CN114991494A - 非规则支撑条件下斜交单层网格结构施工变形控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种非规则支撑条件下斜交单层网格结构施工变形控制方法。该方法包括：步骤S1：施工前，采用定义施工阶段的方法来对网格结构进行施工模拟，采用释放梁端约束的方法模拟所述网格结构的支座封闭以及杆件焊接情况，采用改变节点坐标的方法模拟所述网格结构的竖向支撑体系及所述网格结构的屋盖的预变形值；步骤S2：施工时，使所述竖向支撑体系的竖向钢柱预留控制变形量、合理设置临时支撑、提前预起拱，并制定合理的安装顺序、焊接工艺及卸载顺序，从而对所述网格结构的施工变形进行控制。本申请可以解决现有技术中的非规则支撑条件下斜交单层网格结构容易出现安装质量难于控制的问题。

Description

非规则支撑条件下斜交单层网格结构施工变形控制方法

技术领域

本申请涉及钢结构分析技术领域，具体而言，涉及一种非规则支撑条件下斜交单层网格结构施工变形控制方法。

背景技术

钢结构建筑以其低碳、节能、绿色环保、自重轻、抗震性强、可以随意设计，适用于大跨度、造型复杂的结构体系等优点被广泛应用于大型复杂场馆类建筑中，异形复杂结构施工的方案分析及施工质量控制为主要施工难题。

由于非规则支撑条件下斜交单层网格结构底部由多落差支撑体系，例如超高独立柱、L型格构柱、铰接短柱和V型斜撑等组成，按照在常规网格结构的施工方法，临时支撑用量大，施工阶段结构变形控制难度大，这使得非规则支撑条件下斜交单层网格结构容易出现安装质量难于控制的问题。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种非规则支撑条件下斜交单层网格结构施工变形控制方法，以解决现有技术中的非规则支撑条件下斜交单层网格结构容易出现安装质量难于控制的问题。

为了实现上述目的，本申请提供了一种非规则支撑条件下斜交单层网格结构施工变形控制方法，包括：

步骤S1：施工前，采用定义施工阶段的方法来对网格结构进行施工模拟，采用释放梁端约束的方法模拟所述网格结构的支座封闭以及杆件焊接情况，采用改变节点坐标的方法模拟所述网格结构的竖向支撑体系及所述网格结构的屋盖的预变形值；

步骤S2：施工时，使所述竖向支撑体系的竖向钢柱预留控制变形量、合理设置临时支撑、提前预起拱，并制定合理的安装顺序、焊接工艺及卸载顺序，从而对所述网格结构的施工变形进行控制。

进一步地，所述步骤S1包括：

步骤S11：施工模拟时，当所述支座打开时，在有限元软件中释放梁端约束模拟所述节点铰接连接，当所述支座封闭时，在有限元软件中钝化梁端约束模拟所述节点固接连接；

步骤S12：施工模拟时，当所述杆件安装完时，在有限元软件中释放梁端约束模拟所述节点铰接连接，当所述杆件焊接完成时，在有限元软件中释放梁端约束模拟所述节点固接连接；

步骤S13：施工模拟时，当确定所述网格结构的竖向支撑体系的预留变形方案后，通过改变所述竖向支撑体系的节点坐标的方式将所述竖向支撑体系的预留变形量施加到所述网格结构的有限元模型上，模拟所述竖向支撑体系预留变形施工分析得到所述竖向支撑体系的所述预变形值；

步骤S14：施工模拟时，当确定预起拱方案后，在有限元软件中通过改变所述节点坐标的方式将预起拱值施加到所述网格结构的有限元模型上，模拟所述网格结构预起拱并分析得到所述网格结构的网格的预变形值。

进一步地，在所述步骤S13中，在有限元软件中修改所述竖向支撑体系的钢柱顶端的节点坐标，其中，所述钢柱顶端的现节点坐标=所述钢柱顶端原节点坐标-所述钢柱顶端位移值。

进一步地，在所述步骤S14中，将有限元软件中所述节点坐标导出，修改预起拱位置处的所述节点坐标得到所述网格结构的新的节点坐标，最后将所述新的节点坐标导入有限元软件替换之前的所述节点坐标。

进一步地，所述预起拱位置处的现有节点坐标=预起拱位置处原节点坐标+预起拱值。

进一步地，在所述步骤S2中，施工时，通过改变所述竖向钢柱定位测量坐标来预留所述控制变形量。

进一步地，在所述步骤S2中，施工时，对支座上盖与底座间使用工艺连接板进行临时固定，待所述网格结构的荷载施加完成后再拆除支座上盖与底座间的工艺连接板，以使支座能自由滑动。

