大跨度钢桁架-钢骨混凝土柱组合结构施工过程模拟

江苏南通226019）【摘要】基于慢速时变力学，依据实际工程的设计和施工过程，对大跨度钢桁架-钢骨混凝土柱组合结构的无锡某商务中心间裙房进行了分阶段的过程施工模拟，分析了基于等效桁架设计方法的该结构在施工过程中的安全性。结果表明，基于等效桁架设计方法总体满足设计要求，但

可能会存在少数杆件承载能力不足、变形过大或者安全储备过低的情况；

全过程施工追踪模拟有助于进一步完善和弥补设计的不足之处，提高结构安全度，优化施工工序，对于复杂施工条件下的大跨度工程施工具有重要借鉴意义。

【关键词】大跨度结构；施工模拟；组合结构；桁架；时变力学；吊装【中图分类号】TU745

【文献标识码】A

【文章编号】2095-2066（2020）02-0069-04

1工程简介无锡某科技结商构务中长57心主m袁裙宽房42.1主体m2袁周层边尧局悬部挑3结层构袁建筑面

积约5000m2袁跨度最大达9.3m袁屋面为屋顶花园袁处于两栋高层之间袁如图1所示遥楼渊屋冤盖采用大型钢桁架与BHP钢-混凝土组合楼板承重袁整个楼渊屋冤盖由8根高33.8m渊其中地面高约21m冤钢骨混凝土柱支撑袁其中6根钢柱截面形式为十字型袁直径或边长为1.2~1.4m曰2根钢柱为异型袁长边达1.15m袁形成钢桁架-钢骨混凝土柱组合结构遥钢桁架是由H型钢组合而成袁桁架最大截面高度为4.45m袁最小截面高度为2m袁单榀桁架最大跨度为36m袁桁架实际吊装最大重量为约70t袁钢柱实际最大吊渊a冤剖面

重12约mm40尧14t遥mm柱与尧25桁mm架用和钢30材mm为遥

Q345B袁柱钢板厚度分别为图1科技商务中心

施工过程具有典型的时变特征遥文献[1-4]针对后浇带尧构件延迟安装尧悬臂合拢尧分周期施工尧巨型结构尧环形桁架等复杂的施工阶段对结构的影响和特殊结构形式进行了施工过程渊b冤平面

模拟研究遥无锡某商务中心裙房尽管结构体系相对简单袁但结图2结构剖面和平面

构层高尧跨度以及荷载均较大袁设计过程中采用了实腹工字梁桁架-钢骨混凝土柱混凝土组合体系转换过程遥因此袁结构杆等高度尧等强度代换为等效桁架的设计方法袁即将原设计的实件实际受力与正常设计工况以及正常施工顺序下受力可能存腹工字钢梁等效为实际的桁架结构遥等效后袁杆件在局部与原在较大差别遥本文依据实际的工程设计和施工过程袁采用施工结构可能存在较大差别遥同时钢结构吊装施工是在两边高层过程追踪模拟袁分析了基于等效桁架设计方法获得的大跨度主楼主体竣工完成以后袁场地空间狭小袁裙房及其周边结构均钢桁架-钢骨混凝土结构在施工过程中的安全性袁优化了施工坐落在地下室顶板上袁无法采用大型施工机械直接在地下室工顶板上按照常规进行吊装施工袁也无足够袁空间采用现场在适楼当渊加屋固冤盖整体提升的方案[5]遥综合技术与经济条件地2序施袁提工模出了合拟理加化载施工工况建议遥

施工过程中结构对象的边界尧几何尧物理等参数是随时间下室的前提下袁采用2台50t汽车吊结合桅杆对大跨度重型而变化的函数袁其控制方程求解比较复杂遥考虑到该结构所用钢桁架和钢柱进行了从上至下的吊装和高空原位拼装袁最后材料和施工过程的特点袁本文将该结构以慢速时变处理袁采用完成混凝土工程施工的施工顺序袁实现从纯钢结构体系向钢

