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大型钢结构施工时的温度影响及精度控制 T e mp e r a t u r e I mp a c t a n d P r e c i s i o n C o n t r o l d u r i n g L a r ge S t e e l S t r u c t u r e Con s t r u c t i on 高群山 中铁建工集团北方工程有限公司 天津 3 0 0 4 5 1 摘要温度影响及精度控制是钢结构施工过程中的一项重要内容，特别是随着大型钢结构体系越来越复杂，温度作用 逐渐成为影响钢结构精度控制和承载力的重要因素。以京津城际延伸线于家堡站站房工程穹项钢结构为例，通过对钢 结构底环梁安装施工过程中的实际研究，阐述了温度对环形钢结构在荷载和定位精度方面的影响，并据此提出了相应 的施工措施 ，对钢结构施工有一定的借鉴作用。 关键词钢结构施工 温度影响 有限元分析 精度控制 中图分类号 T U 1 1 1 文献标识码B 文章编号1 0 0 4 1 0 0 1 2 0 1 3 1 0 0 9 0 6 0 2 1 工程概况 京津城 际延 伸线于家堡 站站房工程是京津城际高铁 延伸线的终点站 ，位于天津市滨海新区于家堡中心商务区 的核心位置。该站房工程是国内首批全地下车站工程 ，地 面部分仅为单层 网壳穹顶钢结构。穹顶钢结构南北 向的 长度为1 4 3 m，东西 向宽8 0 m，建筑矢高2 4 m，建筑面积 1 1 0 0 0 m ，总质量约4 2 0 0 t 。该网壳结构是分别由3 6根正 反方向的大截面螺旋型钢梁相交而成的，通过3 6个钢支座 将荷载传递至下部结构主体。单层网壳钢结构外观上类似 于 “ 贝壳型” 图1 ，该结构形式新颖 ，在国际上尚属首 例 。 图1 于家堡站穹顶钢结构完成后的效果 穹顶钢结构底环梁施工过程 中正处于7 月份 ，是北方 地区一年之中温度最高的季节 白天最高温度达3 6。 c ，夜 间温度在2 2 。 c 左右 。温度变化对钢结构影响明显，特别 是对下部3 6个钢支座的应力影响最为显著。温度变化容易 造成支座偏移、定位不准 ，或是 由于温度应力过 大对支座 与结构项板连接部位 的灌浆料产生剪切破坏 ，影响结构安 作凄 简介高群幽； 1 登 件 i 男， 硕士总工程师。 i i i 通讯地址 天津市滨海新区 福建j b 路6 9 号 3 0 o 蓬 5 誊 收藕 日 期2 0 1 3 _ 0 8 _ o 8 i 9 0 6 I 建 筑 施 工第 3 5 卷第 1 o 期 全。根据于家堡站房工程穹项钢结构的结构形式 ，底环梁 的施工精度直接影响了后续钢构件 的施工质量与安全 ，必 须合理控制温度的影响。 2温度影响的研究 利用A N S Y S 有限元软件对穹顶钢结构的底环梁进行建 模 ，分别针对3种不同的工况 ，从理论上分析温度对钢结 构 的影口 向 。分析过程 中近似认为底环梁约束条件 为径 向约 束环向释放，各工况温度缝设置如下 工况一 只有4条合拢缝 工况二 每3个支座预留1条合拢缝 ； 工况三 不留合拢缝 图2。 、、 -／ 图2 3种不同工况的有限元模型 采用A N S Y S 有限元软件的单元生死功能，将合拢杆件 杀死，合拢后再激活，得到了底环梁构件的应力分布。 由于在夏季合拢，考虑不利工况为一 2 O。 c 温差，以下为 各工况分析结果 未考虑上部结构影响 a 3 种工况条件下 ，A N S Y S 有限元软件应力云图如 图3 所示。 图3 3种工况条件下底环梁应力云图 ／ ， 、 - 、 、 ／ 一 ～ b 3 种工况条件下，支座反力的计算如表 1 表3 所 表1 4条合拢缝工况下支座 反力 节点号 反力／ k N 节点号 反力／ k N 节点号 反力／ k N 节点号 反力／ k N 1 0 O l 1 a - 0 ．2 4 4 0 5 1 8 - 5 ． 