进一步地，在所述步骤S2中，施工时，在有限元软件中按照施工方案的施工流程对所述网格结构的屋盖结构进行施工模拟计算，得到所述网格结构的变形值，将得到的所述变形值与设计要求的变形控制值进行比较，如果变形值>变形控制值，则进行所述预起拱，其中，预起拱值=|变形值－变形控制值|。

进一步地，在所述步骤S2中，通过焊接试验来确定所述网格结构的外框封闭、脊线贯通、主杆件焊接、以及次杆件安装顺序和焊接工艺。

进一步地，在所述步骤S2中，施工时，根据所述网格结构的应力变形特征，并结合所述临时支撑的应力变形特征来确定所述临时支撑的卸载顺序。

应用本申请的技术方案，本申请的非规则支撑条件下斜交单层网格结构施工变形控制方法通过在施工前进行精细的施工模拟变形计算分析，可以得到不同施工阶段各个构件的变形情况，并能够结合施工模拟计算结果采取有效的控制方法，可以有效解决非规则支撑条件下斜交单层网格结构底部多落差支撑体系由超高独立柱、L型格构柱、铰接短柱和V型斜撑等有限支撑条件下的大跨度、复杂网格结构安装质量控制难的问题。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是本申请实施例公开的非规则支撑条件下斜交单层网格结构示意图；

图2是本申请实施例公开的非规则支撑条件下斜交单层网格结构施工变形控制方法的流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到 ：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

参见图1和图2所示，根据本申请的实施例，提供了一种非规则支撑条件下斜交单层网格结构施工变形控制方法，该方法用于对图1中所述的非规则支撑条件下斜交单层网格结构的施工变形进行分析和控制，该非规则支撑条件下斜交单层网格结构整体是遮罩在建筑场馆顶部的钢结构屋盖，该非规则支撑条件下斜交单层网格结构包括L型格构柱10、铰接短柱20、超高独立柱40、V型斜撑50以及设置在L型格构柱10、铰接短柱20、超高独立柱40、V型斜撑50顶端的屋盖结构30，该屋盖结构30整体为一个双曲反拱斜交网格结构，其主要通过主杆件31、次杆件32、主脊梁33以及封边梁34搭建而成。本申请的方法可以有效地解决底部多落差支撑体系，即由L型格构柱10、铰接短柱20、超高独立柱40、V型斜撑50以及设置在L型格构柱10等有限支撑条件下的大跨度、复杂网格结构安装质量控制难的问题。

以下将对本申请中的非规则支撑条件下斜交单层网格结构施工变形控制方法进行详细的介绍，该方法主要包括以下步骤：

步骤S1：施工前，采用定义施工阶段的方法来对网格结构进行施工模拟，采用释放梁端约束的方法模拟网格结构的支座（包括对网格结构的屋盖结构进行支撑的任一支撑座）封闭以及杆件（包括主杆件31、次杆件32、主脊梁33以及封边梁34）焊接情况，采用改变节点坐标的方法模拟网格结构的竖向支撑体系（包括L型格构柱10、铰接短柱20、超高独立柱40以及V型斜撑50）及网格结构的屋盖（即屋盖结构30）的预变形值。

具体地，首先执行步骤S11，施工模拟时，当支座打开时，在有限元软件中释放梁端约束模拟节点铰接连接，当支座封闭时，在有限元软件中钝化梁端约束模拟节点固接连接。

接着执行步骤S12，施工模拟时，当杆件安装完时，在有限元软件中释放梁端约束模拟节点铰接连接，当杆件焊接完成时，在有限元软件中释放梁端约束模拟节点固接连接。

然后再执行步骤S13，施工模拟时，当确定网格结构的竖向支撑体系的预留变形方案后，通过改变竖向支撑体系的节点坐标的方式将竖向支撑体系的预留变形量施加到网格结构的有限元模型上，模拟竖向支撑体系预留变形施工分析得到竖向支撑体系的预变形值。

具体操作为，在有限元软件中修改竖向支撑体系的钢柱顶端的节点坐标，其中，钢柱顶端的现节点坐标=钢柱顶端原节点坐标-钢柱顶端位移值。

最后执行步骤S14，施工模拟时，当确定预起拱方案后，在有限元软件中通过改变节点坐标的方式将预起拱值施加到网格结构的有限元模型上，模拟网格结构预起拱并分析得到网格结构的网格的预变形值。在该步骤中，将有限元软件中节点坐标导出，修改预起拱位置处的节点坐标得到网格结构的新的节点坐标，最后将新的节点坐标导入有限元软件替换之前的节点坐标。其中，预起拱位置处的现有节点坐标=预起拱位置处原节点坐标+预起拱值。