离散性时间冻结的近似处理袁把它当作一序列时不变结构进

69低碳技术行静力分析遥利用有限元中的野生死冶单元控制技术袁进行施工全过程跟踪模拟遥

本工程11.030m标高桁架高为2.0m袁长为36m袁采用工厂分段制作袁现场对接整榀后整体一次吊装到位曰20.680m标高桁架高为4.45m袁长为36m袁采用工厂杆件下料袁加工好后散件运输到现场袁现场搭设临时拼装抬架袁在现场进行桁架拼装袁然后整榀进行一次吊装施工遥为了比较细致的模拟施工过程B1袁该钢结构施工向下轴层线袁1/B6裙先主袁房体后悬遵共循分先42挑吊个的装施顺柱工序子步曰再袁混凝吊桁装架土桁施工程架工袁遵先循从轴线1/施施工工遵顶层再循先下层袁后夹层袁再屋面的顺序遥图3给出了部分吊装步骤的示意图袁为了清楚表明需要安装的构件袁图中3部分构件未显示遥实际工程中袁裙房通过8根钢骨柱与地下室相连遥分析模型考虑2.5地下kN/m室袁部屋分顶柱花参园与施工作工时遥荷分析载取中3.5楼kN/m屋面结构施工荷载取22遥其它荷载按照设计原设计取值参考袁施工过程追踪模拟说明如表1所示遥

表1施工分析工况说明

阶段施工步模拟内容说明

11~2地下室自重及施工荷载对既有地下室部分柱的作用淤采用等效约束模型对地下室部分2包括钢柱尧钢桁柱模拟分析遥于不考虑组合楼板对3437~393~36架在内的上楼无盖竖向支撑体系的刚度的贡

40~42混凝部钢土及结楼构屋吊面装结构层献遥盂以永久载荷为控制的设计状

态一次性加载对比遥榆分析构件在

屋顶花园及主要装饰工程各施工步中最大变形尧所承受的最

的完成

大力尧应力袁评价构件的安全性遥33.1主上地体结部下结室构构柱施钢模骨混凝拟工阶段

分析土柱与地下室部分柱连为一体袁如果将上部结构与地下室柱分开考虑袁将使得结构偏于不安全遥地下室体量较大袁钢骨混凝土柱与地下室相互作用事实上主要影响柱附近的局部区域遥为了降低计算和建模成本袁该阶段采用简化模型分析遥首先分析地下室对柱的作用力袁并将上述作用力加载在等效柱模型上遥等效柱模型指将各地下室楼层梁板对柱的约束效果等效为约束弹簧作用于柱遥施工过程中不考虑水平荷载作用袁且地下室梁板尺寸和整体刚度较大遥因此本文将钢骨混凝土柱附近区域地下室梁板体系对柱的约束简化为约束弹簧袁不考虑地下室底板处柱的水平位移袁并考虑部3.2分楼板该钢参阶段结与构对为吊该钢结装约束构阶段

的刚度贡献[6-7]遥

吊装阶段袁即完成钢柱尧主次桁架以及次梁的吊装渊文中主次桁架均不包含悬挑部分冤遥表2给出了结构桁架吊装完毕后主桁架对应的最大竖向挠度平面外最大位移遥构件数据较多袁次桁架及次梁计算结果未在文中给出遥计算结果表明袁该阶段桁架的最大竖向位移一般发生在吊装完毕状态的施工步袁少数桁架发生在吊装过程中施工步曰桁架面外最大位移大都发生在吊装过程中遥由于该阶段楼屋面板还未施工袁荷载较小袁桁架变形总体较小袁桁架总体受力较小遥桁架竖向挠跨比大都在1/2000以上袁其中B2和B5轴线标高在11.30m处的主桁架以及部分次桁架由于高度相对较小袁桁架竖向挠跨比在1/1500左右遥桁架自重引起的结构竖向位移较小袁既有结构的刚度能满足要求袁构件受力分析结果未给出遥桁架水平向位移尽管较小袁但桁架面外刚度远低于面内袁因3.3此部混凝分桁土架柱有必及要楼屋做好面吊结装构过程层中施的工临阶段

时支撑遥

在钢结构吊装完成的基础上袁该阶段完成钢骨混凝土柱外包混凝土袁以及楼屋面钢-混凝土组合楼板的施工遥该过程中袁混凝土在刚浇筑未硬化之前仅作为荷载加载在桁架上袁楼70屋面板对桁架竖向支撑刚度没有几乎贡献遥表3给出了该阶

