《外海高层钢结构工程设计与施工研究.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《外海高层钢结构工程设计与施工研究.docx（3页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、外海高层钢结构工程设计与施工研究外海高层钢结构工程设计与施工研究：未知 摘 要：钢结构高层结构与传统的混凝土建筑相比，适合于活荷载占总荷载比例较小的结构，以及软土地基上建造。本文运用有限元软件SAP2000对外海超高层钢结构进行分析研究，并对施工中存在的经验教训进行总结，为类似工程提供很好借鉴。关键词：外海 钢结构 设计1.工程规模及结构形式本工程位于某港区作业区口门处防波堤上。主结构为九层框架钢结构，立柱为426钢管，钢梁为H钢，柱撑水撑为127，部分楼层底板为复合楼板结构：楼承板上加设混凝土面层，框架顶设维修平台，架设附属结构设施，屋顶架设15m钢结构轻型塔。本工程离岸最近距离约为1公里，
2、需要水上运输，自行发电，本工程计划工期150天。2.设计分析研究本文采用有限元?件SAP2000对外海高层钢结构进行整体建模分析，分析此结构体系的振型和周期等结构固有特性。高层结构的振型尤其是高阶振型对体系的模态及地震响应影响较大，本文采用反应谱法分析结构地震作用下的内力和变形，通过分析结构体系的顶层位移、层间位移、层间位移角的变化情况，对外海高层钢结构进行研究。反应谱法是地面加速度一定的情况下，结构运动在不同周期下的最大相应曲线（加速度Sa，速度Sv，位移Sd）。复杂的结构简化为单自由度结构体系，通过振型叠加法，将原有结构由多自由度体系转化为多个单自由度体系。反应谱理论有以下特征：一是位移反
3、应谱与速度位移谱类似；二是加速度反应谱的数值在周期短时接近地面最大加速度，周期长时接近零；三是速度反应谱数值周期很短时接近零，随着周期增大而增大，且周期增加幅度存在极值。地震反应谱分析常用的方法为精确法，基本思路是将离散形式的地震动加速度记录数据用分段线性插值的方法复原，再逐段求解。加速度反应谱方法是利用振型的正交等特性，将多自由度简化为单自由度分析，然后利用某种相应的振型耦合法（SRSS和CQC）得到多自由度结构的抗震分析的结果。表1中，x、y的意思是结构向x方向、y方向运动，为扭转，表中运动或扭转幅度过小的没有表示。由有限元分析计算可知，结构的第一振型为y方向，第二振型为x方向，从第三振型
4、开始，有扭转，且伴有扭转耦联。图2左图为结构体系的楼层位移图，右图为结构体系的层间位移角图，楼层的位移随着层数的增加逐层增加，于塔楼顶层达到最大值。层间位移和层间位移角呈现较强的变化，综合函数图线作用下的地震响应，层间位移角随层数在开始阶段逐渐增加，于第二层第三层的交界附近达到最大值，其后随着层数的增加有所降低，在第五层达到极小值，随后随着楼层增加而降低，顶层存在鞭梢效应。结构在首层、第五层和第八层设置了交叉支撑，其他楼层未设置交叉支撑，支撑的存在提高了所在楼层的刚度，但同时使得相邻未设置交叉支撑的层间位移角相对大幅度增加，因此楼层在第五层的层面位移角达到极小值。高层钢结构设计中支撑有以下作用
5、：一是增加钢结构建筑的纵向稳定的空间刚度；二是在排架平面外，提供可靠的支承点从而减小柱在排架平面外的计算长度；三是承受钢结构建筑端部山墙风力、纵向吊车刹车荷载、温度产生的应力和地震作用，并将其传至基础。支撑的合理设置能有效减小高层钢结构的层间位移角，从而增加钢结构整体的稳定性。3.施工过程的分析研究（1）施工总体安排根据工程施工图纸及相关要求进行二次细化设计，分别针对梁、柱、交叉撑做出加工图，进行零部件的车间加工。 根据钢框架分层情况将梁、柱、支撑分区存放。对于柱，上面焊接柱头，外形寸不规则，单独存放；对于梁、支撑分类打捆，中间加垫木。 根据构件加工图纸，将梁、柱、支撑在厂内制作完成；待零部件
6、检验无误后，表面打砂并进行表面防腐处理。（2）钢结构运输本工程的主体为钢结构框架形式，主体工程构件中柱、梁、钢梯分别有48件、249件、21件，构件最大重量为5t，高度为12.5米，运输距离远，位于孤立的防波堤上，运输不便。为了保证钢结构顺利运到施工现场，采用海陆同时倒运，由加工厂到防波堤用托盘车倒运，平台设置2处带揽绳为盖板船临时停靠，钢构件到防波堤后运用盖板船的吊机装船，其后运用盖板船运至施工处，有效减小外海运输作业，减小海上运距，省工省时。（3）施工过程中出现的问题及处理本工程处于外海，经过长时间海雾侵蚀后，个别构件表面出现锈点，需对锈点部位进行了补漆防腐处理。本工程位于防波堤堤头沉箱上
7、部，易出现沉降位移，且钢结构相对高度较高，钢构件自身重量较大，经过重新加载预压的沉箱更易发生沉降，因此施工中对基准点定时进行沉降位移观测。（4）经验和教训钢结构的运输需按运输计划，分批、分节地进行，对于超长、超宽或者超重的构件，行合理的分段划分，满足最大运输限制，确保运输安全。海上运输为避免钢构件碰损，采用土工布覆盖钢构件，上层采用每隔2m麻绳捆绑，使钢构件海上运输稳定，无碰损。施工过程中，组织施工船舶协调会，积极与海事局交管中心等部门沟通，规范施工秩序，确保船舶运输通航安全。钢结构构件加工完成后，运输至施工现场安装。安装前，首先对构件的质量进行检查，确保钢结构构件的永久变形和缺陷在允许范围内
8、。钢柱安装首先检查柱底板下的垫铁是否垫实、垫平，检查其地脚螺栓是否失稳；在钢结构体系未稳定前，采取临时支护措施保证施工安全性。钢结构形成固定单元，并通过验收后，需及时将柱底板和基础顶面的空间用膨胀混凝土二次浇筑密实。合理选取钢结构吊装方式，对钢柱进行吊点计算，确保安装的安全和精度，次梁与交叉支撑采用成片吊装方式，有效的节约了吊装时间，缩短了工期。4.研究结论本文通过有限元建模分析和现场施工经验总结对外海高层钢结构设计与施工进行了一定的探讨，首先采用SAP2000对钢结构进行整体分析，运用反应谱法进行抗震分析，然后对钢结构施工中遇到的问题进行了分析和总结。通过各组数据的分析，所得结论如下：（1）双塔结构体系有五种基本振型，通过理论分析，沿x方向的平动与沿y方向的平动及结构的扭转独立。与普通建筑物不同的是前6阶振型中，高层钢结构有4个振型存在扭转效应。（2）钢结构施工中运输和安装极为关键。对于超长、超宽或者超重的构件，需进行合理的分段划分，满足最大运输限制，并对钢柱进行吊点计算，确保安装的安全性和精度要求。