步骤S2：施工时，使竖向支撑体系的竖向钢柱（即支撑体系中竖直设置的钢柱结构）预留控制变形量、合理设置临时支撑、提前预起拱，并制定合理的安装顺序、焊接工艺及卸载顺序，从而对网格结构的施工变形进行控制。

在步骤S2中，施工时竖向钢柱预留控制变形量为通过精细的施工模拟计算得出每根钢柱水平位移的相应数值，在钢柱安装时通过预留控制变形量，使钢柱的最终的施工安装精度满足网格结构施工安装需求，并最终达到设计及规范要求。

具体地，施工时，通过改变竖向钢柱定位测量坐标来预留控制变形量，将钢柱顶端位移值施加至钢柱测量校正坐标数值上。

进一步地，在步骤S2中，施工时，施工时由于支座为铰接结构体系，为保证在施工时结构整体的稳定性，为防止安装结构时支座自身滑动导致结构安装发生位移，对支座上盖与底座间使用工艺连接板进行临时固定，待网格结构的荷载施加完成后再拆除支座上盖与底座间的工艺连接板，以使支座能自由滑动。

进一步地，在步骤S2中，屋盖结构30提前预起拱结合施工模拟计算数据及设计对网格结构的变形控制值要求，在对网格结构的主脊梁33、主杆件31在加工制作及地面拼装时即进行提前预起拱控制，施工时对位移变形较大点位增加临时支撑进行反变形控制。

具体地，在有限元软件中按照施工方案的施工流程对网格结构的屋盖结构进行施工模拟计算，得到网格结构的变形值，将得到的变形值与设计要求的变形控制值进行比较，如果变形值>变形控制值，则进行预起拱，其中，预起拱值=|变形值－变形控制值|。

进一步地，在步骤S2中，施工时，据经设计认可的模拟计算结果，确定科学、合理的安装顺序流程，通过采用封边梁34、主脊线33贯通、先主杆件31后次杆件32对称安装的施工方法使得网格结构的变形得到有效控制。

通过焊接试验来确定网格结构的外框封闭、脊线贯通、主杆件焊接、以及次杆件安装顺序和焊接工艺。具体地，施工时通过网格结构焊接实体模拟试验确定对焊接变形影响及残余应力最小的焊接工艺，确定外框（由封边梁34围设形形成）直角部同步向外侧延伸焊接直至封闭完成，脊线焊接待全部贯通后形成网格结构位形定位后，再进行主杆件31同步对称焊接的焊接顺序进行施焊，次杆件32在所有主杆件31焊接完成后进行施焊作业。

例如，实际执行时，可以在施工前在地面按照结构、杆件形式制作焊接实体试验试件，并制定3-5种不同的焊接顺序，通过比对不同焊接顺序的焊接变形及残余应力的变化来确定本工程最优焊接顺序。确定外框封闭自角部同步向外侧延伸焊接直至封闭完成，后脊线焊接待全部贯通后形成网格结构位形定位后，再进行主杆件31同步对称焊接的焊接顺序进行施焊，次杆件32在所有主杆件31焊接完成后再进行施焊作业。单根杆件的焊接顺序：首先进行内侧面、外侧面的第一层焊缝的焊接，再进行下底面的三层焊缝的焊接，然后进行内侧面、外侧面第二层焊缝的焊接，最后进行上顶面的三层焊缝的焊接。

进一步地，在步骤S2中，施工时，根据网格结构的应力变形特征，并结合临时支撑的应力变形特征来确定临时支撑的卸载顺序。施工时制定合理的卸载顺序，通过精细的施工模拟计算分析，结合每根临时支撑的受力及变形合理的选择卸载顺序，在本申请的一种具体的实施方式中，采用每次卸载10mm的方式依次对临时支撑进行卸载。

根据以上的实施方式可以知道，本申请的非规则支撑条件下斜交单层网格结构施工变形控制方法通过在施工前进行精细的施工模拟变形计算分析，可以得到不同施工阶段各个构件的变形情况，并能够结合施工模拟计算结果采取有效的控制方法，可以有效解决非规则支撑条件下斜交单层网格结构底部多落差支撑体系由超高独立柱、L型格构柱、铰接短柱和V型斜撑等有限支撑条件下的大跨度、复杂网格结构安装质量控制难的问题。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位 ( 旋转 90 度或处于其他方位 )，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种非规则支撑条件下斜交单层网格结构施工变形控制方法，其特征在于，包括：

