交错桁架钢结构体系应用技术与示范

新型交错桁架结构体系的应用
周绪红;莫涛;蔡益燕;魏潮文
【期刊名称】《钢结构》
【年(卷),期】2000(015)002
【摘要】介绍了交错桁架结构体系在建筑、结构和制作与安装上的特点,阐述了其结构设计要点,提供了国外的3个工程应用实例,可供工程设计参考.
【总页数】4页(P16-19)
【作者】周绪红;莫涛;蔡益燕;魏潮文
【作者单位】湖南大学长沙 410082;湖南大学长沙 410082;中国建筑标准设计研究所北京 100044;福州大学福州 350002
【正文语种】中文
【中图分类】TU39
【相关文献】
1.交错桁架结构体系介绍和应用 [J], 冯敏治;余跃
2.矩形钢管混凝土柱应用于交错桁架结构体系的优势 [J], 宛海沫
3.交错桁架结构体系在钢结构住宅中的应用 [J], 尹志明;周绪红;许红胜
4.交错桁架结构体系的新特点和新应用 [J], 余跃
5.新型交错桁架结构体系的反应谱分析 [J], 苗广威;冉红东
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交错桁架钢框架体系的地震损伤控制研究现状与展望目录一、内容概述 (2)二、交错桁架钢框架体系概述 (3)1. 定义和特点 (4)2. 交错桁架钢框架体系的应用现状 (5)三、地震损伤控制研究现状 (6)1. 地震损伤评估方法 (7)（1）基于性能的损伤评估 (8)（2）基于模型的损伤评估 (9)（3）基于实验研究的损伤评估 (11)2. 地震损伤控制策略 (12)（1）结构优化与设计 (13)（2）新型材料与技术的应用 (14)（3）抗震加固与修复技术 (16)四、交错桁架钢框架体系地震损伤控制研究现状 (17)1. 抗震性能分析 (18)2. 节点与构件的损伤控制研究 (19)3. 结构整体损伤控制策略 (21)五、地震损伤控制研究展望 (22)1. 地震损伤评估方法的进一步完善 (24)2. 新型抗震技术的研发与应用 (24)3. 多层次抗震设计与优化策略的研究 (25)4. 地震后快速评估与修复技术的研究 (26)六、结论 (28)1. 研究总结 (29)2. 对未来研究的建议与展望 (30)一、内容概述地震损伤控制是结构工程领域的重要研究方向，特别是对于高层建筑、大跨度桥梁等关键基础设施来说，如何在地震作用下保持结构的稳定性和完整性是亟待解决的问题。

交错桁架钢框架体系作为一种具有独特优势和广泛应用前景的结构形式，在地震损伤控制方面的研究逐渐受到关注。

本论文围绕交错桁架钢框架体系的地震损伤控制进行了系统深入的研究。

论文综述了国内外在地震损伤控制方面的研究进展和现状，指出了当前研究中存在的不足和需要进一步探讨的问题。

论文详细阐述了交错桁架钢框架体系的地震损伤机理和破坏模式，包括地震作用下的应力应变响应、位移时间响应以及塑性铰的形成与发展等。

在此基础上，论文提出了一系列地震损伤控制策略和方法，包括优化结构布局、设置隔震支座、增强关键构件、改进连接方式等。

论文还结合具体算例对所提出的控制策略进行了验证和分析，证明了其在提高交错桁架钢框架体系地震性能方面的有效性和可行性。

钢结构交错桁架中平面桁架施工工法钢结构交错桁架中平面桁架施工工法一、前言钢结构交错桁架是一种常用于大型空间结构的桁架结构，具有重量轻、强度高、刚度大等优势。

平面桁架是其一种常见形式，在建筑工程中得到广泛应用。

本文将详细介绍钢结构交错桁架中平面桁架的施工工法及相关内容。

二、工法特点钢结构交错桁架中平面桁架的施工工法有以下几个特点：1. 工序简单：相比其他类型的桁架结构，平面桁架的施工工艺相对简单，施工周期短，适合项目工期紧迫的情况。

