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摘要：大跨度悬挑钢结构工程施工具有空间跨度大、受力情况复杂、施工难度大等特点，研究大跨度悬挑钢结构工程的施工技术具有重要的现实意义。本文结合工程实例，对大跨度悬挑钢结构工程的施工技术进行了详细介绍，并对施工中的构件内力情况进行了计算，旨在为类似工程施工提供借鉴。
关键词：悬挑钢结构；计算模型；支撑胎架
随着我国社会经济的快速发展以及工程技术的进步，人们对建筑的结构及性能提出了更高的要求。建筑的结构日益复杂，空间跨度日益增大，大跨度悬挑钢结构在大型建筑中的应用也越来越广泛。但是由于大跨度悬挑钢结构工程施工难度大，受力状况复杂，有时甚至要悬空施工。因此，研究大跨度悬挑钢结构工程的施工技术，确保工程的安全顺利施工具有十分重要的意义。
1 工程概况
某工程异型大跨度悬挑钢结构外挑长度大，钢构件悬空布置，无任何支撑，需要利用临时支撑胎架保证施工。异型大跨度悬挑钢结构的起拱值精度控制困难，利用支撑胎架上的钢支座和千斤顶可很好地控制起拱值。整个钢结构安装完之后，利用卸载技术完成结构卸载和胎架拆除。异型结构空间状态复杂，空间尺寸精度要求高，利用软件建立等比例三维实体模型，通过模型实现空间尺寸的定位。根据该工程的特点，该工程分为两大施工步骤：第一步，主体内框架安装，该部分为一般多层钢结构框架结构，按照从下至上的顺序依次安装各层平台（图１）；第二步，主体内框架安装完之后，开始搭设临时支撑胎架，按照设定的顺序安装悬挑部分框架（图２）。本文主要探讨第二步悬挑结构的安装技术。
图1 内框架完成后状态
图２ 悬挑部分完成后状态
2 设定安装施工控制目标
本工程在形成主体内钢框架，架设好悬挑部分临时支撑胎架之后，开始按照一定的顺序安装悬挑部分框架，直到主要构件全部吊装完成。采用整体构件拼装、吊装与散件吊装结合方法，对无法拼成整体的构件增加临时构件。在这个过程中，需要控制每一步吊装的散件或整体拼装桁架在结构构件自重及施工荷载下的位移与内力是否超限。
2.1 位移控制目标
对每个安装步骤完成吊装的散件或整体拼装桁架，严格控制位移，在安装关键控制点处，要求其侧移不超过5mm。对位移限值超过这一目标的关键点，需加相应的临时支撑，加上支撑后重新验算控制点位移，修改支撑刚度、支撑点位置，直到控制点位移满足要求。
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2.2 内力控制目标
本工程±0.000以上钢结构采用的钢材标号为Q345Ｂ和Q420GJ-C两种，在安装过程中和安装完成后临时胎架的卸载过程中，严格监控每个安装子步和卸载子步下，结构构件的轴力、弯矩和剪力，并计算应力比是否超限。
另外，在散件或整体拼装桁架安装过程中，须有效地固定构件活动端，防止构件屈曲失稳。
3 建立模拟计算模型
本工程采用SAP2000计算软件进行建模计算，其在三维结构整体性能分析，结构弹性静力及时程分析功能相当不错，后处理方便。另外，SAP2000v14.0汉化版引入了中国规范，具备一定的钢框架设计/校核功能，用以检查校核安装过程中和胎架卸载过程中钢构件的内力信息。
3.1 截面及材料属性建立模型
利用AUTOCAD的的分图层导入功能，可以很方便的搭建起模型。在各图层指定组和截面属性，可以将不同截面和材料的构件定义属性，建立计算模型。
（1）将地下室混凝土强度等级及上部钢结构钢材强度等级分别输入计算程序中，如表1所示。
从各控制点位移对比结果可知，各控制点位移计算值与设计要求值差异在10%内，可以判定建立的SAP模型能正确反映结构的受力状态，能过对钢构安装过程进行内力分析。
4 设计制作支撑胎架
结构施工未形成整体之前不能完全靠自身承载或保持稳定，因此在其建造过程中总是需要支撑。本工程涉及到的胎架均为安装支撑胎架。
根据悬挑结构的结构形式和连接特点，在外框连接部位设置支撑胎架，图3所示为球面在XY平面上的投影图，其框架四周共布置了12个临时支撑点，即图中T1～T12。
图3 临时胎架支撑布置图
5 确定安装方法及安装顺序
整体构件的吊装顺序运用SAP2000的施工分析功能，进行分析计算。依据尽可能少的添加临时侧向支撑和尽可能早的让支撑胎架参与进来的原则，通过反复尝试、计算和对比，调整安装顺序，得到最优的安装顺序。安装完成后如图4所示。
图4 主要悬挑构件安装完成示意图
6 安装过程主要构件内力分析
整个钢结构安装过程共分16个安装步骤，包含了22个安装子步。在SAP模型中设置包含所有22个安装子步的施工工况，运行分析后可以得到每个安装子步完成后结构的内力信息，输出结构主要构件的内力峰值。主体框架也参与了整个过程的内力分析计算，主体框架在安装和卸载过程中所有构件是满足要求的。分析每个安装子步的内力信息，提取结构主要构件的内力最大值，计算表明，在整个安装施工过程中，钢梁始终维持着较低水平的应力比，钢梁在安装全过程是安全的。举例：1-K轴立面布置图中，左边部分钢梁内力如表4所示。
卸载时利用千斤顶将支撑点部位的杆件支撑住，将支撑点部位的临时支撑切割掉，支撑点部位的重量靠千斤顶进行支撑。将千斤顶缓慢回落，千斤顶脱开后测量该部位的下扰值，与计算值进行对比，实际值都小于理论计算值，说明在整个卸载过程构件是安全的。
8 结语
综上所述，大跨度悬挑钢结构工程的施工难度较大，为保证工程施工的安全及顺利进行，研究大跨度悬挑结构施工技术十分必要。在大跨度悬挑钢结构工程施工中，施工人员要熟练掌握相关施工技术，严格按照相关规范要求进行施工，同时还有加强工程的施工管理，从而保证工程的施工的顺利进行，确保工程的质量及工期满足要求。
参考文献：
[1]韩锋.悬挑大跨度弧形“水滴”状钢结构施工技术[J].钢结构.2015（08）
[2]陈伟顺.高空大跨度悬挑混凝土结构施工技术的应用——以某工程为例[J].福建建材.2015（02）
论文作者:刘皓
论文发表刊物:《基层建设》2016年8期
论文发表时间:2016/7/13
标签：构件论文; 钢结构论文; 内力论文; 结构论文; 大跨度论文; 位移论文; 工程论文; 《基层建设》2016年8期论文;