步骤S1：施工前，采用定义施工阶段的方法来对网格结构进行施工模拟，采用释放梁端约束的方法模拟所述网格结构的支座封闭以及杆件焊接情况，采用改变节点坐标的方法模拟所述网格结构的竖向支撑体系及所述网格结构的屋盖的预变形值；

步骤S2：施工时，使所述竖向支撑体系的竖向钢柱预留控制变形量、合理设置临时支撑、提前预起拱，并制定合理的安装顺序、焊接工艺及卸载顺序，从而对所述网格结构的施工变形进行控制。

2.根据权利要求1所述的非规则支撑条件下斜交单层网格结构施工变形控制方法，其特征在于，所述步骤S1包括：

步骤S11：施工模拟时，当所述支座打开时，在有限元软件中释放梁端约束模拟所述节点铰接连接，当所述支座封闭时，在有限元软件中钝化梁端约束模拟所述节点固接连接；

步骤S12：施工模拟时，当所述杆件安装完时，在有限元软件中释放梁端约束模拟所述节点铰接连接，当所述杆件焊接完成时，在有限元软件中释放梁端约束模拟所述节点固接连接；

步骤S13：施工模拟时，当确定所述网格结构的竖向支撑体系的预留变形方案后，通过改变所述竖向支撑体系的节点坐标的方式将所述竖向支撑体系的预留变形量施加到所述网格结构的有限元模型上，模拟所述竖向支撑体系预留变形施工分析得到所述竖向支撑体系的所述预变形值；

步骤S14：施工模拟时，当确定预起拱方案后，在有限元软件中通过改变所述节点坐标的方式将预起拱值施加到所述网格结构的有限元模型上，模拟所述网格结构预起拱并分析得到所述网格结构的网格的预变形值。

3.根据权利要求2所述的非规则支撑条件下斜交单层网格结构施工变形控制方法，其特征在于，在所述步骤S13中，在有限元软件中修改所述竖向支撑体系的钢柱顶端的节点坐标，其中，所述钢柱顶端的现节点坐标=所述钢柱顶端原节点坐标-所述钢柱顶端位移值。

4.根据权利要求2所述的非规则支撑条件下斜交单层网格结构施工变形控制方法，其特征在于，在所述步骤S14中，将有限元软件中所述节点坐标导出，修改预起拱位置处的所述节点坐标得到所述网格结构的新的节点坐标，最后将所述新的节点坐标导入有限元软件替换之前的所述节点坐标。

5.根据权利要求4所述的非规则支撑条件下斜交单层网格结构施工变形控制方法，其特征在于，所述预起拱位置处的现有节点坐标=预起拱位置处原节点坐标+预起拱值。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的非规则支撑条件下斜交单层网格结构施工变形控制方法，其特征在于，在所述步骤S2中，施工时，通过改变所述竖向钢柱定位测量坐标来预留所述控制变形量。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的非规则支撑条件下斜交单层网格结构施工变形控制方法，其特征在于，在所述步骤S2中，施工时，对支座上盖与底座间使用工艺连接板进行临时固定，待所述网格结构的荷载施加完成后再拆除支座上盖与底座间的工艺连接板，以使支座能自由滑动。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的非规则支撑条件下斜交单层网格结构施工变形控制方法，其特征在于，在所述步骤S2中，施工时，在有限元软件中按照施工方案的施工流程对所述网格结构的屋盖结构进行施工模拟计算，得到所述网格结构的变形值，将得到的所述变形值与设计要求的变形控制值进行比较，如果变形值>变形控制值，则进行所述预起拱，其中，预起拱值=|变形值－变形控制值|。

9.根据权利要求1至5中任一项所述的非规则支撑条件下斜交单层网格结构施工变形控制方法，其特征在于，在所述步骤S2中，通过焊接试验来确定所述网格结构的外框封闭、脊线贯通、主杆件焊接、以及次杆件安装顺序和焊接工艺。

10.根据权利要求1至5中任一项所述的非规则支撑条件下斜交单层网格结构施工变形控制方法，其特征在于，在所述步骤S2中，施工时，根据所述网格结构的应力变形特征，并结合所述临时支撑的应力变形特征来确定所述临时支撑的卸载顺序。

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