2. 施工工艺可控：平面桁架的施工一般按照模块化的方式进行，每个模块的制作和安装相对独立，可根据实际情况进行调整和控制。

3. 适应性强：平面桁架在设计上具有较好的自由度，可以适应不同形状和跨度的空间要求，能够满足多种建筑需求。

4. 维护成本低：平面桁架的设计和施工注重细节，采用合理的工艺措施，可降低后期维护成本。

三、适应范围钢结构交错桁架中平面桁架的施工工法适用于以下范围：1. 大跨度空间：平面桁架适合用于大跨度的建筑，如展馆、体育馆、停车场等。

2. 高要求的建筑：平面桁架由于结构刚度大，能够承受较大的荷载，适用于需要满足较高要求的建筑，如机场航站楼、桥梁等。

3. 工期紧迫的项目：平面桁架的工期较短，适合工期紧迫的项目。

四、工艺原理钢结构交错桁架中平面桁架的施工工法与实际工程之间有着密切的联系，采取了一系列的技术措施以确保施工的成功和稳定。

首先，施工前需要进行详细的工程勘察和测量，确定平面桁架的尺寸和位置，为后续的制作和安装提供准确的数据。

然后，制作工序包括材料采购、材料切割、焊接和热处理等。

这些工序需要按照规范和设计要求进行，确保材料的质量和结构的稳定性。

接下来是安装工序，将制作好的平面桁架按照设计要求进行组装和安装。

在安装过程中，需要注意吊装和定位的准确性，采取适当的支撑和固定措施，确保结构的稳定性。

最后，进行调试和验收工作，包括结构的稳定性检测、连接件的验收和验收文件的整理等。

第39卷第3期2007年6月西安建筑科技大学学报(自然科学版)J1Xi.an Univ.of Arch.&Tech.(N atur al Science Edition)V ol.39N o.3Jun.2007交错桁架结构的设计卢林枫1,周绪红2,刘永健1,莫涛3,周期石4(1.长安大学,陕西西安710064;2.兰州大学,甘肃兰州730000;3.湖南大学,湖南长沙410082;4.中南大学,湖南长沙410083)摘要:采用P KP M系列软件和有限元程序SAP2000,分析了钢框架-剪力墙和交错桁架-剪力墙两种结构方案的抗震、抗风性能,以及在满足设计规范前提下的结构用钢量.对比设计结果显示,交错桁架-剪力墙比钢框架-剪力墙用钢量低,纵向框架结构形式对交错桁架的用钢量有一定影响,设计时宜采用剪力墙或支撑体系增强纵向框架刚度.关键词:交错桁架;钢结构住宅;钢结构设计;经济评价中图分类号:T U393.2文献标识码:A文章编号:1006-7930(2007)03-0308-06交错桁架结构是一种理想的住宅结构体系,既能提供较大的建筑空间又具有较好的抗侧力性能.但目前关于高层交错桁架结构与其他结构体系经济性对比的技术数据还主要来自国外研究成果[1],为重点考察交错桁架结构经济性能,对福州市某城市广场工程15层商住酒店式公寓主楼结构方案作对比分析.该公寓主体建筑1~4层长81.6m,5~15层长71.6m,宽16m;1层层高6.5m,2~4层层高5.0 m,5~14层层高3.15m,15层层高3.9m.原设计在对比了矩形钢管混凝土框架-剪力墙结构和矩形钢管混凝土框架-钢支撑体系两种方案后,用了矩形钢管混凝土框架-剪力墙结构,框架柱均为箱型600@ 600@12内灌C50混凝土.由于矩形钢管混凝土框架-剪力墙结构比钢筋混凝土框架-剪力墙结构成本高,所以该项目的拟施工单位委托我们做以交错桁架为主要受力体系的结构方案,以期降低工程的结构成本.本文提出了两种不同柱距的交错桁架-剪力墙、支撑体系结构方案,并且与原矩形钢管混凝土框架-剪力墙结构方案作了对比分析,着重比较了不同结构方案的技术指标和经济性能.1交错桁架结构设计方案1.14m柱距方案建筑设计方案中公寓楼房间都为4m开间,适合选择4m柱距的交错桁架方案(简称方案一).由于该工程1~4层为商场,建筑要求在这些楼层不能布置桁架,故1~4层仍采用矩形钢管混凝土框架-剪力墙结构,框架按4m设置柱距,5~15层采用钢结构交错桁架-剪力墙结构.由于交错桁架横向刚度较大,为减小层间刚度的突变,在1~4层局部框架间增设了偏心支撑,平面结构布置见图1.采用小柱距可以增强结构的刚度并使结构传力更加平缓,在减小楼板厚度的同时可以不布置次梁,减轻了上部建筑物的荷载,有利于降低地基和基础成本和提高结构抗震性能.交错桁架体系横向由桁架和剪力墙(支撑体系)承担侧向力结构采用混合式桁架对抗质有利[2],桁架采用5节间桁架形式(见图2),弦杆为250@250@10方管,腹杆为200@200@10方管,空腹节间尺寸由建筑方案的走廊宽度确定,空腹节间可作为结构的耗能机制来改善结构的抗震性能.在纵向,设置H350@120@6@8框架梁,形成4m小柱距框架,而且剪力墙直通向屋面,所以纵向已形成了钢框架-剪力墙结构.*收稿日期:2006-03-24基金项目:国家自然科学基金资助项目(50078021);教育部科学技术研究重点项目(99089);高等学校博士学科点专项科研基金项目(2000053203)作者简介:卢林枫(1972-),男,黑龙江龙江人,副教授,博士,主要从事新型钢结构体系分析与设计方法研究.柱子是交错桁架体系中最重要的构件之一,而且是纵向主要的抗侧力构件.初步计算时,考虑了等截面方钢管(1~4层填充C50混凝土)柱和H 型钢柱两种形式.计算结果表明:由于底部数层的层高较大,为满足抗震设计对楼层侧移的要求,采用H 型钢柱,会增加柱子用钢量.因此,本方案1~4层柱子为箱型400@400@10内灌C50混凝土,5~15层为箱型400@400@14,所有框架梁均采用焊接H 型钢.图1 4m 柱距交错桁架方案Fig.1 S taggered truss schem e of the 4m columnspacing图2 5节间桁架Fig.2 T russ w ith five panels1.2 8m 柱距方案为进一步了解几何参数变化对交错桁架结构经济性的影响,本文又提出8m 柱距交错桁架结构方案(简称方案二).1~4层仍采用矩形钢管混凝土框架-剪力墙结构体系,框架按照原设计方案8米的柱距设置,局部框架间增设了偏心支撑,而5~15层采用8m 柱距的交错桁架结构体系.由于采用较大的柱距,为配合国内现有楼板厚度需要布置一些次梁,从而增加了钢梁的用钢量,但柱子数量较4m 柱距方案却减少了,该方案的平面结构布置见图3.方案二桁架形式同方案一(图2),但弦杆改为300@300@12方管,腹杆为200@200@10和250@250@10两种方管.1~4层仍为方钢管混凝土柱,箱型600@600@12内灌C50混凝土;5~15层采用了变截面方形钢管柱,由于柱距变大,每榀框架负担的荷载增大,柱子截面在1~10层有所增大,5~10层为箱型600@600@20,11~15层为箱型400@400@14.1.3 结构用钢材牌号上述两种交错桁架结构方案和原矩形钢管混凝土框架-剪力墙结构方案中所有钢构件材质均为309第6期 卢林枫等:交错桁架结构的设计图3 8m 柱距交错桁架方案Fig.3 S taggered truss schem e of the 8m column spacingQ345B 级钢.材料的各项指标要满足国家标准5低合金高强度结构钢6(GB/T1591)的规定,而且要求强屈比不小于1.2.2 结构分析2.1 分析程序由图1和图3结构平面布置可知,两种方案都属于平面刚度分布不均匀的结构设计[3],根据现行5高层民用钢结构技术规程6(JGJ99-98)[4]的相关条文规定,宜采用空间结构模型计算.结构分析采用国内最常用的设计软件PKPM 系列,STS 钢结构模块用于结构建模和荷载输入,SATWE 空间有限元分析模块用于结构整体计算分析.采用PKPM 软件不需要自己定义单元类型和荷载组合方式,而且对计算结果可直接验算是否满足我国有相关的设计规范.在直接采用设计软件PKPM 设计的同时,也采用了通用有限元计算软件SAP2000做辅助校核.2.2 设计条件和荷载工况根据建筑物所在地的基本自然情况和建筑类型,查得基本风压为0.70kN /m 2,场地为III 类场地土,7度抗震设防,建筑物为乙类建筑.由建筑和结构做法确定的结构设计荷载见表1.在运行SAT WE 模块分析时,荷载工况直接使用SATWE 模块设置的26种荷载组合形式;再采用SAP2000按SAT WE 计算书显示的控制设计的荷载组合形式,人工输入荷载组合系数,作辅助验算.表1 设计荷载T ab.1 Designed load F loo r live load/kN #m -2Floo r permanent load/kN #m -2M ar ket and stair3.5Flat building 2.0Roo fing 2.0First flo or 6.52nd~4th floor 5.0Flat building 5.0Roo fing 6.02.3 PKPM 建模过程1~4层为矩形钢管混凝土框架-剪力墙,在内力和变形计算时,对1~4层内填充混凝土的框架柱,310 西 安 建 筑 科 技 大 学 学 报(自然科学版) 第38卷执行5矩形钢管混凝土结构技术规程6(CECS159:2004)[5]第5.2.2条规定,按规定的抗弯刚度、抗压刚度公式,将矩形钢管混凝土柱等效换算成方钢管柱,将原结构换算成钢框架-剪力墙.2.3.1 构件定义结构建模在PKPM 的ST S 模块中完成,需要定义建模需要的各种构件截面.所有柱子及桁架的竖腹杆以/柱定义0方式确定;桁架的弦杆和框架梁及次梁以/主梁定义0方式定义;桁架所有斜腹杆和支撑按/斜杆定义0方式输入;剪力墙按/墙定义0方式输入.2.3.2 楼层定义由于1~4层结构形式完全一样,建模时只需定义一个结构标准层;而交错桁架每一层由于桁架位置不同,同时为了修改方便,每层交错桁架定义一个标准层.对应于每层桁架所在轴线的位置,依次布置柱子、桁架竖腹杆和本层桁架的上弦杆,而每层桁架的下弦杆是在布置前一层结构时就已经布置完毕.此处的难点在于桁架斜腹杆的布置,斜腹杆需按预先划分桁架节间的轴线点位置确定其倾斜方向.如果斜杆以低标高点向高标高点划线确定,则斜杆第1个节点需要输入其标高相对于本层地面的标高为/00值,而另一个点则需输入相对于本层地面的标高为/10值,意味着这个点的标高和层高相同.其他如荷载定义、楼层组装、楼板输入等过程,大家都不陌生,为节省篇幅,一并省略.2.4 SATWE 特殊构件和关键参数2.4.1 SAT WE 特殊构件处理在STS 模块建完计算模型后,依次完成荷载定义、楼层组装、楼板输入等过程,在进入SATWE 模块的设计和验算过程.由于交错桁架的构件节点具有以下特征:交错桁架体系桁架的腹杆与弦杆的连接以及弦杆与柱子的连接在计算时要按半铰接处理,而桁架弦杆要按连续压弯杆件设计[6].为在PKPM 分析中实现上述节点特性,需要在SAT WE 模块/分析与设计参数补充定义0中选择/特殊构件补充定义0菜单,对各个标准层桁架弦杆、竖腹杆进行处理.弦杆与柱子的半铰接是通过将与柱子相连节间的弦杆,定义为/一端铰接0的/特殊梁0来实现的.竖腹杆需要将其定义为/两端铰接0的/特殊柱0来完成的.由于斜腹杆在SATWE 模块中已经默认为是/两端铰接0的二力杆件,此处不需另外定义.2.4.2 SAT WE 关键设计参数选择在菜单/分析与设计参数定义0中,对一些关键参数作如下选择:¹/结构规则性信息0选择/不规则0;º考虑双向水平地震作用和偶然偏心;»交错桁架结构的墙体采用轻质墙体,周期折减系数取值0.95;¼钢梁为不调幅梁,负弯矩调整系数取1.0,考虑楼板组合效应后的钢梁刚度放大系数按5高层民用钢结构技术规程6(JGJ99-98)规定,中梁刚度放大系数取1.5,边梁刚度放大系数取1.2.2.4.3 SAT WE 关键计算参数控制PKPM 程序根据结构的特点,按照5钢结构设计规范6(GB50017-2003[7]和5高层民用建筑钢结构技术规程6(JGJ98-99)中所给公式对钢构件进行截面整体稳定、局部稳定和强度、刚度的验算;按5混凝土结构设计规范6(GB50010-2002)[8]对剪力墙进行配筋和验算.