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國家體育館滑移過程支撐點轉換方案

作者：建筑鋼結構網    
時間：2009-12-22 20:26:03 [收藏]

    徐建設 婁衛校 李陵靈 梁小龍
    （浙江精工鋼結構有限公司 浙江紹興 312030）

    摘要：國家體育館在滑移施工過程中一個非常關鍵的步驟是七點支撐轉變為三點支撐，本文給出兩種轉換方案，分析此過程中結構的位移、支撐架反力、桿件應力的變化情況。
    關鍵詞：滑移 卸載 支撐點轉換

    Supporting Point Transition Method During Slipping Process of National Indoor Stadium
    Xu Jianshe, Lou Weixiao, Li Lingling, Liang Xiaolong
    （Zhejiang Jinggong steel structure Co., Ltd, Shaoxing, 312030）

    Abstract: Transition from seven to three supporting points is a key process during the
    slipping process of National Indoor Stadium.In this paper, two transition methods are
    given, and the variation of structural displacement, supporting points reaction and
    member stress is analyzed.
    Keywords: slippage, off loading, supporting point transition

    1．概況
    國家體育館鋼屋蓋工程的總體施工方案為：縱向桁架由東向西累積滑移。按照既定滑移方案，B、C、D軸的縱向桁架拼裝完成后，需整體向西滑移一跨(8.5m)，如圖1所示。因拼裝平臺的總寬為17m（Q~N軸），桁架在此次滑移開始即離開拼裝平臺，由七點支撐（分別在7、10、13、16、19、22、24軸處）變為三點支撐（7、16、24軸處）。
    考慮到此次轉換在整個滑移過程中的重要性，需對轉化過程中結構的變形、支撐架的反力、結構內力等進行仔細分析，保證轉換過程的安全進行。

    2．支撐點轉換方法
    考慮如下兩種轉換方案：
    ⑴四個短滑道處（10、13、19、22軸處）支撐點同時移除；
    ⑵四個短滑道處支撐點按照13、19、10、22軸的順序逐一移除。
    采用sap2000有限元分析軟件對此過程進行模擬。模型中支座約束條件為：16軸滑道處限制南北向水平位移，7軸和24軸滑道處釋放南北向水平位移(滑動支座)。
    3．轉換過程前后支座水平位移的變化情況
    考察7軸和24軸的邊滑道處的支座水平位移（南北向水平位移）變化。方案1在支撐點轉換前后支座位移的變化情況分別如表1所示。

    由上表可以看出，支撐點的轉換所引起的南北向水平位移最大為1mm，位于B軸桁架邊支座。而C軸桁和D軸桁架因轉換引起的水平位移均較小，分別為-0.6mm和0.1mm。整體來看，支撐點的轉換不會引起邊滑道處桁架支座向兩側的過大水平偏移。
    方案2在支撐點轉換前后支座位移的變化情況分別如表2所示。可以看出，方案2與方案1相同，支撐點的轉換所引起的南北向水平位移最大為1mm，位于B軸桁架邊支座。而C軸桁和D軸桁架因轉換引起的水平位移均較小，分別為-0.6mm和0.1mm。整體來看，方案2的支撐點的轉換亦不會引起邊滑道處桁架支座向兩側的過大水平偏移。

    4．轉換過程前后支撐點的豎向位移變化情況
    考察縱向桁架B在支撐點的豎向位移。方案1在轉換前后的節點位移如表3所示。

    由上表看出，四個短滑道位置（10、13、19、22軸）由支撐點轉換引起的豎向撓度分別為10.2、8.3、8.6、9.8mm，最大為縱向桁架跨度的1/7500（跨度取半跨），滿足規范要求。此撓度對縱向桁架滑移到最后時的就位可能存在一定影響。
    方案2在轉換前后的節點位移如表4所示。

    由上表看出，四個短滑道位置（10、13、19、22軸）由支撐點轉換引起的豎向撓度與方案1的計算結果基本相同，分別為10.2、8.3、8.6、9.8mm，最大為縱向桁架跨度的1/7500（跨度取半跨），滿足規范要求。
    另外可以看出，各支撐點的移除對該點的豎向位移影響最大，對其他支撐點的位移影響較小。
    5．轉換過程前后縱向桁架各支撐點的豎向反力變化情況
    方案1三榀縱向桁架的各支撐點在轉換前后的豎向反力變化情況如表5所示：
    由表5可以看出，受支撐點轉換的影響，
    ⑴縱向桁架B的三個支撐點反力均有增加，16軸處增加98.1kN，7軸處增加27.7kN，24軸處增加58.2kN。
    ⑵縱向桁架C在四個短滑道處支撐點反力增加較大（10軸處增加314.5kN，13軸處增加347.7kN，19軸處增加372.4kN，22軸處增加291.2kN），而在7、16、24軸處其支撐點反力幾乎沒有變化。
    ⑶縱向桁架D在七個支撐點的反力均減小，存在明顯的卸載過程，其中四個短滑道位置卸載程度較大（10軸處卸載135.4kN，13軸處卸載148.1kN，19軸處卸載161.7kN，22軸處卸載103.9kN），而在7、16、24軸處卸載程度較小，最大為51.2kN（16軸處）。
    ⑷縱向桁架D的支撐點（即Q軸的拼裝平臺支撐架）在轉換過程完成后豎向反力較小，除邊滑道處外，最大為115.7kN（16軸處），最小僅為0.3kN（16軸和19軸處），考慮施工過程中的偶然偏差等因素，該處支撐架存在受拉的可能性，需予以考慮。

    方案2三榀縱向桁架的各支撐點在轉換前后的豎向反力變化情況如表6所示。由表6可以看出，方案2的各支撐架反力最終變化情況與方案1相同，此外還可以看出，各支撐點的移除對該橫向軸線位置的支座反力影響較大，而對其他軸線位置的支座反力影響較小。

    6．轉換過程前后桿件應力變化情況
    兩種方案轉換前后各桿件的綜合應力比無明顯區別，如圖2，圖3所示。

    由上圖可知轉換前后桿件的最大應力比均小于0.5，且變化較小。轉換過程中各桿件的強度和穩定可以滿足要求。

    7．結論
    由上述計算及分析可以看出：
    ⑴兩種方案的最終結果（對桁架位移、支座反力、內力的影響）幾乎完全相同，即此處的支撐點轉換結果不受轉換順序的影響。
    ⑵各支撐點的移除對該支撐點所在橫向軸線處的節點位移、支座反力影響較大，而對其他位置影響較小。說明在此階段的支撐點轉換過程中，橫向桁架的剛度遠大于縱向桁架的剛度，即B、C、D軸三榀桁架拼裝單元完成后，桁架的空間整體剛度仍然較差，其受力特征類似于各個橫向桁架單獨受力。
    ⑶雖然兩種方案的分析結果相同，但方案2采用支撐點逐一移除的方式，便于施工過程中問題的發現和及時處理，擬采用該方案。
    ⑷上述分析僅用于B、C、D軸三榀桁架拼裝單元滑出拼裝平臺時的支撐點轉換。以后各步的滑移均存在支撐點的轉換過程，需做出相應的計算分析。
    支撐點轉換時的照片見圖4，圖中支撐點下部為滑靴，采用千斤頂卸載，之后割除滑靴。卸載后的照片見圖5。經實際位移觀測，卸載引起的支撐點豎向位移與上述理論計算結果符合較好。

    【參考文獻】
    （1）鋼結構設計規范(GB50017-2003)，北京，中國計劃出版社，2003

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