大跨度空间钢结构胎架滑移法安全施工技术研究

安全施工技术研究大跨度空间钢结构胎架滑移法

安全施工技术研究大跨度空间钢结构胎架滑移法右上图：新武汉火车站

右下图：央视新楼左下图：国家体育场—鸟巢

安全施工技术研究大跨度空间钢结构胎架滑移法介绍大跨度空间钢结构的特点和形式31分析胎架的形式和设计内容，提供理论依据2对胎架滑移法施工安全系统进行合理设计3结合工程实例，使用ANSYS 分析结构安全性

4本文研究主要内容

安全施工技术研究大跨度空间钢结构胎架滑移法结合我国实际情况，结构跨度超过30m 的为中跨度结构

，跨度超过60m 的为大跨度结构。大跨度空间钢结构传力合理，技术先进，可以综合各种建筑结构的优势，能满足建筑多样化、多功能要求，比其他单一结构形式更易于使建筑和结构融为一体，更能传达建筑文化内涵并产生具有视觉冲击效果的独特造型。

第1章大跨度空间钢结构的特点和形式

安全施工技术研究大跨度空间钢结构胎架滑移法通常用方钢管、圆钢管、角钢、槽钢、C 型钢、Z 型钢、H 型钢等组成。其组成的结构形式多种多样，可以由其中一种或几种同时构成，以实现建筑上独特造型和结构的经济合理。空间结构体系表现为三维受力特征，其内力呈三维传递并以面内力或轴力为主，它具有比平面结构更好的力学性能，如内力均匀分散、结构整体性好、刚度大等优点

。

特点和形式

安全施工技术研究大跨度空间钢结构胎架滑移法胎架，是在钢结构（特别是大跨

度钢结构）中支撑上部结构拼装或滑移的操作平台。按拼装作用位置，胎架分为固定式拼装胎架和移动式拼装胎架。胎架结构形式的选择，会影响钢结构的拼装或滑移过程中的受力，胎架搭设不合理，施工操作不便，甚至会有安全隐患。因此，大跨度钢结构滑移施工中胎架的合理设计关系到

施工作业能否安全进行。

第2章胎架滑移法施工工艺分析

安全施工技术研究大跨度空间钢结构胎架滑移法胎架立柱（设剪刀撑、之字形斜撑）胎架柱间纵横连杆或梁柱顶拼装平台以及斜道或垂直爬梯

胎架胎架底盘2.1 胎架形式

安全施工技术研究大跨度空间钢结构胎架滑移法局部破坏失稳破坏

可能由胎架纵向或横向水平杆抗弯抗滑强度不足引起可能由立杆失稳导致胎架整体坍塌2.2 胎架破坏形式分析

安全施工技术研究大跨度空间钢结构胎架滑移法脚手管胎架立杆可能发生两种失稳破坏形式，即整体失稳和局部失稳。当脚手管胎架以相同步距、纵距、横距搭设时，在均布施工载荷作用下，立杆局部稳定的临界载荷高于整体稳定的临界载荷，胎架破坏形式为整体失稳。当胎架以不同步距、纵距、横距搭设时，立杆受荷不均匀时，两种形式的失稳破坏均可能发生。

安全施工技术研究大跨度空间钢结构胎架滑移法使用大型通用有限元计算软件

ANSYS 对胎架进行计算分析，首先要建立胎架模型，其次进行载荷施加，最后进行求解分析，得到分析数据。胎架水平杆间距及步距对胎架立杆稳定承载力影响不显著，增大胎架承载力不应采用减小步距或水平杆间距的方法，应采取减小

立杆间距的方法来增大承载力。

2.3 胎架立杆安全稳定性分析

安全施工技术研究大跨度空间钢结构胎架滑移法为了使胎架在施工过程中安全、稳定地滑移，并保

证大跨度空间钢结构的变形与位移满足设计的最大值，就需要对以下安全系统进行合理设计。

第3章胎架滑移法施工安全系统设计

安全施工技术研究大跨度空间钢结构胎架滑移法

测控技术分析

大跨度空间钢结构因其空间组合形式不规则，节点多且复杂，结构安装精度高，对测量精度要求高。在胎架的搭设与卸载过程中，对空间钢结构受力有很大影响，容易产生位移和变形，先进监控技术的使用显得很重要。

同步控制系统设计

胎架滑移时理想状态是始终保持各牵引点同步，不会改变空间钢结构预期的受力状态。

采用全站仪采集数据，计算机处理分析的同步控制方法。这种方法实现了滑移过程连续监控，达到较高控制精度。

安全施工技术研究大跨度空间钢结构胎架滑移法

主

楼

北指廊A 指廊

主楼屋面投影尺寸为

204.8m ×118.8m ，主楼双曲面屋盖由3排5列共15根格构支撑柱组作为支撑结构，连接屋盖10根主梁，与10根主梁垂直的方向上布置13根上下起伏的波浪形次梁（最大矢量高差4.85m ），次梁