设计时柱子轴压比限值取为0.8,柱子应力比限值取为0.90;而桁架弦杆和梁应力比限值取为0.95;桁架腹杆和支撑应力比限值取为1.上述处理方式,可以保证结构在遭遇强震时,构件破坏次序为:桁架腹杆和支撑y 梁y 柱,体现多道结构抗震防线的设计理念.余下步骤就是结构分析、截面配筋设计与验算,以及分析结果的后处理.检验结构设计是否满足设计规范的要求.如不满足,需重新设计构件,再运行前述各个过程.2.5 SAP2000辅助验算辅助验算采用了通用有限元计算软件SAP2000,Frame 单元模拟框架柱、梁、桁架和支撑的受力特性.楼板则采用能够同时考虑平面内外荷载和变形的四点空间板壳Shell 单元模拟,地震作用采用振型分解反应谱法计算.观察两种计算软件的对比计算结果,发现二者的结果相差不到10%,SA TWE 的计算结果更保守一些,所以提供的计算数据均为SATWE 的计算结果.三种结构方案的一些技术指标数据和用钢量如311第6期 卢林枫等:交错桁架结构的设计表2所示.表2结构分析结果T ab.2Results of s tr uctural analysisScheme name F undamentalperiod/sT he lar gest later al sto ry-dr iftang le under ear thquakeT he larg est lateral stor y-driftang le under w indsteel co nsumpt ion/kg#m-2P rimar y scheme 1.78081/9561/124575 Scheme1 2.5321/8561/76745Scheme2 1.4571/12601/1767603方案评价3.1技术指标评价原设计方案在弹性设计阶段,结构基本周期为T1=1.7808s,其他数据指标也基本反映了钢框架-剪力墙结构侧移刚度较大的特点,但用钢量也较大.而方案1采用4m柱距的交错桁架,在用钢量显著降低的同时,结构基本周期提高显著,结构抗震性能得到了明显改善.方案2采用8m柱距的交错桁架,结构侧移刚度得到显著提高,甚至高于原方案结构的侧移刚度,用钢量较方案1有所增加,但仍低于原方案.3.2经济指标评价(1)自重轻节约基础成本.一般高层钢结构自重约为混凝土结构自重的1/2~3/5,结构自重可降低40%以上.交错桁架结构自重较普通钢框架-剪力墙更轻,可以使基础的造价降低,尤其在南方软土地区结构自重降低40%后,基础造价的降低幅度则更为明显.(2)增加建筑使用面积.与钢筋混凝土材料柱子相比,钢结构柱截面面积小,其外轮廓面积仅为钢筋混凝土柱的1/3,从而可增加建筑有效使用面积.高层建筑中,钢柱的截面面积占建筑面积的3%左右,而混凝土柱的截面面积占建筑面积的7%~9%[9].(3)工期短.钢结构的施工速度约为混凝土结构施工速度的1.5倍.结构施工周期的缩短,可使整个建筑更早投入使用,缩短贷款建设的还贷时间,从而减少借贷利息.假设本项目投资回收期为三年左右,采用钢结构比采用混凝土可以提前半年使用,则近似地相当于采用钢结构比采用混凝土结构节省投资18%[9].(4)套用福建省概(预)算定额对方案1的结构成本作了概算,该方案的结构概算成本约为1330元/m2,高于钢筋混凝土框架-剪力墙结构方案1000元/m2的概算.但这一价差会因前述3条优点得到一定的补偿,从而提高了工程的综合经济效益.例如,该项目销售价格均价为5000元/m2,按最低增加建筑面积4%计算,此项就相应对结构成本补偿了200元/m2.4结论(1)对于越来越普遍的商住写字楼或酒店式公寓,采用交错桁架与剪力墙或支撑体系组成受力结构,可以收到令人满意的效果.(2)交错桁架体系的纵向刚度弱于横向刚度,要保证纵向层间位移角满足规范要求,宜设置剪力墙或支撑体系来增加刚度,减小位移.这也说明,交错桁架体系中,不宜在纵向采用纯刚性框架作为主要抗侧力体系,否则会增加结构成本.(3)通过两种柱距交错桁架方案对比,交错桁架体系在设计某种特定功能建筑(办公、公寓)时,应该存在一个经济柱距,使结构在满足设计规范要求的同时可以获得最优的结构成本.(4)钢管混凝土柱可以作为交错桁架柱子的主要形式之一,尤其是在高层交错桁架建筑,其经济性明显优于传统的工字形截面钢柱.(5)如果采用矩形钢管混凝土柱,而桁架也采用矩形钢管混凝土桁架,则构成的矩形钢管混凝土交错桁架又是一种值得研究和推广的新型结构体系.312西安建筑科技大学学报(自然科学版)第38卷参考文献 References[1] COH EN M P Cohen.Desig n so lution utilizing the stagg ered steel tr uss system[J].Eng ineering Jo urnal,A ISC,1986(3):79-106.[2] 周秀月,苏明周,胡天兵,等1钢结构混合是交错桁架体系的横向合理结构布置探讨[J]1西安建筑科技大学学报:自然科学版,2006,38(3):415-419.ZH OU Xiu -yue,SU M ing -zho u,HU T ian -bing ,et al.Study on the r atio nal str uctur al transver se lay out of steel st ag -ger ed truss system with composite truss[J].J.Xi p an U niv.of A rch.&T ech.(N atur al Science Edition),2006,38(3):415-419.[3] L IN F L ,Q IA NG G,M ING Z S.T o rsion Effect Evaluat ion of the Stag ger ed T r uss Steel F raming [C].//P roceeding sof the N inth International Symposium on Structural Eng ineer ing fo r Y oung Ex pert s,2006:252-257.[4] JGJ99-98,高程民用建筑钢结构技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社,19981JGJ99-98,T echnical specificatio n fo r st eel str uctur e of tall buildings [S ].Beijing:China Ar ctechture&Building P ress,1998.[5] CECS159-2004,矩形钢管混凝土结构技术规程[S].北京:中国计划出版社,20041CECS159:2004,T echnical specificatio n fo r str uctures w ith co ncr et e -f illed rectangular steel t ube members[S].Be-i jing :China Planning Press,2004.[6] N eil Wex ler,Feng -Bao L in .Steel Design Guide Series 14:Stag g er ed T russ F raming Systems[S].A ISC,2002.[7] GB50017-2003,钢结构设计规范[S].北京:中国计划出版社,20031GB50017-2003,Co ld for desig n o f st eel structures[S].Beijing :China Planning P ress,2003.[8] GB50010-2002,混凝土结构设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2002.GB50010-2002,Co ld for desig n o f co ncr ete st ructur es[S].Beijing:China A rctechture&Building Press,2002.[9] 李国强.多高层建筑钢结构设计[M ].北京:中国建筑工业出版社,2004.L I Guo -qiang.M ulti and T all Steel Buildings Desig n [M ].Beijing :China Ar ctechture&Building Pr ess,2004.Design of staggered truss structureL U L in -f eng 1,ZH OU X u -hong 2,L I U Yong -j ian 1,MO T ao 3,ZH OU Qi -shi 4(1.Chang p an U niv ersity ,Xi p an 710064,China;2.L anzhou U niversity,Lanzho u 730000,China;3.H unan U niv ersity ,Chang sha 410082,China;4.Central South U niversit y,Changsha 410083,China)Abstract:P KP M p s series so ftwar e and finite -element prog ram SA P2000,the behavio r of aseismic and r esist ance t o wind o f steel frame -shear w all st ruct ur e w it h stag ger ed truss -shear w all st ructur e are ado pted in ana lyzing the steel mater ial quantity o f each structure scheme under satisfying design co de.T he co ntrastie desig n r esults sho w that the steel consum p -t ion of stag ger ed tr uss -shear wa ll str ucture is lo wer than that o f the steel frame -shear wall structure,and the long itudinal frame structure for m may affect t he steel consumptio n to t he stagg ered truss.T he desig ner is advised to ado pt shear w all or br acing system to str eng then long itudinal frame stiffness.Key words:s tag ger ed tr uss ;s teel str uctur e hous e;steel str uctur e des ign;economical estimation313第6期 卢林枫等:交错桁架结构的设计*Biography:LU Lin -feng,Ph.D.,Xi p an 710064,P.R.China,Tel:0086-29-82337399,E -m ail:54LLF@。

