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国家体育馆滑移过程支撑点转换方案

作者：建筑钢结构网    
时间：2009-12-22 20:26:03 [收藏]

    徐建设 娄卫校 李陵灵 梁小龙
    （浙江精工钢结构有限公司 浙江绍兴 312030）

    摘要：国家体育馆在滑移施工过程中一个非常关键的步骤是七点支撑转变为三点支撑，本文给出两种转换方案，分析此过程中结构的位移、支撑架反力、杆件应力的变化情况。
    关键词：滑移 卸载 支撑点转换

    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．概况
    国家体育馆钢屋盖工程的总体施工方案为：纵向桁架由东向西累积滑移。按照既定滑移方案，B、C、D轴的纵向桁架拼装完成后，需整体向西滑移一跨(8.5m)，如图1所示。因拼装平台的总宽为17m（Q~N轴），桁架在此次滑移开始即离开拼装平台，由七点支撑（分别在7、10、13、16、19、22、24轴处）变为三点支撑（7、16、24轴处）。
    考虑到此次转换在整个滑移过程中的重要性，需对转化过程中结构的变形、支撑架的反力、结构内力等进行仔细分析，保证转换过程的安全进行。

    2．支撑点转换方法
    考虑如下两种转换方案：
    ⑴四个短滑道处（10、13、19、22轴处）支撑点同时移除；
    ⑵四个短滑道处支撑点按照13、19、10、22轴的顺序逐一移除。
    采用sap2000有限元分析软件对此过程进行模拟。模型中支座约束条件为：16轴滑道处限制南北向水平位移，7轴和24轴滑道处释放南北向水平位移(滑动支座)。
    3．转换过程前后支座水平位移的变化情况
    考察7轴和24轴的边滑道处的支座水平位移（南北向水平位移）变化。方案1在支撑点转换前后支座位移的变化情况分别如表1所示。

    由上表可以看出，支撑点的转换所引起的南北向水平位移最大为1mm，位于B轴桁架边支座。而C轴桁和D轴桁架因转换引起的水平位移均较小，分别为-0.6mm和0.1mm。整体来看，支撑点的转换不会引起边滑道处桁架支座向两侧的过大水平偏移。
    方案2在支撑点转换前后支座位移的变化情况分别如表2所示。可以看出，方案2与方案1相同，支撑点的转换所引起的南北向水平位移最大为1mm，位于B轴桁架边支座。而C轴桁和D轴桁架因转换引起的水平位移均较小，分别为-0.6mm和0.1mm。整体来看，方案2的支撑点的转换亦不会引起边滑道处桁架支座向两侧的过大水平偏移。

    4．转换过程前后支撑点的竖向位移变化情况
    考察纵向桁架B在支撑点的竖向位移。方案1在转换前后的节点位移如表3所示。

    由上表看出，四个短滑道位置（10、13、19、22轴）由支撑点转换引起的竖向挠度分别为10.2、8.3、8.6、9.8mm，最大为纵向桁架跨度的1/7500（跨度取半跨），满足规范要求。此挠度对纵向桁架滑移到最后时的就位可能存在一定影响。
    方案2在转换前后的节点位移如表4所示。

    由上表看出，四个短滑道位置（10、13、19、22轴）由支撑点转换引起的竖向挠度与方案1的计算结果基本相同，分别为10.2、8.3、8.6、9.8mm，最大为纵向桁架跨度的1/7500（跨度取半跨），满足规范要求。
    另外可以看出，各支撑点的移除对该点的竖向位移影响最大，对其他支撑点的位移影响较小。
    5．转换过程前后纵向桁架各支撑点的竖向反力变化情况
    方案1三榀纵向桁架的各支撑点在转换前后的竖向反力变化情况如表5所示：
    由表5可以看出，受支撑点转换的影响，
    ⑴纵向桁架B的三个支撑点反力均有增加，16轴处增加98.1kN，7轴处增加27.7kN，24轴处增加58.2kN。
    ⑵纵向桁架C在四个短滑道处支撑点反力增加较大（10轴处增加314.5kN，13轴处增加347.7kN，19轴处增加372.4kN，22轴处增加291.2kN），而在7、16、24轴处其支撑点反力几乎没有变化。
    ⑶纵向桁架D在七个支撑点的反力均减小，存在明显的卸载过程，其中四个短滑道位置卸载程度较大（10轴处卸载135.4kN，13轴处卸载148.1kN，19轴处卸载161.7kN，22轴处卸载103.9kN），而在7、16、24轴处卸载程度较小，最大为51.2kN（16轴处）。
    ⑷纵向桁架D的支撑点（即Q轴的拼装平台支撑架）在转换过程完成后竖向反力较小，除边滑道处外，最大为115.7kN（16轴处），最小仅为0.3kN（16轴和19轴处），考虑施工过程中的偶然偏差等因素，该处支撑架存在受拉的可能性，需予以考虑。

    方案2三榀纵向桁架的各支撑点在转换前后的竖向反力变化情况如表6所示。由表6可以看出，方案2的各支撑架反力最终变化情况与方案1相同，此外还可以看出，各支撑点的移除对该横向轴线位置的支座反力影响较大，而对其他轴线位置的支座反力影响较小。

    6．转换过程前后杆件应力变化情况
    两种方案转换前后各杆件的综合应力比无明显区别，如图2，图3所示。

    由上图可知转换前后杆件的最大应力比均小于0.5，且变化较小。转换过程中各杆件的强度和稳定可以满足要求。

    7．结论
    由上述计算及分析可以看出：
    ⑴两种方案的最终结果（对桁架位移、支座反力、内力的影响）几乎完全相同，即此处的支撑点转换结果不受转换顺序的影响。
    ⑵各支撑点的移除对该支撑点所在横向轴线处的节点位移、支座反力影响较大，而对其他位置影响较小。说明在此阶段的支撑点转换过程中，横向桁架的刚度远大于纵向桁架的刚度，即B、C、D轴三榀桁架拼装单元完成后，桁架的空间整体刚度仍然较差，其受力特征类似于各个横向桁架单独受力。
    ⑶虽然两种方案的分析结果相同，但方案2采用支撑点逐一移除的方式，便于施工过程中问题的发现和及时处理，拟采用该方案。
    ⑷上述分析仅用于B、C、D轴三榀桁架拼装单元滑出拼装平台时的支撑点转换。以后各步的滑移均存在支撑点的转换过程，需做出相应的计算分析。
    支撑点转换时的照片见图4，图中支撑点下部为滑靴，采用千斤顶卸载，之后割除滑靴。卸载后的照片见图5。经实际位移观测，卸载引起的支撑点竖向位移与上述理论计算结果符合较好。

    【参考文献】
    （1）钢结构设计规范(GB50017-2003)，北京，中国计划出版社，2003

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