5 8 1 6 l 1 0 ． 2 4 4 0 5 1 0 a O 0 8 1 ．5 4 2 9 1 5 a 一 0 ． 3 0 8 7 7 1 2 0 ． 4 5 7 41 0 8 a 1 ． 5 4 2 9 0 7 - 3 ． 0 7 3 4 0 9 a 0 ．3 0 3 3 7 1 3 0 ． 2 3 6 2 4 l 3 a - 0．2 3 6 2 4 0 6 1 ． 8 3 5 9 l 9 l 6 ． 8 2 6 1 5 - 0 ． 3 0 8 7 7 0 7 a 一 3 ． 0 7 3 4 0 5 l O ．2 2 l 1 8 a - 5 ．5 8 1 6 0 3 a 0 1 6 a 1 ．6 0 4 6 0 4 1 4 ．6 0 9 - 0 ．3 0 3 3 7 0 2 a 4 ．3 9 9 4 0 6 a 1 ． 8 3 5 9 0 4 a - 1 4 ．6 1 2 a 0 ．4 5 7 4 1 0 1 0 1 7 a - 4 ． 1 5 71 1 6 1 ． 6 0 46 0 5 a 1 0 I 2 2 1 0 2 4 ．3 9 9 4 1 4 a 0 ． 0 3 0 4 6 1 1 7 - 4 ． 1 5 71 1 4 0 ．0 3 0 4 6 1 0 3 0 表2 每3个支座预 留1 条合拢缝 节点号 反力／ k N 节点号 反力／ k N 节点号 反力／ k N 节点号 反力／ k N 1 0 0 1 1 a - 8 8 ．8 3 7 1 8 - 2 8 1 O l 1 - 8 8 ． 8 3 7 l 0 a 0 0 8 1 8 9 1 5 a - 3 9 8 l 2 5 2 ． 7 5 3 0 8 a 1 8 9 0 7 8 5 0 0 9 a 1 7 0 l 3 1 44 l 3 a - 1 4 4 0 6 1 0 2 0 1 9 - 3 6 3 0 1 5 3 9 8 0 7 a 8 5 0 0 5 9l 2 1 8 a - 2 8 1 O 0 3 a O 1 6 a 一 4 4 2 04 1 9 3 0 0 9 1 7 0 0 2 a 1 7 9 0 0 6 a 1 0 2 0 0 4 a l 9 3 0 1 2 a - 5 2 ．7 5 3 0 1 O 1 7 a 一 9 4 9 1 6 - 4 4 2 0 5 a 9 1 2 0 2 1 7 9 0 l 4 a - l 7 0 1 7 9 4 9 1 4 - 1 7 0 0 3 O 表3 不 留合拢缝 节点号 反力／ l N 节点号 反力／ k N 节点号 反力／ k N 节点号 反力／ k N l O 0 l l a - 0 ．0 5 6 1 8 1 8 - 0 ． O O 1 8 5 l l - 0 ．0 0 0 4 7 1 0 a 0 0 8 O ．0 0 o 5 2 4 1 5 a - O ．0 0 1 2 3 1 2 0 ． 0 0 0 3 9 8 0 8 a - 0 ． 0 0 6 7 4 0 7 - 0 ．0 0 0 1 1 0 9 a 0 ． 0 0 8 6 9 6 1 3 0 ． O 01 1 7 4 1 3 a 0 ． 1 6 9 7 5 0 6 0 ．0 0 0 8 9 3 1 9 - 0 ．0 0 2 0 1 l 5 0 ． 0 0 2 0 0 5 0 7 a 0 ． 0 0 7 4 7 6 0 5 0 ．0 0 0 2 l l 8 a - 0 ．0 0 0 9 7 0 3 a O 1 6 a 0 ． 0 0 0 6 6 5 0 4 0 ．0 0 1 6 8 9 0 9 - 0 ．0 0 0 2 3 0 2 a 0 ． 0 01 7 5 4 0 6 a - 0 ．0 0 3 5 2 0 4 a - 0 ．0 0 1 7 5 1 2 a 0 ． 2 2 0 3 5 0 1 O l 7 a 一 0 ． 0 0 0 3 4 1 6 0 ． 0 0 04 0 5 a 0 ．