晚进行合龙对接。
2024, 39(4): 34-40.
doi: 10.13206/j.gjgS23013101
摘要:
常规采用液压提升施工方法的实施项目中,被提升结构均有双边或多边提升支承边界条件,结构稳定性好,但对于悬挑结构,特别是高度特别高的悬挑结构,因无法设置均衡吊点,使得结构很难采用提升施工方法。西安丝路欢乐世界中心塔项目为全钢结构异形塔,由内筒钢框架、外筒网壳、大悬挑轮辐式裙摆桁架、顶部莫比乌斯圆环和外筒造型丝带组成。以西安丝路塔项目为对象,对内侧支承的大悬挑轮辐式裙摆桁架钢结构施工所采用的悬挑提升施工技术进行研究;通过数值分析对比了不采取加固措施、设置1道环向杆加固和设置1道环向桁架加固对提升施工过程中结构的影响,根据对比分析结果,建议采用设置1道环向桁架方式对被提升结构进行加固;研究了设置5个提升吊点、7个提升吊点和10个提升吊点对提升过程中结构的影响,给出了建议的提升吊点数量,对本工程而言,吊点数量5个为最优;对施工过程中技术要点进行了探讨和经验总结,阐述了大悬挑轮辐式裙摆桁架钢结构悬挑提升施工和临时措施设计中须注意的关键点,并拓展了液压提升施工技术的应用范围。
常规采用液压提升施工方法的实施项目中,被提升结构均有双边或多边提升支承边界条件,结构稳定性好,但对于悬挑结构,特别是高度特别高的悬挑结构,因无法设置均衡吊点,使得结构很难采用提升施工方法。西安丝路欢乐世界中心塔项目为全钢结构异形塔,由内筒钢框架、外筒网壳、大悬挑轮辐式裙摆桁架、顶部莫比乌斯圆环和外筒造型丝带组成。以西安丝路塔项目为对象,对内侧支承的大悬挑轮辐式裙摆桁架钢结构施工所采用的悬挑提升施工技术进行研究;通过数值分析对比了不采取加固措施、设置1道环向杆加固和设置1道环向桁架加固对提升施工过程中结构的影响,根据对比分析结果,建议采用设置1道环向桁架方式对被提升结构进行加固;研究了设置5个提升吊点、7个提升吊点和10个提升吊点对提升过程中结构的影响,给出了建议的提升吊点数量,对本工程而言,吊点数量5个为最优;对施工过程中技术要点进行了探讨和经验总结,阐述了大悬挑轮辐式裙摆桁架钢结构悬挑提升施工和临时措施设计中须注意的关键点,并拓展了液压提升施工技术的应用范围。
2024, 39(4): 41-48.
doi: 10.13206/j.gjgS240201
摘要:
空间网格结构因其独特的建筑造型,在现代建筑中应用越来越多,随着其下方主体结构和空间网格结构越来越复杂,其结构安装技术也在不断地提升和改造。对于下部支承结构较为复杂的单层三向网格结构,常规采用临时支撑胎架进行原位分块安装或者搭设满堂脚手架高空散装的方式都存在措施量大、成本过高、安拆时间长等问题,而液压整体同步提升、顶升以及滑移等新型施工方式不仅同样存在成本和效率问题,而且还有较高的施工难度。针对上述问题,以深圳市“互联网+”未来科技城地块DY01-04街坊西区下沉广场马鞍形单层三向网格穹顶结构为例,对其无支撑施工关键技术进行研究,以实现更少的临时支撑措施量和更高的施工效率。无支撑施工指采用特定的分块方式,能充分利用上一个吊装单元作为下一个吊装单元的支撑结构,以交错搭接的方式,不设临时支撑完成结构的安装。施工的关键在于所采用的特定分块方式划分出的每一个分块均能够在吊装完成后与前一步安装结构形成稳定的结构体系,这个稳定的结构体系与一次设计成型态相比不会产生过大的位移和应力。