全装配式钢交错桁架结构施工工法全装配式钢交错桁架结构施工工法一、前言全装配式钢交错桁架结构施工工法，是一种高效、安全的建筑施工方法。

它采用工厂化生产和现场装配相结合的方式，通过模块化的制造和装配过程，将交错桁架结构迅速铺设完成，大大提高了施工效率和质量。

二、工法特点1. 迅速高效：该工法通过提前制造所有构件，在现场进行快速组装，大大缩短了施工周期，提高了施工效率。

2. 质量可控：由于构件在工厂中制造，可以进行全面的质量控制，确保了结构的稳定性和安全性。

3. 灵活多变：以标准化和模块化为基础，根据实际需求进行组装，适应各种复杂的施工环境和结构要求。

4. 环境友好：由于工厂化生产，减少了现场的噪音、粉尘和废料产生，对环境造成的影响较小。

三、适应范围全装配式钢交错桁架结构施工工法适用于各类建筑结构，尤其适用于大跨度、高挑战性的项目，如大型体育场馆、机场候机楼等。

四、工艺原理该工法的施工工法与实际工程之间的联系主要在于构件的制造和装配过程。

在工厂中，构件按照图纸进行制造和加工，确保每个构件的精度和质量。

然后将构件运到现场，通过组装形成交错桁架结构。

在实际应用中，需要采取适当的技术措施，例如采用模数化设计，优化施工过程，以确保施工工法的实际应用效果。

五、施工工艺施工工艺主要包括以下几个阶段：1. 基础施工：根据设计要求，对基础进行施工和加固，确保基础承载能力。

2. 模块化制造：在工厂中进行构件的制造和加工，包括切割、焊接和热处理等工艺。

3. 运输和吊装：将制造好的构件运输到现场，并通过吊装设备将构件吊装到指定位置。

4. 桁架组装：按照设计要求，对桁架进行组装，包括焊接、螺栓连接等工艺。

5. 防腐处理：对施工完成的交错桁架结构进行防腐处理，提高结构的耐久性。

6. 后续工序：根据具体项目需求，完成后续工序，如内部装修、外立面处理等。

六、劳动组织施工过程中，需要建立合理的劳动组织，明确各个工序的责任和任务分工。

钢结构交错桁架体系的高等分析屋面板楼面板楼面板柱 柱柱H H H HH H H H HR=2HD/L R R R 2R2R V=2H V=6H V=2H V=4H V=4H V=6HV=2H V=2HLD钢结构交错桁架体系的应用美国纽约的Clayton停车场公寓总层数为11层，桁架跨度为60英尺（18.28米），楼板采用10英寸（254毫米）厚的混凝土楼板；美国康涅狄格州Marriott旅馆总层数为24层，楼板采用8英寸（203.2毫米）厚的预应力混凝土楼板；美国拉斯维加斯Aladdin饭店总层数为38层，桁架高度为9英尺，跨度为63英尺4英寸，桁架空腹节间的长度为9英尺7英寸，楼板采用8英寸厚的混凝土预制板；加拿大的虹谷旅馆，建筑平面为52米×17米，地上24层采用钢结构，桁架跨度为16.52米，层高为2.8米；韩国Shangrila旅馆，地上41层，桁架跨度为20.6米；另外，美国加利福尼亚的Sierra Point旅馆，纽约的Tower on the Park，新泽西州的Riverview Senior Housing等建筑中均采用了交错桁架结构体系。

周绪红教授带领的课题组对1个14层交错桁架结构的缩尺模型（缩尺比例为1:8）进行试验，以考察交错桁架结构的荷载－位移曲线、极限承载力、应变分布、延性以及结构的最终破坏形态。

由兰州大学主编的《交错桁架钢结构体系技术规程》即将完稿。

钢结构交错桁架体系的高等分析方法影响结构性能的主要因素可分为两类：1.几何非线性；2.材料非线性。

几何非线性影响主要有：二阶效应和几何缺陷。

材料非线性影响主要有：构件截面的塑性发展和残余应力。

高等分析方法是一种比较精确的结构整体二阶弹塑性全过程分析方法。

它充分考虑了几何非线性、材料非线性和几何缺陷等影响结构稳定性和极限承载力的重要因素，直接考虑构件之间的相互作用，能够描述结构系统的非弹性内力重分布，能够比较真实地反映结构在荷载作用下的内力和变形状态，准确评估结构的极限承载力和破坏模式算例１：某混合交错桁架结构建筑，层数为六层，层高为3m，房屋总长度为42m，柱距为6m，跨度为12.5m，柱子采用HW300×300×10×15的H型钢，弦杆采用HM300×200×8×12的H型钢，竖腹杆采用工字钢I25a，斜腹杆采用角钢2L125×8，楼层荷载设计值为7.2KN/m2，从结构中取一榀横向框架，分别运用本文介绍的改进塑性铰法和ANSYS计算的轴力如下图所示，图中括号内为运用ANSYS分析的结果，轴力单位为KN结论：由图可知，运用本文介绍的改进塑性铰法计算的交错桁架结构体系的轴力与ANASYS计算的轴力二者相差很小。

一种全装配式钢交错桁架结构施工技术发表时间：2021-01-05T07:07:08.862Z 来源：《建筑细部》2020年第26期作者：徐正凯薛鸣鹤[导读] 近些年，国家相关部门相继出台政策，积极推进建筑工业化，大力发展装配式及钢结构建筑。

中建二局第一建筑工程有限公司广东省深圳市 518003摘要：近些年，国家相关部门相继出台政策，积极推进建筑工业化，大力发展装配式及钢结构建筑。

在此趋势下，中建二局一公司以中建绿色产业园B区项目2#宿舍楼为载体，对其主体结构及钢结构施工工艺进行深入研究。

通过施工前期对构件图纸的优化，对构件安装次序的巧妙安排，总结出一套适用于全装配式钢交错桁架结构体系的施工工艺，安装效率高，施工速度快。

关键词：全装配式；交错桁架；空心板1 工程背景1.1 工程概况中建绿色产业园B区项目位于广东省深圳市深汕特别合作区上北村创新大道北侧，本工程2#宿舍楼为预制混凝土柱—钢交错桁架结构，共9层，建筑高度为31.3m，建筑面积为8134.56㎡。