0 0 3 5 9 8 0 2 0 ． 0 0 0 5 6 4 1 4 a 一 0 ． 0 0 0 8 2 l 7 0 ．0 0 0 1 4 2 l 4 - 0 ．0 0 3 3 7 0 3 0 由3种分析结果可以看出，当预留4条合拢缝时，底环 梁形成整体后 ，在 2 0。 C - F 况下的最大应力为2 ． 5 M P a ， 每3 个支座预留1条合拢缝时最大应力为0 ． 3 MP a ， 不留合拢缝 时最大应力为7 0 ． 6 MP a ，最大支座反力为一 3 6 3 0 k N，会给 支座造成很大负担 ，因此实际施工中有必要设置温度合拢 缝 ，且严格保证合拢温度为 1 4 5 。 C 。 3 施工具体措施 施工时 ，具体措施如下 a 改变原施工组织设计 ，增设温度缝。考虑到在不 设置温度缝的工况下，产生的支座反力较大，故在实际施 工过程中每3个支座之间的钢构件作为1 组设置温度缝。组 与组之间在支座 固定后 ，在夜间进行连接 固定 。最后整体 预留4 条温度缝 ，在上部钢结构完成后进行整体合拢。 b 增 大支撑架体 的承载力和整体稳定性。穹顶钢 结构底环梁设置温度缝后 ，必然在后续钢结构施工过程中 对整体 刚度产生削弱，从而影响施工过程 中的安全。故对 现有的支撑架体进行加固 ，增加竖 向支撑架体 的数量以提 高承载能力 ，同时增加水平 向桁架 以提高支撑架体 的整体 刚度 ，保证钢结构施工过程 中的安全。 C 对底环梁进行遮 阳降温。在白天温度较高时，利 用毡布对底环梁进行遮阳处理 ，并洒水 降温。降低 因温度 升高引起的底环梁膨胀和伸缩变化 ，同时降低因底环梁变 化造成的承载钢支座的变形。 d 支座灌 浆固定在夜间进行。为进一步降低因温 度变化产生的应力，避免支座位置的应力集 中，穹顶钢支 座在进行灌浆固定时多在夜 间或阴天情况下进行 ，以便温 度应力的释放 ，避免灌浆料在未达到设计强度的情况下因 温度产生的收缩 变化，产生缝隙 ，造成锚 固力不足 ，影响 后期钢支座的施工质量。 e 提高支座部位灌浆量的强度等级。按原设计底 环梁下部 的穹顶钢支座在与结构主体进行连接时采用强度 为C 5 0 的高强砂浆 ，为保证灌浆料在未达到设计强度前不 因温度应力 的剪切而产生破坏 。工程 建设单位在与设计 单位 、监理 单位充分沟通 的基础上提高灌 浆料的等级至 C 7 0，3 d B ,- J- 间强度 即可发展到5 O MP a 左右。 4 结语 通过深入的研究和分析 ，结合国内多处钢结构施工实 例 ，京津城际延伸线于家堡站站房工程在钢结构施工过程 中充分考虑了温度对钢结构 的影响，并采取了合理 有效地 措施 ，保证了施工质量与施工安全 ，更好地控制 了钢结构 施工的精度，提高了施工进度 ，取得 了良好的效果。 【 1 ]李焕税 屈立军． 温度应力对钢结构影响的试验研究[ J ] ． 建筑结构， 2 0 0 8 7 6 4 6 5 ． [ 2 ]周燕， 王元清， 戴国欣等低温对钢结构疲劳性能影响研究综述[ J ] ． 低温建筑技术． 2 0 1 3 7 5 - 9 ． 【 3 】施刚， 王元汽石永久．超高强度钢材钢结构的工程应用 ．建筑钢结构 进展，2 0 o 8 4 3 2 3 8 ． [ 4 ]范重， 王姑， 唐杰． 国家体育场大跨度钢结构温度场分析与合拢温 度研 究[ J ] ． 建筑结构学； 2 0 0 7 2 3 2 - 4 0 ． 【 5 】 陈建稳，候红 樊祜壮． 日 照条件下空间钢结构温度效应研究[ J ] ． 钢结构 2 0 1 1 1 2 1 5 ． [ 6 ]韦启姑． 浅谈钢结构施工要点【 J 】 ．城市建筑， 2 0 1 3 1 2 8 3 ． [ 7 ]张智云翎 结构设计中 的变形问题 ． 黑龙江科擞信息， 2 0 1 3 2 0 1 9 3 ． 2 0 1 3 ． 1 0 B u i l d i n g C o n s t r u c t i o n I 9 0 7