基于施工全过程仿真分析和现场实测数据,综合考虑了施工过程的安全性、便利性及经济性,对螺旋式、单向交错式和对称交错式三种无支撑施工方式进行对比研究。结果表明,单层三向网格结构无支撑施工安全可靠,施工完成态结构应力及变形与设计一次成型态接近,结构整体应力较小,且环梁施工过程无稳定性问题,安全储备充足;无支撑螺旋式施工分段长度更短,结构应力及变形整体都优于无支撑交错式施工,无支撑对称交错式施工可显著减少单向施工过程中“跷跷板”效应带来的结构额外应力和变形,因此又优于无支撑单向交错式施工;通过在结构位移和应力模拟值较大处布置变形和应力监测点,对结构无支撑螺旋式施工过程中的变形和应力进行监测,监测结果表明:实际结构变形和应力与MIDAS模拟分析结果在发展变化趋势及数值上总体保持一致,体现了无支撑螺旋式施工方案的合理性。
空间网格结构因其独特的建筑造型,在现代建筑中应用越来越多,随着其下方主体结构和空间网格结构越来越复杂,其结构安装技术也在不断地提升和改造。对于下部支承结构较为复杂的单层三向网格结构,常规采用临时支撑胎架进行原位分块安装或者搭设满堂脚手架高空散装的方式都存在措施量大、成本过高、安拆时间长等问题,而液压整体同步提升、顶升以及滑移等新型施工方式不仅同样存在成本和效率问题,而且还有较高的施工难度。针对上述问题,以深圳市“互联网+”未来科技城地块DY01-04街坊西区下沉广场马鞍形单层三向网格穹顶结构为例,对其无支撑施工关键技术进行研究,以实现更少的临时支撑措施量和更高的施工效率。无支撑施工指采用特定的分块方式,能充分利用上一个吊装单元作为下一个吊装单元的支撑结构,以交错搭接的方式,不设临时支撑完成结构的安装。施工的关键在于所采用的特定分块方式划分出的每一个分块均能够在吊装完成后与前一步安装结构形成稳定的结构体系,这个稳定的结构体系与一次设计成型态相比不会产生过大的位移和应力。基于施工全过程仿真分析和现场实测数据,综合考虑了施工过程的安全性、便利性及经济性,对螺旋式、单向交错式和对称交错式三种无支撑施工方式进行对比研究。结果表明,单层三向网格结构无支撑施工安全可靠,施工完成态结构应力及变形与设计一次成型态接近,结构整体应力较小,且环梁施工过程无稳定性问题,安全储备充足;无支撑螺旋式施工分段长度更短,结构应力及变形整体都优于无支撑交错式施工,无支撑对称交错式施工可显著减少单向施工过程中“跷跷板”效应带来的结构额外应力和变形,因此又优于无支撑单向交错式施工;通过在结构位移和应力模拟值较大处布置变形和应力监测点,对结构无支撑螺旋式施工过程中的变形和应力进行监测,监测结果表明:实际结构变形和应力与MIDAS模拟分析结果在发展变化趋势及数值上总体保持一致,体现了无支撑螺旋式施工方案的合理性。
2024, 39(4): 49-51.
doi: 10.13206/j.gjgS23032720
摘要:
介绍了对摇摆柱提供支持的框架柱的稳定性设计。存在摇摆柱的情况下,框架柱的稳定系数,除了采用放大了的长细比确定外,还要降低柱子曲线。在摇摆柱的轴力和框架柱的轴力相等的情况下,从b曲线下降到欧洲钢结构规范的c曲线。最后采用Jezek模型对上述结论进行了验证。
介绍了对摇摆柱提供支持的框架柱的稳定性设计。存在摇摆柱的情况下,框架柱的稳定系数,除了采用放大了的长细比确定外,还要降低柱子曲线。在摇摆柱的轴力和框架柱的轴力相等的情况下,从b曲线下降到欧洲钢结构规范的c曲线。最后采用Jezek模型对上述结论进行了验证。
