湖北省科技馆新馆钢结构沉浸影院施工方案

湖北省科技馆新馆钢结构沉浸影院施工方案湖北省科技馆新馆钢结构沉浸影院施工方案湖北省科技馆新馆钢结构工程简介（一）施工方法比选沉浸影院结构造型复杂，立面呈一漏斗造型，通过双曲网壳与四层主桁架连接，一端倒挂于四层主桁架上，一端支承于地面，经纬线分别通过箱型及圆管构件分割，施工难度大，精度控制要求高。我部目前考虑了两种施工方法：比较内容高空散拼焊接整体提升施工优点缺点优点缺点工期拼装胎架搭设耗时较长。拼装胎架比散拼方案少约20m，搭设时间较短。经济拼装胎架若采用满堂架，约10W立方，搭设费用约整体提升费用按700元/t计，共1800t提升，需130W提升费用。可行由下往上施工，一次成型，危险性小于提升施工。需结构完全安装完才能释放部分应力应变。经初步核算，提升施工可行，且结构提升时可提前释放部分应力应变。安全风险高于焊接散拼，倒装段施工空间小，难度高。经综合考量，结合结构受力特点，现暂时选择整体提升作为沉浸影院施工方案。同时，对焊接散拼方案，项目部亦提出了优化方案。湖北省科技馆新馆钢结构工程简介（二）整体提升区段划分为保证提升过程中结构竖向挠度小及外壳径向变形小，必需保证内壳及外壳上段组合桁架的完整性及外壳自身的刚度，故在内壳底部下端，外壳有环形斜杆处分段，上部逆作提升，下部结构在提升完成后倒装施工。湖北省科技馆新馆钢结构工程简介（三）结构预留及提升点设置本工程浮空影院结构安装采用整体提升的方法进行施工，经计算，整体提升结构总重约1800t，考虑到整体提升过程的稳定性，设置16个提升点；同时，为保证屋面结构的完整性，及提升过程中提升段的强度和稳定性，故将占用整体提升通道的核心筒部分结构预留补装施工。湖北省科技馆新馆钢结构工程简介（四）提升工况模拟模型建立因提升机构只提供竖向力，故计算时通过在主桁架两端只设置竖向约束进行模似；同时考虑主桁架与核心筒的安装精度，提升时设置侧向支撑，防止端部扭转过大，故增加支座两侧低弹性刚度进行模似，为安全起见，弹性刚度取5KN/mm。荷载组合：1.3恒载。湖北省科技馆新馆钢结构工程简介（五）未加固前的模拟分析由下图可知，提升段大部分构件强度应力比均小于0.6，满足规范要求，局部靠核心筒处，因抽除钢柱，而使该处杆件截面不足，需进行加固。主桁架挠度从支座处往跨中逐渐变大（0.274～62.508mm）；结构外壳在核心筒抽柱边缘局部不协调变形（蓝色80.289mm左右）。由于单层网壳对缺陷非常敏感，同时为使安装完后，提升段结构与原结构接近，需局部加强，并对主桁架进行预起拱。湖北省科技馆新馆钢结构工程简介（六）结构加固方案局部强度不足问题，由于该处有抽柱现象，与原结构受力不同，故现于主桁架靠近支座端加悬挑桁架。仅增加悬挑，未能使抽柱处GL6a强度满足规范要求，只对结构变形有所改善，现对其强度不足进行加固。拟在其即GL6a与封边桁架间增加腹杆，使其形成桁架受力体系。湖北省科技馆新馆钢结构工程简介（七）加固后的模拟分析应力分析：增加腹杆后，结构杆件强度最大应力比0.897<1，满足规范要求。应变分析：在增加腹杆后，结构整体变形未发生大的变化，变形对称协调，且挠度值有所降低，66.706mm<126mm（50400/400=126），满足规范要求。但考虑下部安装，及与原设计结构相吻合，加工时必需对主桁架进行预起拱，起拱值为MAX（桁架跨度的1/1000，提升下挠变形）。湖北省科技馆新馆钢结构工程简介（八）支座反力及桁架扭剪变形根据计算结构，对提升点制作反力进行验算，结论如下（支座反力单位KN）：提升点编号支座反力提升点编号支座反力1131922132147101937332611215742471220125170132166618014188371831521788157161953湖北省科技馆新馆钢结构工程简介（八）支座反力及桁架扭剪变形由各支座反力结论可看出，外侧支座受力较小，内侧支座受力较大，结合结构应力变形分析，可知：四层筒间主桁架存在扭剪变形。湖北省科技馆新馆钢结构工程简介（八）支座反力及桁架扭剪变形整体提升工况下，桁架外侧跨中下挠约16mm，桁架内侧跨中下挠约51mm，沉浸影院下端下挠约66mm。由于受沉浸影院结构的影响，所以桁架内侧吊点反力与桁架外侧吊点反力相差较大，桁架整体受扭，现考虑在桁架外侧与沉浸影院下端加设4根临时拉索，重新对结构进行模拟分析。湖北省科技馆新馆钢结构工程简介（八）支座反力及桁架扭剪变形增加临时拉索后，支座反力如下：提升点编号支座反力提升点编号支座反力1269920872275101818344811206643941218635362131987636814171073351520258323161792由上述计算分析对比可以知，在桁架外侧与沉浸影院之间架设临时拉索后，桁架外侧吊点反力增大，桁架内侧吊点反力减小；桁架外侧桁架下挠增大，桁架内侧下挠减小；沉浸影院下挠减小，由此可以可以看出，增加临时拉索有助于减小桁架的扭转趋势，对提高提升过程中的稳定性有很大帮助。最终得到的预起拱值为50.4mm。湖北省科技馆新馆钢结构工程简介（九）高空散拼焊接方案的优化在考虑了整体提升施工方案的同时，项目部亦对高空散拼焊接方案提出了优化。一般状态下，高空散拼焊接方案考虑自地面搭设拼装胎架或满堂架至外壳下弦，超高胎架搭设费时，