钢结构构件与混凝土预制构件的连接形式多种多样，通过在预制柱上预埋钢板及预留螺栓与钢梁连接，在钢桁架与预制柱连接处设置混凝土牛腿用于支撑钢桁架上弦。

1.2 施工概况本工程2#宿舍楼结构新颖，不同构件连接节点复杂多样，国内暂未有成熟的施工工艺。

预制外阳台悬挑长度1.2m，构件吊装过程中无法搭设外脚手架，采用“凹”形钢操作平台辅助施工。

预制构件与钢结构构件须严格组织安装顺序，先安装预制混凝土柱、钢桁架及钢框架梁，待形成稳定的结构受力体系后方可逐层吊装其他构件。

2 施工技术2.1 施工流程构件安装施工工艺流程如下：一、二层预制柱整体安装→柱底灌浆→一、二层钢桁架错层安装、钢梁安装→二层预应力空心板、阳台板及预制楼梯安装→三层预制柱安装→三层钢桁架、钢梁安装→三层预应力空心板、阳台板及预制楼梯安装……上部构件安装顺序依次循环。

2.2施工要点2.2.1一、二层预制柱整体吊装预制柱吊装前在已施工完成的短柱上弹出预制柱定位中线及控制线，在短柱顶四周放置垫片以便精准调整构件标高。

钢结构交错桁架的优化设计
钢材具有强度高、材质均匀、塑性韧性好、质量轻、制造方便等优良性能,一直是建筑结构的重要材料。

随着这些年来我国年钢产量的迅速增长和建设部大力推广钢结构在多、高层民用建筑中应用的政策发布之后,钢结构这种建筑结构形式在我国的高层建筑中的应用也随之增长迅速。

交错桁架结构体系是在钢框架结构的基础上发展而来的一种新型结构体系,适用于高层民用建筑。

交错桁架结构体系是由平面桁架、柱、连梁、楼板组成的空间结构体系,传统的交错桁架结构柱距较大,这样有利有弊,在得到比较大的房屋面积的情况下也减小了结构的纵向抗侧刚度。

传统交错桁架结构的纵向抗侧刚度比横向抗侧刚度小很多,这大大减小了结构的抗震性能。

若要提高侧向刚度需要增大梁和柱的截面,但会使得用钢量大大增加,在结构纵向布置柱间支撑是更经济合理的方式。

本文主要研究内容:(1)为了提高结构的纵向刚度,在结构的纵向布置四种不同形式的柱间支撑:单斜支撑、X型支撑、V型支撑和人字型支撑。

使用PKPM的PMSAP版块对这四种模型进行建模分析,选出位移最小且最经济合理的布置形式是人字形支撑。

并对人字型支撑的布置数量和布置位置进行了分析,为实际建筑设计提供参考,在满足结构功能要求的同时,又能做到安全可靠、经济合理。

(2)为了提高结构的整体抗震性能,将粘滞性阻尼器运用到钢结构交错桁架体系中,使用ANSYS 有限元分析软件建立了三个模型:原结构模型、在桁架空腹节间两边斜腹杆增设粘滞性阻尼器的模型、在桁架空腹节间竖腹杆增设粘滞阻尼器的模型。

对三个模型进行了罕遇地震作用下的弹塑性动力时程分析,通过对比三个模
型的位移和杆件内力得出粘滞性阻尼器可以提高钢结构交错桁架的抗震性能。

交错桁架钢结构体系应用技术研究与示范目录1概述 (1)1.1序言 (1)1.2交错桁架应用现状 (2)1.2.1起源 (2)1.2.2特点 (2)1.2.3典型应用案例 (3)1.2.4相关技术标准 (4)1.3国内外研究现状 (4)1.4本项目研究背景及研究内容 (6)2交错桁架结构体系分析 (7)2.1交错桁架简介 (7)2.1.1交错桁架的组成 (7)2.1.2建筑上的特点 (8)2.2交错桁架结构体系的受力性能特点 (10)2.2.1在竖向荷载作用下的受力性能特点 (10)2.2.2在水平荷载作用下的受力性能特点 (10)2.3构件与节点设计 (12)2.3.1柱的设计 (12)2.3.2桁架的设计 (12)2.3.3节点设计 (14)2.4新型简化计算模型的提出与分析 (16)2.4.1水平交叉支撑模型的提出 (16)2.4.2水平交叉支撑模型在水平荷载计算时的适用性 (18)2.4.3水平交叉支撑模型在竖向荷载计算时的适用性 (22)2.4.4结论 (26)2.5本章小结 (26)3关键应用技术研究 (27)3.1提高结构纵向刚度的新型方案 (27)3.2提高桁架弦杆局部抗弯承载力的方法 (30)3.3柱-桁架全螺栓节点 (33)3.3.1节点的提出 (33)3.3.2有限元分析 (35)3.3.3对现有规范中节点板公式的建议 (38)3.4减小端斜腹杆截面尺寸的方法 (39)3.5本章小结 (42)4重要参数分析 (43)4.1层数 (43)4.2柱距 (45)4.3跨度 (46)4.4层高 (48)4.5节间数 (49)4.6本章小结 (49)5示范工程 (51)5.1柯北宿舍楼项目简介 (51)5.2结构设计 (52)5.2.1结构布置 (52)5.2.2设计依据 (55)5.2.3设计基本条件 (56)5.2.4结构计算 (58)5.2.5主要计算结果 (60)5.3施工工况分析 (75)5.4施工技术措施 (78)6结论 (83)参考文献 (84)1概述1.1序言据中国钢结构协会资料表明，我国钢产量自1996年以来稳居世界第一位。