LOWCARBONWORLD2020/2渊a冤施工步3院柱吊装模拟

渊b冤施工步4院B1轴标高为20.68m的桁架吊装

渊c冤施工步19院顶层桁架安装完毕

渊d冤施工步36院钢结构体系吊装完成

图3施工步

表2桁架吊装完成后中点处竖向位移

轴线桁架顶

桁架下弦中点竖直方向挠度/mm挠跨度比啄/l标高/m跨度/m

面内面外面内面外1/B120.6811.30-8.57.71/41/4675B220.68-16.011.30-8.21.52.11/22351/42503901/24B520.6836

-24.311.30-8.07.60.51/11/44811/170005001/721431/4737000B620.68-22.91/11/55723731/6011.301/200004420.68-12.7-6.71.80.610.60.61/21/483511.301541/600001/339600050

20.6827-7.2-6.511.30-7.210.91.1-8.01.01/31/37507501/321/3303727注院表2中野-冶表示竖直向下遥

1/33751/36000段主桁架竖向变形挠度计算结果遥次桁架及次梁因篇幅原因袁文中未给出遥结果表明袁主桁架竖向挠跨比均在1/600以下遥次桁架及部分次梁由于桁架高度相对较小袁竖向变形总体略大于主桁架袁除轴线44~50之间标高11.30m处部分桁架竖向挠跨比处于1/400~1/500外袁其余均小于1/500遥

本阶段对桁架杆件及次梁面内和面外稳定进行了计算遥

LOWCARBONWORLD2020/2表3阶段3桁架最大处竖向位移

轴线桁架顶跨度桁架下弦竖直方向挠度/mm

挠跨度比啄/l标高/m/m一次加载过程加载一次加载过程加载1/B111.3020.68-21.81/11/7203031/1B220.68-50.0-22.9-50.611.3036-24.9-23.71/11/7115721/6884461/1B520.68-52.311.30-29.0-58.2-27.21/11/619519-28.0-56.3-26.71/7093241/1B620.68-50.811.301/11/63932320.68-39.8-13.7-43.0-15.11/9052861/14411.301/11/83734820.6827

-28.71/9419711/150

11.30-29.1-13.9-26.0-26.4-15.21/11/1788注院表3中野-冶表示竖直向下

1/9289421/10381/1776023结果表明袁该阶段杆件总体处于稳定状态袁大部分杆件应力水平低袁承载能力安全度较高曰部分杆件应力水平中等袁少数杆件超出应力比限值渊文中设定应力比的限值为0.95冤遥图4给出了轴线45轴线处标高分别为20.68m和11.30m桁架杆件的应力比图遥其中袁带有圆点野窑冶杆件应力比超过限值遥另有少数杆件应力比接近限值袁或处于中等应力水平遥由此可得袁等代换后设计在该阶段结构总体应力水平较低袁变形能满足要求袁但个别杆件由于受力较复杂袁可能超出应力限值遥施工中应予以注意袁必要时调整杆件截面遥

11.30m图4第3阶段45轴线标高11.30m处桁架杆件的应力比

3.4在装楼饰屋及面屋顶花园结构层施工施完工成阶段

的基础上袁该阶段完成包括屋顶花园在内的楼屋面最终的其他相关施工袁达到结构预设的工作状态遥表4给出了主桁架该阶段施工过程最大受力遥表5给出了该阶段主一次性加载与施工过程模拟的竖向变形挠度计算结果遥图5给出了该阶段基于杆件面内外稳定计算得到的已超过限值的轴线处的桁架杆件应力比图遥分析表明袁桁架上下弦除承受较大轴力外还承受较大弯矩遥采用等代方式获得的主次桁架和次梁体系总体上满足设计要求袁主桁架挠跨比在1/500下袁次桁架及次梁挠跨比大体在1/250以下袁少数桁架及次梁挠跨比在1/150~1/250之间遥等代桁架结构绝大多数构件均能满足承载力要求遥但在少数构件超过允许的应力比限值渊杆件上带有圆点野窑冶冤袁部分构件达到或接近应力比限值叶钢袁安结全构设计规范度储备低遥曳渊值GB得50017注意的是要2003袁少冤数桁架尽管挠跨比满足[8]要求袁但其杆件的应力比已超限袁如1/B5轴线遥因此施工过程中主桁架可考虑适当3.5起拱袁本结钢骨混凝如1/500遥构采用钢土同时骨柱

