【導(dǎo)讀】南陽(yáng)體育場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)及屋面工程

　　

【正文】 過(guò)上述分析，得出 吊機(jī)起吊能力比較表 如下 ： 吊機(jī) 最大構(gòu)件重量 作業(yè)半徑 吊機(jī)起吊能力 是否滿足 300噸履帶吊 25 30 滿足 32 19 150噸履帶吊 1 27 8 由此可以看出，我們選擇的 300 噸及 150 噸履帶吊可以滿足施工吊裝使用。 ． 吊點(diǎn)設(shè)置 根據(jù)主次桁架特點(diǎn)， 主、次桁架吊裝時(shí)設(shè) 4 個(gè)吊點(diǎn)， 鋼絲繩采取捆綁方式，掛繩點(diǎn)在上弦節(jié)點(diǎn)位置。吊點(diǎn) 在總跨度的 1/3 左右位置，如下圖所示： 南陽(yáng)體育場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)及屋面工程 27 主桁架吊裝吊點(diǎn)設(shè)置示意圖 對(duì)于分塊吊裝屋蓋，選擇 4個(gè)吊點(diǎn)進(jìn)行吊裝，如下圖示意： 分塊吊裝吊點(diǎn)示意 4． 施工過(guò)程計(jì)算 ． ZHJA1 主桁架吊裝 驗(yàn)算 根據(jù)中國(guó)中國(guó)建筑設(shè)計(jì)研究院提供的結(jié)構(gòu)施工圖，材料及截面定義按下面所示圖紙定義并賦予相應(yīng)屬性。計(jì)算中的材料參數(shù)如下： 鋼材 Q345C 彈性模量： E = 179。 105 (MPa) 南陽(yáng)體育場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)及屋面工程 28 泊松比：γ = 密度： 179。 103 kg/m3 線膨脹系數(shù)：α = ℃ 屈服強(qiáng)度： fy = 235(MPa) 強(qiáng)度設(shè)計(jì)值： [f] = fy/ = 215(MPa) 以 ZHJA1為例 驗(yàn)算 吊裝過(guò)程 桿件受力， 吊裝過(guò)程中乘以 結(jié)構(gòu)有限元模型及約束 如下： 計(jì)算模型及 約束條件 拉索預(yù)拉力圖 驗(yàn)算結(jié)果分析 ： 南陽(yáng)體育場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)及屋面工程 29 結(jié)構(gòu)豎向變形圖 (UXUZ)（單位： mm） 由以上分析可知，豎向最大變形為 27000/400=,滿足《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（ GB 50017－ 2020）附錄 條的桁架變形要求。 結(jié)構(gòu)應(yīng)力比圖 (單位： Pa) 南陽(yáng)體育場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)及屋面工程 30 構(gòu)件應(yīng)力比0TABLE: 1 4 710 65 98101 140 143 146 174 177 184 187 190構(gòu)件號(hào)應(yīng)力比 應(yīng)力比柱狀圖 (單位： Pa) 桁架最大應(yīng)力比為 ,滿足（滿足《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（ GB 50017－ 2020） 條）要求。 ． C1 分塊吊裝驗(yàn)算 吊裝驗(yàn)算荷載： 取結(jié)構(gòu)自重乘以 倍。吊裝過(guò)程中乘以 結(jié)構(gòu)有限元模型及約束 sap 結(jié)構(gòu)分析模型 南陽(yáng)體育場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)及屋面工程 31 sap 計(jì)算模型及約束條件 拉索預(yù)拉力圖 驗(yàn)算結(jié)果分析 ： 屋架 在重力作用下的變形圖 南陽(yáng)體育場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)及屋面工程 32 結(jié)構(gòu)豎向變形圖 (UXUYUZ)（單位： mm） 由以上分析可知，豎向最大變形為 24000/400=,滿足《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（ GB 50017－ 2020）附錄 條的桁架變形要求。 