钢结构(中英文),37(12),37-44(2022)DOI :10.13206/j.gjgS 22032301ISSN 2096-6865CN 10-1609/TF超算云屋盖交叉钢桁架施工关键技术杨国松1㊀邹焕苗2,3㊀崔㊀强1(1.江苏沪宁钢机股份有限公司,江苏宜兴㊀214231㊀2.中国建筑科学研究院有限公司,北京㊀100013;3.国家建筑工程技术研究中心,北京㊀100013)摘㊀要:雄安超算云项目结构造型新颖,空间关系复杂,屋盖下部楼板错层,安装方案的选择和支撑布置难度大,需选择合理支撑卸载顺序保证结构卸载安全㊂屋盖钢结构采用斜向交叉网格桁架结构体系,桁架弦杆相互斜交,网格桁架西侧呈弧形向下延伸交于封边梁,再通过变截面弧形弯扭V 型支撑将屋盖荷载传递给下部框架,网格桁架东侧与立体拱桁架连接,跨中布置少量的圆钢管柱,形成大跨空间结构㊂运用深化设计技术对大跨结构进行节点优化设计,使弯扭V 型支撑加工后满足结构传力及建筑造型的需求㊂根据项目结构体系及布置特点,通过对提升方案㊁滑移方案和吊装方案等三种方案的支撑体系㊁施工难易程度㊁安全管理难度㊁进度及施工成本的横向对比分析,选择最优的分段原位吊装方案㊂东侧立体拱桁架根据结构构造,将拱形桁架合理拆分成上下两榀桁架,下一榀桁架设置支撑分段安装定位,同时下一榀桁架提供支点支撑上一榀桁架,解决了拱形桁架高度高㊁重量大而难以安装的施工难题㊂对大跨斜交网格桁架进行合理分段划分,设置多跨门式支撑体系,采用塔吊分段安装屋盖交叉网格桁架,并采用交叉稳定杆进行结构安装过程中的临时固定,解决了网格桁架单片安装过程中的平面外稳定的施工难题,保证了桁架结构安装精度㊂多台塔吊从屋盖结构角部向核心区推进的安装顺序,既解决了每一步安装均能形成临时稳定体系确保施工安全,又能多机同步安装提高施工进度,为其他大跨桁架结构安装提供参考㊂运用有限元分析软件MIDAS /Gen ,计算温度应力对大跨交叉网格结构卸载的影响,对大跨交叉桁架是否考虑温度应力和卸载方向的不同组合进行多工况卸载模拟分析对比,分析结构最大应力与最大变形的应力㊁应变云图㊂通过模拟计算研究表明,多支点大跨交叉桁架卸载需要考虑温度应力的作用,并采取从变形较大的跨中向支座卸载的顺序,卸载时结构温度应与结构安装时温度接近,减小结构施工温度变化引起的应力,保证结构施工安全㊂关键词:交叉桁架钢结构;弯扭曲面;有限元分析;支撑;卸载第一作者:杨国松,男,1981年出生,高级工程师㊂Email:1072026009@ 收稿日期:2022-03-231　工程概况雄安城市计算(超算云)项目是雄安数字孪生城市 之脑 之眼 之芯 ,是雄安数字孪生城市运行服务系统的重要载体,其承载的边缘计算㊁超级计算㊁云计算设施将为整个数字孪生城市的大数据㊁区块链㊁物联网㊁AI㊁VR /AR 提供网络㊁计算㊁存储服务,将实现国内首创大跨度无柱IDC 机房㊁国内首创景观式隐蔽式城市计算中心㊁国内首创模块化集装箱机房㊁国际首创园林化生态大厅等多项艰巨任务㊂本项目作为容东地区首批开工的样板工程,是建设 智慧雄安 的必要支撑,是雄安新区 高质量发展样板 的重要引擎,是打造 全球创新高地 的推进器㊂雄安城市计算(超算云)中心项目(图1㊁2)位于雄安新区容东(西侧)悦容公园东南侧,结构地下一层,地上三层,屋盖钢结构采用斜向交叉网格桁架结构体系,屋盖平面投影为105m ˑ88m,桁架交叉呈菱形分布㊂屋盖交叉桁架往西侧呈弧形向下延伸交于一南北通长的倾斜箱型封边梁,再通过变截面弧形弯扭V 型撑将屋面荷载传递给西侧箱型钢柱㊂屋盖交叉桁架东侧连接立体拱桁架,拱桁架由两侧钢柱及柱间撑组成的格构式支撑体系支撑,整个拱桁架造型呈门帘状㊂屋盖南北两侧为框架梁柱结构体系[1]㊂杨国松,等/钢结构(中英文),37(12),37-44,2022图1㊀整体建筑效果(东南侧)Fig.1㊀Overall architectural effect (southeastside)图2㊀整体建筑效果(西南侧)Fig.2㊀Overall architectural effect (southwest side)交叉桁架四周与立体拱桁架㊁钢框架连接,桁架下部由12根圆管柱支撑,形成大跨空间结构(图3);桁架截面基本一致,桁架高2.5m,单个菱形边长约4.7m,短对角线长3m;桁架结构最大标高18.1m,弯弧底部标高4.1m,屋盖结构落差14m㊂构件截面主要为H 型钢截面,在柱顶支座部位及西侧弧形段杆件为箱型截面㊂其杆件截面尺寸主要有:口370ˑ370ˑ20(35)㊁H370ˑ370ˑ25ˑ30㊁H370ˑ370ˑ18ˑ20,腹杆截面主要为H250ˑ250ˑ14ˑ14㊁H370ˑ370ˑ25ˑ30㊂屋盖构件最大板厚45mm,材质为Q390B㊂图3㊀结构轴测图Fig.3㊀Structural axonometric drawing2㊀工程难点1)本项目东侧立体拱桁架跨度105m,屋盖交叉桁架最大跨度69m,选择何种安装方案,使得结构分段划分避开节点并满足杆件安装过程中应力㊁应变最小至关重要㊂2)本工程整体造型新颖,空间关系复杂,深化过程中应充分运用BIM 技术,结合设计意图㊁加工难度㊁安装精度,进行复杂节点的合理优化㊂3)根据建筑功能需求,屋盖下部楼板错层,且在桁架下部核心位置设置由总控中心(ECC)指挥的中心框架结构,安装方案的选择和支撑的布置难度大㊂4)屋盖结构自身落差14m,且为双向交叉弯弧桁架,倾斜的分段安装易造成杆件错边,给结构带来极大的质量隐患,因此倾斜交叉桁架的分段定位精度要求非常高,是本工程的难点㊂5)屋盖交叉桁架采取分段安装的方式[2],安装时间较长,并需焊接完成后才能整体卸载,安装状态和卸载状态的环境温差变化较大,其环境温度变化对结构卸载杆件的应力㊁应变的影响需进行模拟计算分析,确保卸载结构安全㊂3㊀方案比选通过研究本项目钢结构体系特点,以及考虑混凝土结构和场外施工场地等条件,提出了三种可实施性方案,分别为分区提升㊁累计滑移㊁分段原位吊装,并从支撑系统[3]㊁施工难易程度㊁安全管理难度㊁对进度的影响㊁施工成本等方面进行对比,选择最优施工方案㊂3.1㊀方案1:分区提升屋盖结构投影大部分位于二层楼面,二层楼面与场外地面基本等高,对楼面配筋加强后可搭设通道使吊车上楼面进行屋盖拼装,而后根据屋盖投影在不同的楼层进行分区累计提升,弯弧V 型撑部位结构采取吊装的工艺安装(图4)㊂图4㊀提升方案示意Fig.4㊀Schematic diagram of lifting scheme3.2㊀方案2:累计滑移屋盖分块拼装场地设置于结构北侧,并搭设滑移高空组装平台及滑移轨道㊂利用两台350t 履带超算云屋盖交叉钢桁架施工关键技术吊吊装一个滑移单元内的分块及嵌补桁架,焊接完成后,采取累计滑移的施工思路,完成屋盖结构的安装(图5)㊂图5㊀滑移方案示意Fig.5㊀Schematic diagram of slip scheme3.3㊀方案3:分段原位吊装根据项目施工体量大㊁工期短㊁施工作业面广㊁结构周边施工场地狭小的特点,考虑到土建施工部署的大型塔吊对屋盖结构全覆盖,因此对屋盖结构进行合理分段划分,并根据分段划分位置及安装顺序设置高空定位支撑架,而后从屋盖的四个角部开始同步向中间核心区进行屋盖交叉桁架的分段吊装(图6)㊂图6㊀吊装方案示意Fig.6㊀Schematic diagram of hoisting scheme根据项目现场实际情况对这3种方案进行分析对比:1)分区提升方案所需支撑用量约200t,可多机同步拼装作业,节约工期,拼装高度小,安全风险低,但需对楼面配筋大面积加强,并且需待楼面混凝土强度达到GB 50010 2020‘混凝土结构设计规范“要求后方能作业,对工期有较大影响;2)分区累计提升施工精度要求高;滑移方案中组装平台及滑移支撑措施用量约600t,大量的拼装作业集中在北侧高空平台,虽安全可靠,但施工只能从北向南累计滑移,难以多点施工,滑移变形调整难度大;3)分段原位吊装所用支撑架需800t,多机同步作业可加快施工进度,并且根据土建施工进度可灵活开展结构吊装,没有工序等待时间,但高空拼装作业量大㊁范围广㊁安全管理难度大㊂最终结合现场实际条件,选择分段原位吊装的施工方案,其方案对比分析如表1所示㊂表1㊀方案对比Table 1㊀Construction scheme comparison施工方案支撑系统质量/t 施工难易程度安全管理难度对进度的影响施工成本分区提升200难度最大小大一般累计滑移600难度大一般很大高分段原位吊装800一般大小一般4㊀施工关键技术4.1㊀深化设计技术本工程屋盖西侧采用12组弯弧V 型撑,每组V 型撑均由2个变截面箱型柱斜向交汇落于下部结构柱顶(图7)㊂V 型撑上部截面为 目2500ˑ500ˑ45ˑ45 ,逐渐变为 日1800ˑ500ˑ45ˑ45 ,在根部交汇区域合成为 田1800ˑ600ˑ45ˑ45ˑ90 ㊂12组V 型撑作为屋盖主要支撑结构,具有受力集中,空间造型复杂等特点,因此如何优化V 型变截面柱并实现交汇点截面二合一落于下部柱顶,且满足结构受力要求是关键㊂图7㊀Tekla 模型V 型撑轴测图Fig.7㊀Axonometric drawing of Tekla model V-bracket以往一般方式可采用将V 型变截面柱分为若干折线段,在V 型柱交汇处采用铸钢件从而实现交汇点截面二合一落于下部柱顶㊂考虑到此方式中折线段焊缝集中,且交汇处节点尺寸较大,铸钢节点重量也较大,相应造价将大幅上升,且对铸钢件内部缺陷无法准确判断㊂故综合建筑㊁结构以及施工难度,最终选择运用BIM 模型放样,将V 型变截面柱在交汇点前做成变截面弧形,既满足建筑外形的需求,使结构弯折点减少,同时也使得加工难度及质量可控;交汇点以下采用折线弯扭,通过Rhino 软件进行曲面空间弯扭,以杨国松,等/钢结构(中英文),37(12),37-44,2022实现上下端口扭转对接,结构传力至柱顶㊂再将空间放样最终确定的曲面造型控制点,导入钢结构Tekla 软件中,最终形成相应构件模型(图8)㊂图8㊀交汇处节点拆分构造过程Fig.8㊀Intersection node split structure