有必要优化和调整少数构件的尺寸遥

混凝土柱遥结构前期约8m长的钢骨混

凝土柱已与地下室同时施工完成袁在上部钢结构吊装过程中完成了6根钢柱截面形式为十字型和2根钢柱为异型钢柱吊装袁后期外包混凝土形成钢骨混凝土柱遥分析表明袁钢柱足够满足桁架吊装过程中承载能力要求袁但无法满足楼屋面结构层施工的要求遥因此在完成上部结构钢结构吊装后袁应完成柱外4包结混凝土的施工并与钢柱之间形成有效的联系遥

本文论通过对等效桁架的设计方法的大跨度钢桁架-钢骨混凝土柱组合结构的无锡某商务中心主楼间裙房施工全过程追踪分析袁评价了该结构在施工过程中的安全性遥本文的分析

低碳技术表4主桁架杆件最大受力

轴线顶标高/m

上弦最大下弦最大拉腹杆最大上弦最大下弦最大压-6力/kN力/kN压力/kN弯矩/kN窑m弯矩/kN1/B111.3020.68-1862.361384.2-4-735.2494.8窑m-262.4B220.6811.30-9371.6398.256.3-940.2649.77900.3-2038.8B511.3020.68-103403.2935.6752.6-8-2425.0-3474.8844719.0-8203.9598.3B620.68-6328.45753.8409.6-2955.8785.3553.3-1841.6-975.2419.1-4215.2331.1-2-1041.74420.6811.3011.30-6-1057.5-657.0119.5005.041478.1-4175.0836.7-355.7808.2472.7-1-32.71777.1525.9-115.0123.550

20.6811.30-6-1184.2-950.3899.5019.216549.6051.3-455.7-982.1913.556.3-1表5桁架最大竖向挠度

118.3-478.0098.1轴线桁架顶标

桁架下弦竖直方向挠度/mm挠跨度比啄/l高/m跨度/m

一次加载过程加载一次加载过程加载1/B111.3020.68-68.3-72.51/5271/4962/B111.3020.68-46.0-73.5-46.8-87.81/7831/4901/7691/410B211.3020.68-44.8-71.3-36.1-86.51/8041/9971/4161/B2-96.5-112.9-57.31/7051/5051/628B311.3020.68-51.1-53.31/5631/3731/319-130.51/B311.3020.68-63.9-70.6-141.61/675-60.11/5101/2761/254-140.5B411.3020.68-73.0-148.51/599-62.61/4931/2561/242-132.61/B411.3020.6836

-68.2-138.81/575-57.81/5281/2721/259-100.5B511.3020.68-58.7-104.81/623-48.11/343B611.3020.68-47.7-79.61/748-52.3-77.91/6131/3581/4621/B511.3020.68-35.7-65.31/688-37.2-58.71/7551/4521/6132/B511.3020.68-42.0-93.51/968-30.6-95.71/9681/5511/11/3761/B611.3020.68-38.3-80.0-28.0-74.81/8571/3851/9401/4501/48117611.3020.68-34.7-60.1-195.41/1-28.91/5991/1842854711.3020.68-129.2-68.8-137.11/1-58.81/2090371/11/1972454811.3020.68-140.5-73.0-149.01/3931/459-62.71/3701/1921/1814911.3020.6827

-44.6-74.41/430-43.7-77.81/6051/3631/34750

院表中阴影11.3020.68数字为挠跨比大于1/250-30.1-37.21/618注曰由于结构基本对-27.5-39.1称袁所以仅给1/8971/726出了47~501/9821/691轴的桁架数据遥

对于工程的渊1冤基于实实际腹施工工字起梁到等了高指度导尧意等义强遥度几代点换结的等效论如下桁院

架的设计方法总体满足设计要求袁但存在少数杆件承载能力不足或者安全储备过低的情况袁特别在不同方向桁架交接等局部应进一步验算杆件的其承载能力遥

71低碳技术LOWCARBONWORLD2020/2火电厂集控运行节能降耗对策（四川广安发电有限责任公司，四川广安638000）胡为杰也是企业降低生产经营成本的主要途径，【摘要】随着社会经济的发展和科学技术的进步，绿色、节能、环保将成为国家发展建设的根本宗旨，

