铁路站房屋面斜梁吊装施工模拟分析

铁路站房屋面斜梁吊装施工模拟分析

白雪飞 1，王淑迎 2

（ 1、中铁上海设计院集团有限公司徐州设计院，徐州 221000；

2、成都地铁运营有限公司，成都 610000）

摘要：站房屋面弧形斜梁拼装难度高，为高空、大跨度作业，斜梁在地面拼装好一定宽度后进行吊装，吊装挠度控制是施工难点。为保证施工时斜梁之间能顺利连接以及避免施工过程中发生过大位移变化，需要对其进行施工模拟分析。得到了施工过程中比较危险的阶段点，为保证施工过程的安全顺利进行提供理论依据，同时也为同类型空间结构施工全过程模拟提供参考。

关键词：弧形屋面；吊装；施工模拟

1 工程概况

某站房建筑物长196.1 m，主体结构为连续的拱形结构与双向正交斜放钢梁结构。结构形式站房为框架结构屋顶大跨度拱体结构，其中屋面结构为斜梁结构，屋面外部为凸起形状（如图1-1）。

图1-1 站房三维示意图图

2 屋面斜梁吊装施工模拟分析

2.1 吊装方案拟定

本工程屋面标高为15.8m-29.8m，其多为高空作业施工。由于屋面斜梁为钢桁架结构，整体结构重量大，整体吊装困难，必须进行分片分条吊装，安装顺序从两端向中部进行，各段间吊装时采用临时支架进行支承，最后整体进行临时支架卸载。

屋面钢结构在进行吊装时，根据本工程钢结构的构造特点和设计结构的划分方法，结合工程的施工安排，将屋面钢结构施工按前后分区划分为两个施工区：A区、B区。

2.2 吊装施工模拟分析

因整个站房屋面结构跨度大，吊装时间长，整个吊装过程的安全性要求高，需要站房屋面斜梁进行吊装阶段的验算，以保证整个吊装过程中结构的强度和整体稳定。

本文利用ANSYS有限元软件对屋面斜梁的整个吊装施工过程进行工况模拟^[2]。结合目前较为成熟的模拟分析方法^[3]，站房结构中的钢拱柱采用壳单元SHELL181进行模拟，屋面斜梁采用梁单元BEAM188进行模拟，建立站房的整体模型，如图2-1。

图2-1 站房整体模型

安装顺序从两端向中部进行，首先对A区屋面钢结构进行吊装，待A区屋面钢结构吊装完成后再对B区屋面钢结构进行吊装。按照上述安装顺序进行施工模拟分析计算，并提取各步计算结果如表2-1。

表2-1 各施工步骤模拟计算结果(有支架)

由表可以得到：在屋面斜梁安装过程中，A区屋面产生的最大位移为65.3 mm，B区屋面产生的最大位移值为4.3 mm；屋面斜梁的Von Mises 应力值为104.4 MPa。

根据《钢结构施工规范》规定，屋盖挠度容许值可取跨度的1/250，站房分区跨度分别为36m、 12m，因此A、B区的挠度容许值为144mm、48mm；

将屋面斜梁吊装施工模拟分析的计算值与规范值比较可得：屋面斜梁吊装过程中，A区最大位移值小于144mm，B区最大位移值小于48mm，满足规范要求；在施工过程中，可以将模拟分析计算的位移值作为施工参考值，如果吊装过程中屋面结构产生较大变形，可及时对施工方案进行调整，避免产生偏差累积，导致斜梁之间不能顺利连接。由表2-1可以看出，屋面斜梁吊装过程中的Von Mises 应力值小于215N/ mm

²，说明整个过程中斜梁构件处于弹性变形阶段，满足规范的应力要求，结构安全。

3 结语

本工程针对吊装状态下的屋面斜梁钢结构单元以及屋面斜梁的整体施工过程，使用ANSYS有限元软件进行施工模拟分析。站房结构中的钢拱柱采用壳单元SHELL181进行模拟，屋面斜梁采用梁单元BEAM188进行模拟，计算分析结果表明吊装过程中A、B区最大位移值均小于规范值；屋面斜梁结构Von Mises值满足规范的应力要求，整个过程中斜梁构件处于弹性变形阶段结构安全。

参考文献：

1. 北京钢铁设计研究总院.GB 50017-2003 钢结构设计规范[S].北京：中国计划出版社，2003.

2. 王新敏.ANSYS 工程结构数值分析[M].北京：人民交通出版社，2007.

3. 陈小才.大跨屋盖钢桁架结构施工过程分析[D].太原：太原理工大学，2011.