diagram4.2㊀立体拱桁架安装技术4.2.1㊀分段支撑系统拱桁架跨度大㊁截面板厚度大,安装分段时需考虑分段位置尽量靠近节点刚度较大位置,避免结构应力或变形过大,同时分段宜尽量做大,减小高空作业,提高焊缝质量㊂由于桁架分段重量较重,最大分段达40t ,支撑荷载较大,因此支撑布置时,宜选择在下部楼层框架梁柱连接位置,使得施工荷载传递路径明确(图9)㊂图9㊀临时支撑布置Fig.9㊀Layout of the temporary support分段支撑选用装配式格构支撑,支撑杆件之间及支撑与平台连接均采用法兰连接㊂4.2.2㊀分段划分本工程东侧立体拱桁架为实腹拱,一般拱桁架包括下弦㊁腹部杆件㊁上弦桁架,具有跨度大㊁拱脚高的特点㊂如采用常规的从上至下一刀切进行分段,则因高度过高㊁重量过重而难以运输㊁安装㊂因此采取下弦㊁腹杆㊁上弦分开分段安装的思路,其中部分腹杆为现场散件安装的方式,其分段划分如图10所示㊂4.2.3㊀安装流程在结构东侧地面设置固定的拼装胎架,将工厂加工的桁架单片和连系杆件拼装成大型的吊装单元㊂根据拱桁架的分段划分及临时支撑布置,采用220t 汽车吊在结构东侧地面进行分段吊装㊂安装流程如图11所示㊂图10㊀拱桁架分段划分Fig.10㊀Segmentation diagram of the archtrussa 架设临时支撑;b 下弦分段吊装定位;c 腹部杆件安装;d 上弦桁架分段安装㊂图11㊀拱桁架安装流程Fig.11㊀Installation process of the arch truss4.3㊀交叉桁架安装技术4.3.1㊀桁架分段划分经多方案的对比分析,最终选定分段原位吊装的方案,即充分利用对屋盖结构全覆盖的塔吊,根据其起吊半径的额定起重量,对桁架进行分段划分㊂分段划分原则上参照设计院要求的桁架主次方向,对主桁架长度方向进行分段,次桁架作为嵌补单元㊂以2~3个菱形边为一个分段单元,分段长度9~14m ,分段质量4~8t ,满足分段运输长度限制和塔吊起重性能的要求㊂交叉桁架分段划分如图12所示㊂图12㊀交叉桁架分段划分Fig.12㊀Cross truss segmentation4.3.2㊀支撑设计采用塔吊分段原位吊装,分段位置需设置临时超算云屋盖交叉钢桁架施工关键技术支撑㊂由于分段数量多,如每个分段位置单独设置一个临时支撑,则支撑体量巨大㊂交叉桁架分段质量较轻,单个支撑点位置荷载较小,且各支撑点间距只有3m ,在满足施工荷载需求的前提下,为了减少临时支撑的投入量,通过施工模拟计算,将支撑设计成连续门式支撑体系,门式支撑立柱采用圆管柱,截面D 609ˑ10,柱顶设置连续支撑横梁,横梁采用HN 500ˑ300ˑ11ˑ18的热轧型钢㊂支撑立柱设置在下部楼面框架梁上或混凝土柱顶,以满足施工荷载要求㊂支撑平面布置及构造如图13㊁图14所示㊂图13㊀交叉桁架临时支撑平面Fig.13㊀Temporary support plan of the crosstruss图14㊀临时支撑节点大样Fig.14㊀Large sample diagram of the temporary support node4.3.3㊀分段安装技术本项目屋盖交叉桁架自身高度2.5m ,采取分片吊装的安装方式㊂分片吊装定位时,在下弦下翼缘设置有临时支撑定位模板㊂由于桁架单片自身高度较大,其平面外的定位精度及平面外稳定将影响到安装质量的好坏,因此需采取施工措施确保桁架分片的平面外稳定㊂利用门式支撑架横梁,设置交叉斜向稳定杆,当主桁架吊装定位时,交叉稳定杆与桁架上弦连接固定,如图15所示㊂同时为确保已安装结构的整体稳定,当安装完成一片主桁架单元后,立即安装与之相连的次桁架,形成空间稳定体系㊂现场布置的4台塔吊从屋盖结图15㊀交叉桁架稳定杆Fig.15㊀Cross truss stabilizer bar构的四个角部开始,逐跨向屋盖核心区安装,使每安装完成一跨都能形成一个临时稳定体系㊂4.3.4㊀屋盖卸载技术本工程屋盖为空间交叉桁架结构,覆盖面积大,下部支撑钢柱少,跨度大,结构安装时设置的临时支撑较多㊂卸载过程是主体结构和支架相互作用的一个复杂过程,是结构受力逐渐转移和内力重新分布的过程㊂支架由承载状态变为无荷状态,而主体结构则是由安装状态过渡到设计受力状态㊂该过程中,影响结构安全的因素很多,支架的设计㊁卸载方案的选择㊁卸载过程的有效控制等均会对结构本身产生很大影响㊂根据以往类似大跨结构施工经验,常规卸载方法主要有分级分步卸载㊁同级分步卸载㊁分级同步卸载等几种,通过对这三种卸载方法进行施工模拟分析[4],最终本工程选定分级分步卸载的方案,其方案选择的模拟分析内容,此处限于篇幅不再赘述㊂因本工程屋面分段安装施工持续时间较长,分段吊装开始于8月份,集中吊装在9 11月份,安装焊接完成后的整体卸载为2月份㊂由于项目所在地位于雄安新区,每月日平均温差较大,8 12月份日均最高温差28ħ,见图16所示㊂图16㊀雄安新区全年温度曲线Fig.16㊀Annual temperature curves of Xiongan New District屋盖结构在卸载前,因温差变化,结构杆件已经产生相应的初始温度应力,该应力对结构的卸载影响需进行研究分析,故从以下4种模拟工况分析卸载的应力㊁应变变化情况,见表2所示,并选取结构支座上弦㊁跨中下弦共11个关键点进行观测(屋盖杨国松,等/钢结构(中英文),37(12),37-44,2022交叉桁架结构对称,因此所有观测点均布置在结构中轴线及南侧),观测点布置如图17所示㊂表2㊀模拟工况Table 2㊀Simulated conditions工况是否考虑温度应力卸载方向1否跨中向支座卸载2否支座向跨中卸载3是跨中向支座卸载4是支座向跨中卸载图17㊀测点布置Fig.17㊀Arrangement of measuring points㊀㊀由有限元软件MIDAS /Gen 2020对4种卸载工况进行全过程模拟,选取每种卸载工况的典型卸载步骤进行模拟计算,典型卸载步骤即每种卸载工况在卸载过程中应力最大的步骤,计算结果如图18~21所示㊂a 结构最大变形,mm ;b 结构最大应力,MPa ㊂图18㊀工况1施工全过程计算结果Fig.18㊀Calculated results of the wholeconstruction process of condition 1对比观测点数据得到的应力㊁变形值见表3㊁表4所列㊂通过施工仿真模拟计算得到(图18~21):a 结构最大变形,mm ;b 结构最大应力,MPa ㊂图19㊀工况2施工全过程计算结果Fig.19㊀Calculated results of the wholeconstruction process of condition2a 结构最大变形,mm ;b 结构最大应力,MPa ㊂图20㊀工况3施工全过程计算结果Fig.20㊀Calculated results of the wholeconstruction process of condition 3卸载工况1时结构最大变形为32mm ,最大应力为90MPa ;卸载工况2时结构最大变形为29mm ,最大应力为137MPa ;卸载工况3时结构最大变形为71mm ,最大应力为207MPa ;卸载工况4时结构最大变形为61mm ,最大应力为234MPa ㊂综上,结构强度和刚度均满足要求[5-6]㊂根据表3㊁表4和图18~21可知,钢屋盖临时支撑从跨中往梁端卸载比从梁端往跨中卸载变形量稍大,但结构最大应力值较小,因此对大跨钢屋盖结构卸载时应从中间往两侧进行卸载,减小结构最大超算云屋盖交叉钢桁架施工关键技术㊀㊀㊀㊀a 结构最大变形,mm ;b 结构最大应力,MPa ㊂图21㊀工况4施工全过程计算结果Fig.21㊀Calculated results of the wholeconstruction process of condition 4表3㊀观测点结构应力Table 3㊀Structural stresses of observation pointsMPa观测点卸载工况1卸载工况2卸载工况3卸载工况41-15-2517302-20-27-223138-11-26-474-31-551001345-12-2233346-7-1817-337-11-1330478-33-38-77-979-30-37-55-6810-18-21176-19211-40-42-58-71应力值,保证施工安全㊂构件夏季安装㊁冬季卸载,考虑最大温差28ħ时,结构最大变形及最大应力均增大较多,因此对大跨钢屋盖结构卸载时的温度应与结构安装温度相接近,以保证结构受力有足够安全富余㊂5㊀结㊀论1)应用BIM 模型和Rhino 软件的空间弯扭曲面放样技术,优化生成了V 型变截面柱在交汇前的㊀㊀表4㊀观测点变形Table 4㊀Deformations of observated pointsmm观测点卸载工况1卸载工况2卸载工况3卸载工况41-4-1-15-102-13-2-26-93-4-1-15-44-31-27-62-485-1-1-8-86-1-1-8-97-1-1-11-12800-7-7900-7-71000-7-711-10-7-7变截面弧形,并与交汇节点处弯扭曲面平滑过渡,实现了建筑外形与加工难度及质量的完美融合㊂2)结构分段划分决定支撑平面位置,通过施工验算,根据支撑荷载的大小设计不同的支撑形式以满足受力要求㊂3)大跨钢屋盖结构卸载时应从跨中往两侧进行卸载,使结构在卸载时应力值较小,工况1时结构最大变形为32mm <69000/1000=69mm ,结构最大应力为90MPa <305MPa ,表明安全富余较大,保证了施工安全㊂4)对大跨钢屋盖结构卸载时应考虑温度对结构的影响,卸载温度应与结构安装温度相接近,以使结构受力有较大安全富余㊂参考文献[1]㊀江苏沪宁钢机股份有限公司.雄安超算中心钢结构施工组织设计[R ].宜兴:江苏沪宁钢机股份有限公司,2021.[2]㊀李祥,卢彩霞.大跨度钢屋盖网架结构施工关键技术[J ].建筑施工,2015(11):1280-1282.[3]㊀郭小农,杨商飞,罗永峰,等.大跨度屋盖钢结构拆撑过程恒力千斤顶卸载法[J ].浙江大学学报(工学版),2014,48(10):1809-1815.[4]㊀王秀丽,荣子豪,杨本学,等.空间管桁架结构体育馆施工全过程模拟分析与健康监测[J ].