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摘要：在大悬挑空间钢结构工程施工中，通常会遇到某些关键杆件的应力比很大，是比较危险的部位。通过改变关键杆件的施工顺序来实现减小其应力，使关键杆件满足设计允许应力的要求，同时关键杆件附近杆件的应力变化幅度不大，使结构应力分布更加均匀，受力更加合理的施工技术可供类似工程借鉴。
关键词：合理施工顺序，关键杆件后置安装，施工控制，监测
1.工程概况及结构特点
本工程总高度30米，结构外形总体呈现下部楼层收进、上部楼层大悬挑形状，见图2-1。地上一层平面形状为正八边形，最大尺寸为89x89m，结构典型柱距14米，结构内部为大空间比赛场地。
屋面平面为正方形，平面尺寸为120x120m，最大跨度83米，悬挑桁架长度43米，采用放射状布置大跨度钢管相贯桁架结构。
地上二层以上向外悬挑呈正方形，最大平面尺寸为120x120m，沿径向设置大悬挑转换桁架支撑地上二、三层荷载，悬挑转换桁架最大悬挑长度43米。
根据建筑要求造型特点，本工程结构体系采用大悬臂转换桁架—钢框架支撑体系，并通过外围密肋框架柱将转换桁架及屋面悬挑桁架联系为整体，共同工作。
图 3 伊金霍洛旗体育馆剖面图
悬挑桁架共20榀，最大长度为43米，端部高度为8米，桁架通过外围密肋框架结构对上部的屋面桁架起上托的作用。最大截面：口2000X1600X50X70mm，H型梁最大截面：1000x350x20x38mm。悬挑桁架底层及上层均为混凝土楼面。桁架共分3种类型，根据不同悬挑长度，桁架与钢柱的连接方式不同.
图 4 悬挑桁架示意图
2.常规施工顺序存在的问题
空间结构的施工成形过程是一个从局部到整体的动态过程，施工过程中同时伴有结构形态和受力特性的变化。不同施工阶段有不同的结构形态和受力特性，各个施工阶段的边界条件和荷载条件也在变化。在某一阶段安装完成后，结构暂时处于一个平衡状态，继续安装下一阶段的结构时，由于变形协调和内力重分配，新安装部分往往会对原成形结构产生影响，两者协同变形达到新的平衡状态。因此结构最终成形后的内力、位移是整个施工过程中各个阶段的施工内力、位移不断累积而成的。
工程实践表明，结构在施工过程中与相应的支撑系统组成一个临时受力体系，这一受力体系并不总是安全。就某一个具体结构构件来说，最危险的工作状态不一定出现在结构竣工以后，而往往正是结构未成型时的临时状态。显然，施工过程的这种受力特点和设计状态是显著不同的，如果仅以最终成形时某构件的内力作为对其进行截面设计的依据，则易错过该构件最危险状态的内力。
此外，大量的工程事故调查也表明，大约78%的工程事故都是发生在施工阶段。追究其原因除施工质量外，由于设计中没有考虑施工过程中的诸多因素或没有对施工过程中复杂及突发情况进行应有受力分析而引起的约占到36%。特别对大跨空间结构而言，由于其结构庞大复杂，施工方法和施工工艺繁琐，在施工阶段出现风险概率要比其他结构如混凝土结构要高。而一旦发生事故，其影响和后果是及其严重的，会造成重大的财产损失和人员伤亡。
综上所述，对于现代大型和大跨度空间结构，施工技术人员不仅要重视结构的最终设计状态，而且更要关心结构的成型过程。考虑施工过程对结构最终成型的影响，对空间结构进行施工全过程跟踪分析，找到施工过程中的最危险阶段，通过关键杆件后装技术，减少施工过程中对结构的不利因素，无论在理论上还是应用上，对工程施工安全及工程质量都具有十分重要的意义。
3.结构关键杆件后置安装施工关键技术
3.1通过结构施工过程模拟仿真分析，确定关键受力杆件
本工程20榀悬挑桁架中，有8榀桁架（STR-3）直接悬挑在钢柱上，与内环柱网无连接，内力最大，在设计计算中，与STR-3号桁架相连柱的最大弯矩值达到59890 KN·M，应力最为集中，是整个结构最薄弱部位。
图 6悬挑桁STR-3剖面图
本工程选取STR3桁架进行施工优化设计，通过对结构卸载过程中各种不同情况的对比分析，确定关键杆件的最终施工方案，
主要分析内容：A、卸载过程中构件内力变化；B、后装构件的安装时机对结构受力的影响及最佳安装时机；C、不同后装时机对后装构件本身内力的影响；D、不同后装时机对其他关键杆件内力影响；E、杆件后装对结构竖向位移的影响；F、对结构整体安全性的评价。
主要分析工况：（1）桁架上下弦楼板不同施工顺序对结构的影响；（2）STR3桁架23012号杆件和STR3桁架对应位置屋面桁架4号杆件，在4步卸载过程中不同组合工况下对结构的影响.
图 8 后置安装悬挑桁架布置图
通过施工模拟仿真分析：对正常施工顺序和U1+D3（屋面桁架4号杆件，在第一步卸载后进行焊接固定（U1），STR3桁架23012号杆件在第三步卸载后进行焊接固定（D3））U3+D1三种不同工况对比分析结果：
图11 STR-3杆件内力 图12结构竖向位移
论文作者:董苏洲
论文发表刊物:《建筑细部》2018年2月上
论文发表时间:2018/9/5
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