重力作用下應(yīng)力圖 ： 結(jié)構(gòu)應(yīng)力 比 圖 (單位： Pa) 南陽(yáng)體育場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)及屋面工程 33 構(gòu)件應(yīng)力比0TABLE: 764 934 963 9782280 2350 2385 2400 2415 2430 2445 2460 4704 4731 5863 6497 6574 6589 7896 7911 8943 8958構(gòu)件號(hào)應(yīng)力比 應(yīng)力 比柱狀 圖 (單位： Pa) 桁架最大應(yīng)力 比 為 ,滿足（滿足《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（ GB 50017－ 2020） 條）要求。 5． 臨時(shí)措施設(shè)計(jì) ． 高空支撐架設(shè)計(jì) ． 支撐架布置 根據(jù) 鋼結(jié)構(gòu)吊裝施工方案，主桁架吊裝時(shí)需要在端部設(shè)置臨時(shí)支撐架， 支撐架頂部在主桁架下弦端部節(jié)點(diǎn)上 ， 設(shè)有操作平臺(tái)、支撐胎架、微調(diào)用千斤頂 ， 除 7個(gè)支撐架在體育場(chǎng)外側(cè)，其余支撐架 底部 均 落在二層看臺(tái)位置，標(biāo)高約為 。支撐架布置圖如下： 南陽(yáng)體育場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)及屋面工程 34 支撐架布置圖 支撐架總數(shù)量為 49 個(gè)， 根據(jù)各個(gè)位置的樓板面標(biāo)高及桁架標(biāo)高，經(jīng)統(tǒng)計(jì)得到各個(gè)支撐架的理論長(zhǎng)度如下表： 支撐架編號(hào) 數(shù)量 △ (支撐架高度） 支撐架編號(hào) 數(shù)量 △ (支撐架高度） A1 1 E1 1 A2 2 E2 2 A3 2 E3 2 A4 2 E4 2 A5 2 E5 2 B1 1 F1 1 B2 1 F2 1 B3 1 F3 1 B4 1 F4 1 B5 1 F5 1 B6 1 G1 1 C1 1 G2 1 C2 1 G3 1 C3 1 H1 1 C4 1 H2 1 南陽(yáng)體育場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)及屋面工程 35 C5 1 H3 1 D1 1 H4 1 D2 1 H5 1 D3 1 H6 1 D4 1 H7 1 D5 1 由上表可以看出， 共需支撐架 49個(gè)。其中高度在 20m30m 間的 10個(gè)， 30m40m間的 39 個(gè)，合計(jì)長(zhǎng)度約 1650 米。 單個(gè)支撐架最大長(zhǎng)度近 41m，支撐架在安裝、使用過(guò)程中， 4個(gè)方向必須拉設(shè)攬風(fēng)繩，攬風(fēng)繩與地錨固定；對(duì)于高度大于 30m的支撐架，在節(jié)間和頂部分別拉設(shè)一道攬風(fēng)繩，確保臨時(shí)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。 由于土建已經(jīng)施工完看臺(tái)層，為避免對(duì)已有結(jié)構(gòu)造成破壞，支撐架地面設(shè)轉(zhuǎn)換梁，轉(zhuǎn)換梁搭接在混凝土梁上，不與樓板接觸。通過(guò)轉(zhuǎn)換鋼梁可將上部荷載直接傳遞至混凝土梁。轉(zhuǎn)換梁與混凝土梁間通過(guò)膨脹螺栓連接，膨脹螺栓的抗拔力需 經(jīng)驗(yàn)算滿足要求后方能使用。 支撐 架底部轉(zhuǎn)換 鋼 梁設(shè)計(jì)示意圖 ． 支撐架設(shè)計(jì) ． 支撐架截面 ，斷面為 四肢格構(gòu)式柱組成， 塔架 主肢選用 L110X8， 橫綴條選用 L63x5，斜綴條選用 L63x5， 塔架高度 最高為 40米。 支撐塔架的整體剛度和穩(wěn)定性，在每組支撐塔架上設(shè)計(jì) 一 道纜風(fēng)，用于抵抗水平風(fēng)荷載的作用。