大跨钢结构施工与振动敏感性分析.pdf
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1、中国科技信息 2024 年第 5 期CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Mar.2024-60-两星推荐随着人类建筑水平的不断提高,建筑工程项目的高度不断增加、跨度不断延展。高度的增加和跨度的延展,是人们追求更大有效空间的必然趋势,同时也体现了建筑领域科学技术水平的进步。在大跨度工程项目中,以钢结构作为基本框架是一种非常常见的手段。钢结构不仅强度好、刚度好,也易于有效连接和拓展,因此特别适合于大跨度工程项目的设计和施工。本文中,就将大跨度钢结构应用于华域汽车技术研发中心建筑工程项目,成功地解决大型商业建筑的施工问题。需要指出的是,大跨度钢结构会遇到
2、较为严重的振动问题。一方面,钢结构的振动效应与外界环境条件、激发条件、钢结构自身情况密切相关。另一方面,钢结构的跨度增加时,会因为尺寸的增大而造成自振频率的增加。大跨度钢结构的刚度和质量,都比普通钢结构要明显增加,对于纵向挠度也会产生影响。在这样的情况下,分析大跨度钢结构的振动敏感性,对于大跨度工程项目的稳定性也具有十分重要的意义。大跨钢结构的施工构建为了便于阐述大跨度钢结构的施工,本文以一个具体的工程案例为对象来进行说明。工程名称为华域汽车技术研发中心建筑工程项目钢结构工程,建设单位是华域汽车系统股份有限公司,设计单位是同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司,总承包单位是上海建工二建集团有限
3、公司,建筑规模总面积为 100 311.4m2,其中地上 64 011.4m2,地下36 300m2。华域汽车技术研发中心建筑工程项目位于上海市浦东新区科苑路501号,由3层裙房和3栋10层建筑(A、行业曲线开放度创新度生态度互交度持续度可替代度影响力可实现度行业关联度真实度大跨钢结构施工与振动敏感性分析赵忠营赵忠营上海建工二建集团有限公司图 1 华域汽车技术研发中心建筑工程项目的大跨度钢结构设计-61-CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Mar.2024中国科技信息 2024 年第 5 期两星推荐B、C 楼)组成,裙房建筑最大高度 16.1m,高
4、层建筑最大高度为 49.3m。华域汽车技术研发中心建筑工程项目采用了大跨度钢结构进行设计,其钢结构示意如下。工程包括 3 栋高层和高层间联系裙房组成,主体结构类型为钢框架结构。钢结构广泛分布于地下室负一层以上,主要构件类型包括箱型柱、圆管柱、箱型梁、H 型钢梁、钢楼梯。钢材材质包括 Q235B、Q345B、Q345GJB、Q390GJB,最大板厚为 60mm。工程项目中,各楼宇的技术参数如表 1 所示。表 1 工程项目施工中的技术参数序号 单体名称建筑高度(m)层数(地下室)结构类型工程量(t)1A 楼49.310(2)钢框架结构3 9852B 楼49.310(2)钢框架结构2 6503C 楼
5、49.310(2)钢框架结构2 7154D 楼16.103(2)钢框架结构1 255本工程 A 楼三层存在两根跨度 24.4m 的大跨度箱型钢梁(钢梁编号 GL4),截面为口 1 6008004060,跨度为 24.4m,单件总重 46t。施工过程中,大跨度钢梁分布在 DE 轴/69 轴分成三段吊装;临时支撑胎架布置在距 6轴和 9 轴 8m 处位置,胎架底部预埋锚栓与楼板临时固定,胎架顶部设置 H 型钢和千斤顶支撑分段钢梁并卸载;选择75t 汽车吊 20.1m 主臂,起重量 26.2t,构件重量 16.15t,安全系数 K=26.2/(16.15+1)=1.52 1.2,满足安全系数要求。大
6、跨钢结构振动敏感性分析基于虚功模型的敏感性分析大跨钢结构施工后,主要的安全问题来自振动影响。因此,本文针对大跨钢结构的振动敏感性进行研究。大跨钢结构形成以后,各个构件之间彼此形成约束和制约。当其中一个构件受到影响而发生某种改变时,会将这些影响间接地传递到与其相邻、间接相邻的其它构件。在这种复杂的约束关系下,就可以对大跨钢结构的整体进行包括振动敏感性在内的各种敏感性分析。在这一领域中,约束模型已经成功运用到钢结构伸臂桁架的施工和优化、钢结构侧向力的平移和转动力学分析等。约束模型在实际运用的过程中,又可以演化成两种不同的模型,一是虚功模型,二是增量模型。首先来看虚功模型。虚功模型是充分考虑大跨钢结
7、构所受到的各种影响因素,进而将这些影响因素设定为对应的约束条件,在分析某一个条件时假定其他条件都不发生变化,从而可以观察到这个条件的变化对大跨钢结构某个方面的影响程度。依据虚功模型,设定敏感性参数,如公式(1)所示:kikivgs=(1)这里,i 表示的是影响大跨钢结构的第 i 个条件,k 表示的是影响大跨钢结构的第 k 个条件,kis表示的是当第 k 个条件发生变化时大跨钢结构中第i个条件表现出来的敏感程度,也称之为敏感系数,gi表示的是当第 k 个条件发生变化时大跨钢结构中第 i 个条件出现的改变量,vk表示的是大跨钢结构中第 k 个条件的改变量。进一步,考虑一种极限的情况,当大跨钢结构中
8、第 i 个条件的改变量趋近于 0 即其变化非常微小时,公式(1)中的各种变化量变成了微元的形式,从而使得敏感性参数的计算等同于微分求导的过程,如公式(2)所示:(2)这里,i 表示的是影响大跨钢结构的第 i 个条件,k 表示的是影响大跨钢结构的第 k 个条件,Sik表示的是当第 k 个条件发生变化时大跨钢结构中第i个条件表现出来的敏感程度,也称之为敏感系数,dgi表示的是当第 k 个条件发生变化时大跨钢结构中第 i 个条件出现的改变量微元,dvk表示的是大跨钢结构中第 k 个条件的改变量微元。在实际运用的过程中,公式(1)和公式(2)中的条件要具体化,比如体积条件、质量条件、刚度条件、强度条件
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