虹口提篮桥P3裙房大跨屋盖施工过程仿真分析

虹口提篮桥P3裙房大跨屋盖施工过程仿真分析

罗晋,夏治春,范昌宙,曾维盛,汪伟

中建科工集团有限公司，上海

[摘要]  P3社区中心裙房屋盖长度84米，跨度为37.5米，施工采用SAP2000 软件中的非线性阶段施工分析方法，对屋盖钢结构安装和拆撑卸载进行全过程仿真分析，从两端向中间延伸安装，先后做2次卸载，重点阐述各施工阶段安装和卸载过程的控制工况的应力和变形，分析了各阶段的最大应力和最大变形，钢结构在卸载安装完成后其应力和变形满足GB 50017-2017《钢结构设计规范》的要求，能够保证施工过程的安全。

[关键词] 大跨度，钢屋架，支撑架，非线性阶段施工，应力，应变，卸载，

1  工程概况

本项目座落于上海北外滩商务中心核心地带，西连外滩商业中心，南望陆家嘴金融中心, 与外滩、陆家嘴形成三足鼎立之势，共同构成黄金三角。项目建成后既从形象上定义了北外滩“航运中心”的城市象征，又为北外滩周边居民提供一个可购物、可休闲、可运动的活力社区。总建筑面积为194659.5平方米，其中地上建筑面积为123625.5平方米，地下建筑面积为71034平方米。

钢结构主要分布于六个部分，T1塔楼、T2塔楼、P1裙房、P2裙房、P3裙房及地下室。T1、T2高层主体塔楼采用外围钢框架+混凝土核心筒的混合结构体系，混凝土核心筒是主要的抗侧力构件，P1、P2、P3裙房地上采用钢框架结构体系，上部结构各单体互为独立。

2  P3裙房钢结构概况

地下四层，其中钢结构为地下三层劲性结构，地上三层框架结构，其中三层为网球场馆，屋盖跨度达37.5米，纵向长度84m，轻钢结构，本方案主要针对P3裙房屋盖钢结构原位吊装进行阐述，在方案中细化施工措施及吊装分析。

整个屋盖沿屋脊两侧呈折叠状，屋脊高度24.953m，檐口高度为19.920m/21.320m，屋盖由主梁和斜撑组成，主梁共10跨，其中三跨带“米”字斜撑。

地上钢柱为箱型柱和H型钢柱，截面最大为南侧Y型柱，截面为□850×850×50；钢梁主要为H型截面，屋盖钢梁为BH1000×500×18×50，材质均为Q355B。

3  屋盖施工难点

跨度大、构件重，汽车吊无法占位，塔吊起重量偏小。

（1）屋盖跨度达37.5m；

（2）屋盖整跨钢梁重量达22T；

（3）社区中心两塔吊为STT293，最大起重量为17t，且其回转半径仅18.5m，难以满足施工要求。

（4）场地狭小，社区中心仅西侧有一条消防通道可供汽车吊站位，且距离较远，跨外吊装距离约27m，无法满足吊装需求。

4  屋盖施工总体思路

经过多种方案对比分析，本项目屋盖拟采用支撑架对屋盖进行分段吊装，支撑架位置三层梁跨中位置时，框架主梁两端会产生较大弯矩，使得钢梁下挠，此时需要在顶板位置对钢梁进行回顶，施工较为繁琐，经对下部结构分析，可将支撑架移至C-4轴位置，并在框架柱上方45°斜放，保证支撑点落在钢梁上，经计算无需进行相关回顶。
    除结构南北两端受钢梁悬挑及塔吊影响无法布置支撑架外，共需在以下9个轴线位置布置支撑架，现由两端向中间延伸施工，每个支撑架可循环周转两次。

图8 屋盖钢梁安装及卸载顺序                图9 支撑架立面图

5施工过程仿真分析

本项目采用通用有限元软件SAP2000的非线性阶段施工分析方法，考虑节点、施工荷载等，质量系数取1.2，为了准确反映施工全过程结构受力特性以及各阶段结构响应，在全过程分析中采用累计模型分析方法进行施工模拟。

支撑点卸载采用GAP单位进行模拟，每次施加位移荷载10mm。

各主要施工工况下钢结构的应力分布和竖向位移分布如下图所示：

屋盖钢梁下部钢柱应变图         屋盖钢梁下部钢柱应力图

第二阶段卸载完成                   第二阶段卸载完成应力图

通过以上整个施工流程的全过程施工仿真分析，屋盖第一阶段卸载完成后的挠度为28.6mm，第二阶段卸载完成后的挠度为39mm，主要出现在跨中位置，竖向位移量完全可控，能够保证施工过程的安全性，并为施工现场提供了合理的计算依据。

钢结构屋盖在施工过程中，构件最拉大应力为84MPa，在屋盖最终卸载完成时的屋盖梁端与柱节点位置，按照设计要求，屋盖柱节点域壁厚相对于构件增加20mm，即实际构件加工时屋盖梁端与柱节点又进行了20mm的加厚补强，强度满足施工要求。

6结束语

结合虹口提篮桥P3裙房大跨屋盖施工过程，详细阐述了工程概况、施工总体思路和施工步骤，对全过程进行了施工模拟分析，验证施工方法的可行性，整个施工过程的应力和位移响应均满足设计要求，结构刚度较大。