间满铺间距4.5m 主檩条，另

有Φ58mm ×7mm 的高强镀锌钢拉索拉扯。

重庆江北国际机场新建T2A 航站楼

南连廊第4章重庆机场航站楼胎架滑移法施工应用分析

安全施工技术研究大跨度空间钢结构胎架滑移法

航站楼主楼钢结构安装：采用两台

K50/50行走式塔吊作为主要吊装设备，屋盖钢结构采用型钢滑移胎架和局部搭设脚手架

的方法安装，依次从南到北施工。

主楼屋面钢梁的安装需要搭设可移动型钢胎架，型钢胎架底盘采用

HW400×400×13×21，立柱采用P325×7.5钢管，横梁采用P245×8钢管，斜撑采用P120×4钢管（单位：mm ），材质为Q235B ，下面以最高最重滑移胎架为例。

4.1航站楼主楼型钢胎架计算与分析

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左图：型钢胎架效果图

右图：型钢胎架ANSYS

分析模型图

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1）计算模型的构建

胎架底盘单元为Beam188，杆模型单元为Pipe16，常实数类型分为立柱、横梁和斜撑三类型；弹性模量为2.1×1011，泊松比为0.3，密度设置为7850kg/m 3。

3）计算结构

与分析

对模型进行求解后，对模型位移、应力两个量进行可视化处理，得出分析所需要的数据和图片。

2）模型求解

模型中节点共有91个，单元276个，屋面钢梁的自重1.1kN/m 2，施工活载荷1.0kN/m 2，风压0.5kN/m 2。载荷组合为：

1.2×自重+1.4×施工活载荷+1.4×风压。

安全施工技术研究大跨度空间钢结构胎架滑移法

结构位移图

从计算结果可以看出整体结构最大位移

0.449mm<7.5mm ，满足《钢结构设计规范》（GB50017-2003）中

A.2.1的要求，框架层间相对位移不应超过h/400，h 为层高。

安全施工技术研究大跨度空间钢结构胎架滑移法从计算结果可以看出结构最大应力15.3MPa<215MPa ，满足《钢结构设计规范》（GB50017-2003）中表3.4.1-1的要求：Q235钢材抗拉、抗压、抗剪强度设计值为215N/mm 2，单位换算后设计值为215MPa 。

通过以上计算分析，说明主楼型钢胎架设计符合要求。

安全施工技术研究大跨度空间钢结构胎架滑移法采用施工模拟分析方法对安装过程进行预演，可以得到施工变形和应力的控制数据，以确保施工过程中结构构件的强度、变形与稳定性满足设计要求。（1）计算模型的构建取屋盖主梁和次梁单元类型为Beam188，支撑柱和檩条单元类型Pipe16；斜撑杆和次杆件单元类型Link8；拉索单元类型为Link10，并设置为单向受拉；弹性模量为2.1×1011帕，泊松

比为0.3，密度设置为

7850kg/m 3，建立模型。

4.2 航站楼主楼屋盖钢结构计算与分析

安全施工技术研究大跨度空间钢结构胎架滑移法（2）模型求解

屋盖钢结构整体模型建好后，模型中节点共有886个，单元有2031个，对模型进行约束和载荷施加；拆除固定式脚手架和滑移胎架后，屋盖支撑主要是局部脚手架和钢柱，此时结构靠自身来保证稳定，钢柱和钢索底部全面固定式约束，载荷为结构

自重的1.5倍。（3）计算结果与分析对模型进行求解后，对模型变形、位移进行可视化处理，得出分析所需要的数据。

安全施工技术研究大跨度空间钢结构胎架滑移法从计算结果可以看出整体结构最大位移97.688 mm <180mm ，满足《钢结构设计规范》（GB50017-2003）中表A.1.1的要求，楼（屋）盖梁或桁架挠度允许值

L/500，L 为受弯构件的跨度。

安全施工技术研究大跨度空间钢结构胎架滑移法通过以上计算分析，说明航站楼主楼屋盖钢结构的设计符合要求。

从计算结果可以看出结构最大应力52.6MPa<310MPa ，满足《钢结构设计规范》（GB50017-2003）中表3.4.1-1的要求，Q345钢材抗拉、抗压、抗剪强度设计值为310N/mm 2。

安全施工技术研究大跨度空间钢结构胎架滑移法本文以重庆江北国际机场新建T2A 航站楼钢结构施工为实例，研究了大跨度空间钢结构安装过程中支撑体系的设计与验算，并使用ANSYS 分析结构受力和变形，得到如下结论：胎架支撑钢结构过程中，立杆最易发生变形和受到破坏，对胎架立杆安全性进行分析与计算很重要。应使用ANSYS 对胎架进行受力分析与验算，对胎架做出安全性评价，确保其安全。胎架等支撑卸载后，使用ANSYS 对主体钢结构进行分析

验算，得出结构变形最大位移值和最大应力值，验算其是否

满足设计的需求。

123第5章结论

第5章结论安全施工技术研究大跨度空间钢结构胎架滑移法