对企业竞争力的提高来说，也有着非常重要的作用和意义。随着工业化水平的不断提升，能源需求量大幅度的增加，而我国现阶段电能源主要

在煤炭燃烧的过程中，会额外产生大量的能源损耗，同就是来自于火力发电厂，而火力发电厂在实际运行的过程中，需要消耗大量的煤炭资源，

时煤炭在燃烧的过程中，还会产生非常多的二氧化碳，会加剧温室效应，本文主要对火电厂集控运行节能降耗的相关对策进行详细的分析。

节能；降耗；对策【关键词】火电厂；集控运行；【中图分类号】TM621

【文献标识码】A

【文章编号】（2020）2095-206602-0072-02

火电厂一直以来都是能源消耗大户袁煤炭资源属于一次

能源袁也就是我们常说的不可再生资源袁然而为了响应国家关于节能降耗的号召袁火电厂应该从全局出发袁对各个生产环节进行优化袁及时地对技术尧设备进行更新袁以此来达到节能降耗的目的遥针对火电厂的节能降耗问题袁政府部门应该出台相应的政策方针袁以此来鼓励各火电厂袁能够积极地对集控火电厂进行进一步的优化袁对于企业来说袁要想占据较大的市场份额袁提高自身的市场竞争力袁就必须要尽可能地降低生产成本袁这样才能够给企业带来更大的经济效益和社会效益遥在火力发电厂实际运行的过程中袁锅炉是最为主要的煤炭消耗设备袁因此火电厂的节能降耗就能够从锅炉的优化尧治理入手袁尽可能高的提高锅炉的燃烧效率袁这样就能够降低煤炭资源的使用量袁从而达到节能降耗的目的遥在锅炉设备运行的过程中袁由于自身因素的影响袁会出现以下几方面的热量损失袁分别是排烟损失尧灰渣物理热损失尧机械不完全燃烧损失尧散热损失以及化学不完全燃烧损失袁下面就来对这几方面的热量损失进行详细的分析遥

渊1冤降低锅炉排烟热损失遥排烟温度是锅炉内热损失量最

0引言1锅炉方面生产环节的控制大的一项袁占整个锅炉热损失的4%~8%袁而影响排烟热损失的最大因素就是排烟的温度遥因此锅炉方面的节能降耗袁主要可以通过降低排烟温度来实现袁排烟温度的降低方法主要有以下几种院淤合理调整袁降低一次风率遥在这个过程中袁对于我公司三期机组袁可以对风煤曲线进行进一步的优化调整袁使得磨煤机在正常运行的状态下袁能够有着较低的一次风量袁同时在磨煤机运行的过程中袁还要能够定期对石子煤进行处理袁以此来降低磨煤机的通风阻力遥对于我公司一二期机组可降低一次风压以达到降低火焰中心目的袁从而降低排烟温度遥于减少锅炉系统的漏风率遥检查如炉底密封水是否正常袁炉本体人孔门是否关闭良好遥锅炉的漏风不仅使得排烟温度升高袁同时还增加了风机耗电率遥盂在保证炉膛不结焦情况下袁尽量采取低氧燃烧遥榆加强受热面的吹灰工作袁特别是水平及尾部烟道袁减少积灰遥虞坚强锅炉一二次风暖风器监视与调整袁维持正常的排烟温度遥

渊2冤减少再热器减温水的用量遥提高机组热效率袁也是实现节能降耗的方式之一袁而机组热效率提高的主要途径就是袁提高蒸汽初参数袁降低蒸汽终参数遥而再热蒸汽减温水量的增加会降低句子总的循环热效率袁同时还会限制高压缸做功遥

渊3冤加强锅炉燃烧的调整遥锅炉燃烧调整袁首先要维持合理的过剩空气系数袁由于燃料不完全燃烧所造成的热量损失袁

构体系的转换遥

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参考文献

渊a冤1/B1轴线

渊b冤1/B5轴线

渊c冤48轴线

图5第4阶段应力比

渊2冤对于此类结构进行施工时必要的遥杆件在一次性加载与施工顺序加载所承受的荷载效应存在一定差别袁少数杆件的荷载效应极值出现在施工步加载过程中袁且可能大于一次性加载方式所获得结果遥

渊3冤单榀桁架在吊装过程中尽管平面外受力很小袁但仍应注意加设适当临时横向支撑保持桁架的稳定遥

渊4冤为提高施工效率和合理地安排工序袁钢桁架吊装可以直接在以钢柱承载完成袁但在楼屋面结构层施工之前应完成钢骨混凝土柱的混凝土外包层施工并形成有效强度袁完成结

收稿日期：2019-12-17作者简介：姚久纲渊1979-冤袁男袁汉族袁江苏靖江人袁工程师袁硕士研究生袁主要从事工程施工管理工作袁任项目经理遥

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