纜風(fēng)下端拉結(jié)于已埋設(shè)的基礎(chǔ)上，塔架底部與 轉(zhuǎn)換梁 焊接連接。 支撐塔架截面形式： 南陽(yáng)體育場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)及屋面工程 36 支撐 架的立 、平 面形式圖 ． 設(shè)計(jì)荷載 a、 豎向荷載 支撐塔架的豎向荷載由 施工過(guò)程分析中 計(jì)算得到： 即 在塔架布置位置設(shè)置豎向約束，求 得的 最大豎向荷載為 85KN。 b、 水平荷載 風(fēng)壓標(biāo)準(zhǔn)值 河 南 地區(qū) 10年重現(xiàn)期 ， 20 /kN m? ? 上式取自《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》 GB50009_2020 條。 取 B 類地貌。 風(fēng)荷載計(jì)算： 2 2 2 2 2= 0 .1 2 1 * ( 4 0 . 5 1 1 ) ) * 2 0 . 0 4 5 * ( 2 7 * ( 1 1 + 1 ) ) = 1 1 . 7 7mnxA ? ? ? ? 240*1 40mxA ?? xAA? ??， ? ? 風(fēng)荷載分項(xiàng)系數(shù) * ? ??， 2201 0 .2 5 * ( 0 .0 1 3 * 4 0 ) 0 .0 7T? ?? 結(jié)構(gòu)脈動(dòng)增大系數(shù) ?? ， 脈動(dòng)影響系數(shù) ? 南陽(yáng)體育場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)及屋面工程 37 風(fēng)振系數(shù)： 1 . 9 3 0 . 8 511zzz ?? ? ?? ????? ? ? ? 塔架的風(fēng)荷載如下表所示： Z（ H） Z/H Φ Z μ z β z μ s ω k(kN/m2) ω k*l(kN/m) c、 分析工況設(shè)置 由于結(jié)構(gòu)有攬風(fēng)及索結(jié)構(gòu)設(shè)置，所以對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行非線性分析計(jì)算，拉索 直徑 為18mm，施加預(yù)緊力，初始條件為零預(yù)應(yīng)力狀態(tài)，之后分析以索施加預(yù)緊力為初始條件 。 風(fēng)荷載高度取值從 5m45m，為 支撐架 的實(shí)際位置 。 對(duì)結(jié)構(gòu)分析工況進(jìn)行如下設(shè)置： ACASE 1： +* Wx ACASE 2： + ACASE 3： + Wx ACASE 4： + C1： Envelope { ACASE 1, ACASE 2, ACASE 3} ． 支撐塔架計(jì)算結(jié)果 本計(jì)算運(yùn)用通用結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)軟件 SAP2020（ ）對(duì)支撐架進(jìn)行結(jié)構(gòu)靜力分析。 支撐胎架計(jì)算模型及約束情況如下所示： 南陽(yáng)體育場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)及屋面工程 38 支撐架 計(jì)算模型及約束 支撐 架計(jì)算荷載（靜載） 南陽(yáng)體育場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)及屋面工程 39 支撐 架計(jì)算荷載（風(fēng)載） 索預(yù)拉力 經(jīng)軟件分析，得到 計(jì)算結(jié)果 如下 ： 構(gòu)件應(yīng)力 南陽(yáng)體育場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)及屋面工程 40 支撐架 應(yīng)力比圖 構(gòu)件應(yīng)力比0TABLE: 17 47421 435 450 464 478 492 506 520 534 548 562 576 590 648 662 676 690 704 718 732 746構(gòu)件號(hào)應(yīng)力比 支撐架 應(yīng)力比柱狀圖 由應(yīng)力比分布圖知，所有構(gòu)件應(yīng)力比均在 以下，滿 足鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB500172020 要求。 