河南大学学报·自然科学版杂志投稿格式参考范文：桁架屋盖整体提升关键施工技术分析

　　0 引言

　　大跨度钢结构建筑常用施工方法包括高空散装法、分条分块吊装法、滑移法、整体提升法等。整体提升法因降低高空作业、施工便捷、节约工期等优点被广泛应用。但大跨度钢结构在提升阶段受力状态不同于设计阶段，目前对大跨度钢结构建筑施工的研究多采用有限元软件对结构内力、变形及应力等单方面研究，对典型工程成套提升技术研究不足，整体提升过程中多种关键施工技术的综合研究也不充分。因此，本文从提升点布置方案、不同步提升工况、桁架结构拼装过程及临时提升架稳定性 4 个方面，结合天津职业技术师范大学体育馆桁架屋盖，对提升过程关键施工技术进行研究分析。

　　1 工程概况

　　天津职业技术师范大学体育馆钢结构包含桁架屋盖和网架屋盖，建筑面积 36800m²。选取桁架屋盖为研究对象，其结构南北两侧对称，平面尺寸 91.50m×78.00m，跨中高度 5.00m，最大悬挑 19.50m，重量约 776.41t，钢结构材质为 Q345，杆件中间节点相互贯通。利用有限元分析软件 Midas/Gen 建立模型，共有 680 个节点，1773 个单元。为保证提升安全，取结构自重系数 1.20。

　　2 提升方案

　　2.1 液压同步提升技术

　　液压同步提升系统由钢绞线、液压提升器、液压泵站、传感器、计算机控制系统和远程监测系统构成。通过千斤顶上、下夹持器交替动作和千斤顶活塞与油缸沿钢绞线的相对运动实现结构提升或下降。该技术具有使用钢绞线承重可满足长距离提升、千斤顶设液压锁装置施工意外时能自动同步自锁、液压泵站设安全阀且控制系统实时监控保障安全、可利用永久性结构承重减少辅助设施费用、液压提升器体积小重量轻现场连接方便、提升过程中结构可在空中滞留并微调姿态等优点。

　　2.2 提升点方案选取

　　提升点布置遵循尽量不改变结构设计受力体系原则，选择对结构影响小的位置，保证各提升设备提升力接近以控制同步性。本工程提升点对称布置，选取 5 种提升点布置方案对比分析，即方案 1(8 个提升点)、方案 2(9 个提升点)、方案 3(10 个提升点)、方案 4(12 个提升点)、方案 5(14 个提升点)。

　　2.2.1 最大提升反力及应力比分析：使用 Midas/Gen 软件计算不同方案下桁架结构的最大提升反力和最大应力比。方案 1、2、3 最大反力数值接近，方案 4 和方案 5 因提升点布置使最大反力数值下降，且方案 4 比方案 2 最大反力减少明显;方案 1、2、3 最大应力比大于 1.0，部分杆件强度不满足提升要求，方案 4 和方案 5 最大应力比接近，方案 4 少布设 2 个提升点更经济。

　　2.2.2 位移分析：提取不同方案下桁架结构 x、y、z 方向位移数值，发现 x、y 方向位移值较小，z 方向位移值较大。5 个方案中 z 方向最大位移为 60.56mm，均满足规范要求。方案 4 中 z 方向最大位移比其余 4 种方案减少明显，且方案 4 和方案 5 中 z 方向最大位移数值接近，方案 4 少 2 个提升点更具经济性。综合分析，方案 4 为最佳提升点布置方案。

　　2.3 施工工艺

　　选取方案 4 提升点布置方案，在结构周围混凝土柱顶设 10 个提升点，临时提升架上布置 2 个提升点，下吊点在主桁架下弦杆设耳板，用专用吊具连接。具体提升流程包括在标高 5.10m 处完成桁架结构拼装并连接钢绞线、调试提升设备单点加载检验吊点承载能力、液压提升器分级加载使结构离开拼装胎架、结构离开拼装胎架 150mm 后暂停提升并空中静置检查、到达设计标高附近降低速度点动微调至设计位置、对提升器卸载拆除完成整体提升。

　　2.4 同步提升阶段与设计状态对比

　　屋盖提升过程受力状态不同于设计阶段，钢结构设计考虑多种不利工况，但施工过程受力复杂且无具体规范计算要求。提升时结构支撑点变化会使部分杆件受力状态改变，可能导致失稳。选取提升阶段和设计阶段共有的 10 个提升点对比分析，发现结构同步提升时，TSD4、TSD12 提升反力增加明显，分别是设计状态的 2.87 倍和 2.70 倍，相邻 TSD3 和 TSD11 反力变化较小;结构在同步提升阶段，杆件最大应力增大，应力变化幅度大，提升反力及杆件内力远大于设计状态，不能以设计状态计算结果指导施工，需对施工过程计算分析。

　　3 不同步提升模拟计算

　　结构提升过程理论上可通过计算机控制确保同步，但实际受多种因素影响会出现不同步，不同步会造成屋盖局部变形、产生较大应力甚至结构破坏，因此需对提升点不同步工况计算分析。整体提升时相邻两个提升点位移差应为其距离的 1/250，且不应大于 25mm。本工程对 TSD1 - TSD6 依次施加 0 - 25mm 位移差，分析其对结构最大提升反力、最大竖向位移及杆件最大应力的影响规律。

