国家体育场钢结构支撑卸载分析

国家体育场钢结构支撑卸载分析

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施　工　技　术

CONSTRUCTIONTECHNOLOGY2006年12月第35卷　第12期

国家体育场钢结构支撑卸载分析

邱德隆,李久林,杨俊峰,高树栋,范　重,魏义进

31北京城建精工钢结构工程有限公司,北京　100013)

[摘要]根据国家体育场主体钢结构安装方法———(简称散装法、分布

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(11北京城建集团国家体育场工程总承包部,北京　100101;21中国建筑设计研究院,北京　100044;

范围广等实际情况,,S跨度马鞍形空间钢结构屋面支撑的卸载顺序和卸载步骤,载步骤。

[关键词]钢结构;支撑卸载;[中图分类号]]A　　　　[文章编号]100228498(2006)1220032204

UofSteelStructureBracingonNationalStadium

QIUDe2long,LIJiu2lin,YANGJun2feng,GAOShu2dong,FANZhong,WEIYi2jin

2.ChinaArchitectureDesignandResearchGroup,Beijing　100044,China;

3.BeijingUrbanConstructionJinggongSteelStructureEngineeringCo.,Ltd.,Beijing　100013,China)

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(1.NationalStadiumGeneralProjectManagement,BeijingUrbanConstructionGroupCo.,Ltd.,Beijing　100101,China;

Abstract:Basedonsegmenthoistingandhigh2levelassemblymethod,theinstallationmethodofsteelstructureonNationalStadium,andmanybracingunloadingpointsandlargescopeofdistributionofbracing,authorsanalyzeindetailtheunloadingsequencesandunloadingstepsoflarge2spansaddlespacesteelstructurebracingbyusingthefiniteelementsoftwareANSYStoanalyzebracingcounterforceduringtheunloadingofsteelstructurebracing,putforwardthebestpracticalunloadingstepsandsteppedintegralsynchronousunloadingprinciple.

Keywords:steelstructure;bracingunloading;unloadingcounterforce;unloadingstep　　国家体育场钢结构工程由24榀拉通或基本拉通的门式刚架围绕着体育场内部碗状看台区旋转而成,交叉布置的主结构与屋面、立面的次结构一起编织成“鸟巢”的造型。钢结构屋面呈双曲面马鞍形,最高点高度为6815m,最低点高度为4011m;平面呈椭圆形,长轴为33213m、短轴29713m;屋盖中部的开口内环呈椭圆形,长轴为18513m,短轴为12715m;大跨度屋盖支撑在24根桁架柱之上,柱距为371958m。屋面主桁架矢高121000m,上弦杆截面基本为1000mm×1000mm,下弦杆截面基本为800mm×800mm,腹杆截面基本为

600mm×600mm;屋面钢结构总重约14000t,竖向荷载

混凝土结构施工的关系,对保证混凝土看台连续施工、钢结构的顺利安装、室内装修工程及机电设备工程及时插入以及外围基座尽早施工具有重大的意义。

通常,大跨度钢结构的安装方案有整体提升、滑移、分段吊装高空组拼方法(简称散装法)和局部整体提升等方式。同样,国家体育场钢结构安装方案的选择过程中对比考虑了上述四种方式,最终确定钢结构总体安装方案采用高空散装法。

2　支撑点设置

在确定采用高空散装法的总体安装方案后,随后的重要工作即是确定支撑点的布置、钢结构安装单元的分段以及根据安装单元的吊装工况选择吊机,这三方面的工作既相互联系又相互制约。在支撑点布置的选择过程中,同时还要考虑其位置与看台混凝土结构

[收稿日期]2006210221

),男,江西崇义人,北京城建集团国[作者简介]邱德隆(1969—

家体育场总承包部副总工程师,高级工程师,北京市北辰东路花园别墅17号　100101,电话:(010)64993651

通过24根组合钢结构柱传递至基础。

1　安装方法

由于国家体育场钢结构为特大型大跨度空间结构,构件自重产生的内力所占比例较大,钢结构安装方法和顺序对结构构件在重力荷载下的内力将产生明显影响;同时钢结构安装方法和施工顺序对协调钢结构施工与