建筑科学与工程学报,2017,34(2):18-25.[5]㊀中华人民共和国住房和城乡建设部.钢结构设计标准:GB50017 2017[S ].北京:中国建筑工业出版社,2018.[6]㊀中华人民共和国住房和城乡建设部.钢结构工程施工规范:GB 50755 2012[S ].北京:中国建筑工业出版社,2012.杨国松,等/钢结构(中英文),37(12),37-44,2022Key Technology of Cross Steel Truss Construction of Supercomputer Cloud RoofGuosong Yang1㊀Huanmiao Zou2,3㊀Qiang Cui1(1.Jiangsu Huning Steel Mechanism Co.,Ltd.,Yixing214231,China;2.China Academy of Building Research,Beijing100013,China;3.National Construction Engineering Technology Research Center,Beijing100013,China)Abstract:The structure of the Xiongan Supercomputer cloud project is novel in shape,and the spatial relationship is complex.The floor under the roof is split-level,so it is difficult to choose the installation plan and support layout.Therefore,it is necessary to choose a reasonable support unloading sequence to ensure the safety of the structure unloading.The roof steel structure adopted the diagonal cross grid truss structure system,and the truss strings were inclined to each other.The west side of the grid truss extended down in an arc to the sealing beam,and then the roof load was transferred to the lower frame through the curved curved torsion V-shaped support of the variable section.The east side of the grid truss connected with the three-dimensional arch truss,and a small number of round steel pipe strings were arranged in the span to form the long-span spatial structure.The deep design technology was used to optimize the joint design of the long-span structure,so that the bending and twisting V-shaped support processing could meet the demands of the structural force transmission and architectural modeling.According to the structural system and layout characteristics of the project, through the horizontal comparative analysis of the support system,construction difficulty,safety management difficulty,schedule and construction cost of the three schemes,such as lifting scheme,sliding scheme and hoisting scheme,the optimal segmented in-situ hoisting scheme was selected.The east stereoscopic arch truss divided the arch truss into the upper and lower trusses reasonably according to the structure.The next trusses set the support for sectional installation and positioning.At the same time,the next trusses provided the fulcrum to support the previous trusses,which solved the construction problem that the arch trusses are high in height and heavy in weight and difficult to install.The long-span oblique grid truss was divided into reasonable segments,and the multi-span portal support system adopts tower crane to install the roof cross grid truss in segments,and adopted cross stabilizer rod to temporarily fix the structure during the installation process,which solved the construction problem of stability outside the plane during the single piece installation of grid truss and ensures the installation accuracy of the truss structure.The installation sequence of multiple tower cranes advancing from the corner of the roof structure to the core area not only solved the problem that each step of installation can form a temporary stable system to ensure construction safety,but also improved the construction progress through simultaneous installation of multiple cranes,providing a reference for the installation of other long-span truss structures.MIDAS/Gen,a finite element analysis software,was used to calculate the influence of temperature stress on the unloading of long-span cross grid structure.The unloading simulation analysis and comparison of long-span cross truss with different combinations of temperature stress and unloading direction were carried out under multiple working conditions,and the stress-strain nephogram of the maximum stress and maximum deformation of the structure were analyzed.The simulation calculation showed that,the role of temperature stress should be considered in the unloading of multi-fulminated long-span cross truss,and the unloading sequence should be taken from the mid-span support with large deformation.The structural temperature during unloading should be close to that during the installation,so as to reduce the stress caused by the change of structural construction temperature and ensure the safety of structure construction.Key words:cross truss steel structure;plane of bending;finite element analysis;support;unloading。