　　3.1 提升反力对比：不同提升点产生位移差值对结构最大反力影响不同，结构最大反力随 TSD1、TSD5 和 TSD6 的位移差值增大而增大。TSD1 位移差使结构最大反力成正比变化，TSD5 位移差在 0 - 3mm 阶段结构最大反力减小，4 - 25mm 阶段增加最快，位移差为 25mm 时，最大提升反力比同步提升工况增大 773.33kN。

　　3.2 竖向位移：TSD3 对应的位移曲线斜率最大，对结构最大竖向位移影响显著。TSD3 位移差在 0 - 2mm 阶段对最大竖向位移节点影响小，位移差为 3mm 时结构最大竖向位移节点变化，随着位移差增大，结构最大竖向位移逐渐增大，TSD3 位移差为 25mm 时，最大竖向位移比同步提升工况增大 8.99mm。

　　3.3 最大应力：TSD1、TSD2、TSD3 和 TSD4 产生位移差对结构最大应力影响小。TSD5 和 TSD6 位移差在 0 - 13mm 阶段，结构最大应力基本不变，14 - 25mm 阶段增长很快，且两个提升点最大应力曲线基本重合。当 TSD5、TSD6 位移差为 14mm 时，结构最大应力杆件位置改变，位移差增加使结构最大应力增大，TSD6 位移差为 25mm 时，结构杆件最大应力比同步提升工况增大 71.04MPa。

　　3.4 同步提升措施：为确保提升同步性，需使各提升点提升反力数值接近，保证提升设备受载均匀，正式提升时严格按规定速度提升。将 TSD1、TSD12 的液压提升器并联作为主令点 A，TSD2、TSD3、TSD4、TSD6、TSD8 处的液压提升器并联作为从令点 B，TSD5、TSD7、TSD9、TSD10、TSD11 处的液压提升器并联作为从令点 C 。提升时专人测量各提升点位移，利用计算机对比分析从令点与主令点位移，通过几何原理确保同步性。

　　4 桁架拼装

　　采用整体提升法施工时，需在地面或拼装胎架上拼装结构。结构拼装过程受力性能变化大，为保证最终成型满足设计要求，需对拼装过程模拟分析。本工程划分拼装区域，部分区域在地面拼装，部分在 2 层楼面上拼装，拼装完成后连接为整体再同步提升。使用 Midas/Gen 软件模拟拼装过程，划分 6 个施工阶段，各阶段最大竖向位移和最大应力比满足要求，说明拼装方案安全有效，最大位移出现在 CS6 阶段结构悬挑跨度最大处。

　　5 提升架设计计算

　　5.1 提升架设计

　　提升架整体为 “门式” 单吊点体系，材料使用 Q345 钢材，立柱、水平杆件、腹杆及顶部水平杆件、提升平台梁等有具体尺寸规格，整个提升架布置 3 道平联，下部设有 12 道斜撑，各杆件采用焊接连接。提升架搭设和拆除有特定顺序，需避免杆件碰撞。

　　5.2 提升架模拟计算

　　对提升架受力进行模拟分析，考虑其受到的自重、提升荷载、x 方向和 y 方向风荷载。计算结果显示，水平方向最大位移为 25.58mm，最大竖向位移出现在顶部位置，数值为 3.01mm，小于规范允许值，变形满足要求;提升架最大压应力为 73.20MPa，最大拉应力为 33.34MPa，均出现在顶部提升横梁处，最大应力比为 0.26，杆件强度富有余量。

　　6 结语

　　以天津职业技术师范大学体育馆桁架屋盖为例，使用 Midas/Gen 软件建模研究提升过程关键施工技术，得出以下结论：方案 4 中 12 个提升点为最佳布置方案，提升阶段结构反力及杆件应力远大于设计状态，需模拟分析保证提升安全;不同提升点位移差对结构影响不同;结构分步拼装模拟分析表明拼装方式安全合理;“门式提升架” 受力性能良好，各项指标满足设计要求。

　　(1)方案 4 中 12 个提升点为最佳布置方案。提升阶段，结构反力及杆件应力远超设计状态，需对施工过程模拟分析，以保障提升安全性。

　　(2)不同提升点位移差对结构影响各异。TSD5 和 TSD1 位移差显著影响结构最大反力;TSD3 位移差使结构竖向位移变化最快;TSD5 和 TSD6 位移差在 0 - 13mm 时对结构最大应力影响小，超过该范围后，结构最大应力随位移差增加而快速增大，且二者影响趋势一致。

　　(3)对结构分步拼装模拟分析表明，拼装产生的位移及内力符合要求，此拼装方式安全合理，可保证正常施工。

　　(4)“门式提升架” 几何尺寸标准化，受力性能良好，施工中装拆便捷、经济适用。其最大应力 73.20MPa，水平最大位移 25.58mm，竖向最大位移 3.01mm，均满足设计要求。

陈 伟;贺子奇;张花杰;赵跃港,河南大学建筑工程学院,202405