国家体育场钢结构支撑卸载分析

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的交叉关系,尽量减少支撑塔架设置对看台混凝土结构施工的干扰影响。

根据调整后的钢结构初步设计图,支撑点考虑了

2种方式:①方式1　50个支撑点;②方式2　78个支

卸载的不可逆性以及对结构的重要性,根据工程的实际情况,放弃了整体同步卸载的方式。根据78个支撑点可以分成外、中、内三圈的具体分布情况、钢结构屋盖的平面布置情况以及钢结构屋盖的受力和变形特点,确定采用“分阶段整体分级同步卸载”的原则进行卸载。即不追求全部支撑点同时同步卸载,追求每一圈支撑实现每一步同步卸载同时实现全部支撑点分,而在每个阶段卸载实[1]。

44撑点。两种方式如图1、2所示,其主要不同点为:

1)主桁架分段长度　方式1最大长度约64m;方式2最大长度约3815m。64mm长平面桁架吊装,高空稳

定以及平面外稳定控制难,无成熟的经验,风险较大,吊装过程构件变形较大,对口精度较难保证。3815m长平面桁架吊装相对较容易,风险较小,吊装过程构件变形较小,对口精度较容易保证。

2)吊机选择　方式1根据“分阶段整体分级同步卸载”的原则,对卸载的具体步骤分两种工况进行了比对计算:

工况1:分成9个阶段共33个步骤,前6个阶段均为卸载总量的10%,第7、第8阶段为15%,第9阶段为

10%;卸载顺序为由内圈向外圈。如表1所示。

吊机;方式2。方式1外圈选用2台1000t,,且工况不均衡。方式2选用2台800t吊机,资源相对较易落实,工况比较均衡。

3)对看台混凝土结构影响　方式1集中在C○轴以

工况2:分成7个阶段,前3个阶段均为卸载总量的10%,后4个阶段为1715%;卸载顺序为由外圈向内圈。如表1所示。

412　计算条件41211　荷载

1)重力荷载　取钢屋盖结构设计有限元模型结构

内,但分布较密;方式2在○E轴以内,分布较均匀。方式1虽然对混凝土C○轴以外无影响,但由于分布密,对

C○轴以内混凝土影响严重,不利于混凝土施工。方式2分布较均匀,较利于混凝土施工。

通过以上2种支撑点布置方式的比较以及2种吊装工况的详细计算分析,最终择优确定采用方式2:即

78个支撑点,分成3圈:外圈、中圈各24个,内圈30

个。

自身的重量。

2)施工荷载　作为最初的考虑,为保守起见,取有

限元模型结构自重的35%作为施工荷载。

3)风载　根据初步设计分析结果,本工程不是风

敏感结构,故在此处不考虑风荷载作用。

4)温度荷载　卸载分析时未考虑温度荷载作用。5)地震荷载　地震属于小概率发生事件,卸载过

程本身时间较短,发生地震的可能性极小,故不考虑地震作用。

图1　方式1　50

个支撑点

图2　方式2　78个支撑点

41212　支座边界条件

3　卸载原则

支座约束条件为组合柱柱脚刚接、立面次结构底部铰接。

41213　支撑点卸载模拟

根据方式2中确定的78个支撑点布置,外圈24个支撑点为主桁架相交的第1个节点,中圈为主桁架相交的第3个节点,内圈为主桁架相交的5、7(6)个节点。比较均匀的分布在整个钢结构屋盖。同时可以注意到

78个支撑点分布范围较大,间距也较大。对于此类空

支撑点只在z(竖)约束,其它方向(x、y)自由。在钢屋盖结构计算模型的78个支撑点下各设置了1根刚性杆,并未考虑支撑塔架的弹性作用。此刚性杆只能承受压力而不能承受拉力。刚性杆上端与结构支撑 …… 此处隐藏：5061字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……