結(jié)構(gòu)位移 南陽(yáng)體育場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)及屋面工程 41 支撐架 頂部節(jié)點(diǎn)最大位移（荷載標(biāo)準(zhǔn)組合下） 桿件水平位移 57mm 40000/400=100mm,滿足 《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》 GB500172020附錄 要求。 支座反力 支座反力 示意圖 、 結(jié)論 由上述分析可以看出，我們?cè)O(shè)計(jì)的 1500*1500 的格構(gòu)式支撐架可以滿足施工過(guò) 南陽(yáng)體育場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)及屋面工程 42 程中最不利條件下的使用要求，可保證結(jié)構(gòu)施工安全。 ． 底座轉(zhuǎn)換梁設(shè)計(jì) ． 轉(zhuǎn)換梁布置 由于土建已經(jīng)施工完看臺(tái)層，為避免對(duì) 已有結(jié)構(gòu)造成破壞，支撐架地面設(shè)轉(zhuǎn)換梁，轉(zhuǎn)換梁搭接在混凝土梁上，不與樓板接觸。通過(guò)轉(zhuǎn)換鋼梁可將上部荷載直接傳遞至混凝土梁。轉(zhuǎn)換梁與混凝土梁間通過(guò)膨脹螺栓連接，膨脹螺栓的抗拔力需經(jīng)驗(yàn)算滿足要求后方能使用。 轉(zhuǎn)換梁布置圖如下示意： 支撐 架底部轉(zhuǎn)換梁 平面布置 圖 南陽(yáng)體育場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)及屋面工程 43 轉(zhuǎn)換梁立面圖（ AA剖） ． 轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計(jì) 根據(jù)上節(jié)計(jì)算得到的臨時(shí)高空支撐架底座節(jié)點(diǎn)反力可以看出，單根轉(zhuǎn)換梁上可能承受的最大豎向荷載值約為 33OKN，該值作為轉(zhuǎn)換梁的設(shè)計(jì)荷載。轉(zhuǎn)換梁選擇截面為 H500*300*10*12 的焊接 H型鋼，材質(zhì)為 Q235B，單根長(zhǎng)度為 。計(jì)算過(guò)程如下： 計(jì)算時(shí)偏安全的將上部荷載簡(jiǎn)化為集中力施加在鋼梁跨中。 a、 設(shè)計(jì)資料 在 活載 作用 下的 計(jì)算模型如下 ： 荷載作用示意圖 b、 受彎強(qiáng)度驗(yàn)算 最不利工況為： + 最不利截面位于第 1 個(gè)分段離開(kāi)首端 1950mm 處 南陽(yáng)體育場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)及屋面工程 44 繞 3軸彎矩： M3= 178。m 計(jì)算 γ ： γ 2=， γ 3= 驗(yàn)算強(qiáng)度： σ 1=σ 2=179。10 3= σ 3=σ 4==()/179。10 3= ≤ 215，合格！ c、 2軸受剪強(qiáng)度驗(yàn)算 最不利工況為： + 最不利截面位于第 1 個(gè)分段尾端 剪力： V= τ=179。179。10= ≤ 125，合格！ d、 整穩(wěn)驗(yàn)算 最不利工況為： + 區(qū)段內(nèi)最大內(nèi)力為： 繞 3軸彎矩： M3= 178。m 計(jì)算 φ x： 雙軸對(duì)稱截面： η b=0 等截面工 字形簡(jiǎn)支梁 β b計(jì)算： 受壓翼緣無(wú)支撐長(zhǎng)度： l1=3900mm 受壓翼緣寬度： b1=300mm 受壓翼緣厚度： t1=tf=12mm ξ=( l1*t1)/(b1*h)=(3900179。12)/(300179。500)= 跨中無(wú)側(cè)向支承，集中荷載作用在上翼緣 ξ= ， β b=+179。= φ b=β b*(4320/λ y2)*(A*h/Wx)*