摘要：
娄卫校 徐建设 李雪良 黄明鑫 崔嵬
（浙江精工钢结构有限公司 浙江绍兴 312030）
摘要：滑移胎架本身是一个滑动的机构，且由于滑移过程的复杂性，因此很难简化出一个合理的计算模型。我们通过简化模型测定平面外的水平力、压弯构件的稳定计算、多个滑移胎架整体计算和抗倾覆分析保证了滑移胎架的强度和稳定。
关键词：滑移胎架 压弯构件 抗倾覆分析 平面外水平分力
Calculation and Analysis of Slippage Frame in the National Stadium Project
Lou Weixiao Xu Jianshe Li Xueliang Huang Mingxin Cui wei
Abstract: Slippage frame itself is a sliding body，and the process of slip is complex,
so it is difficult to simplify the calculation to be a reasonable model.
To get the horizontal force out of slippage frame surface , we simplify the model to
measure it; Through calculating the stability of beamcolumn member, overall calculation
of many slippage frames, and overturn analysis, we ensures the slippage frames’
intensity and stability.
Keyword: slippage frame, beamcolumn member, intensity and stability analysis, horizontal
force out of slippage frame surface
1.概述
随着人们对建筑美学和功能多样化的要求日益提高，使施工技术不断进步，一些诸如计算机动态控制、有限元模拟等辅助技术也应用于大跨度、复杂结构的施工中[1]。目前大跨度屋架钢结构工程施工主要有高空散装、整体提升和整体滑移3种方案，其针对不同情况各具优缺点[2]。本文主要以国家体育馆屋架钢结构工程为背景，就其滑移方案中的中滑道12米高滑移胎架进行计算分析。
国家体育馆位于北京奥林匹克公园南部，是北京奥运中心区的三大主场馆之一，总建筑面积约为81000平方米，是奥运会体操、手球，残奥会轮椅篮球的比赛馆，是一座具有国际先进水平的大型多功能体育馆。钢屋盖结构形式为单曲面、双向张弦桁架钢结构，上弦为正交正放的平面桁架；下弦预应力张拉索，穿过钢撑杆下端的双向索夹节点，形成双向空间张拉索网。
钢屋架工程采用整体累计滑移的施工方法，实现了地面拼装、高空胎架拼装、双向索的安装施工同时进行，成功地解决了工期紧、任务重的难题。滑移施工部分仅限于比赛区，如图1所示：在7轴、24轴各设置一条滑道，16轴设置两条滑道；在N轴和Q轴之间 设置拼装平台，16轴设置滑道支撑架和滑移胎架。由于钢屋架16轴撑杆最大长度近9米，决定了滑移胎架的高度。滑移施工过程中，滑移胎架为机构且高度大，因此滑移胎架设计是支撑架系统中的一个难点和关键点。另外由于7轴滑道比24轴的滑道低5.1米，如图2所示，从理论上讲，三个支撑点都只提供竖向的水平支撑力，没有平面外的水平分力；在滑移过程中，由于震颤和结构下铙变形可能有水平方向的分力，因此如何考虑平面外的水平分力也是滑移胎架设计的一个关键问题。
2. 滑移胎架的荷载条件
竖向力：根据滑移施工过程分析，单个滑移胎架承担的最大竖向荷载N为1022KN。
面内水平荷载：桁架启动滑移时加速所需外力为滑移胎架顶部平面内水平力的来源，由于爬行器的爬行速度仅为6m～8m每小时，加速度也很小，根据滑移单位提供的数据，加速度取0.1g，则面内水平力为0.1N。
3. 滑移胎架平面外水平力的确定
在滑移过程中，由于震颤和结构下铙变形可能有水平方向的分力，为工程安全考虑，我们假定一榀纵向桁架为不等高度的三点连接而成的两根刚性杆，杆上加均布荷载，按三种约束条件来测定水平分力的大小：
三种约束条件下水平分力与竖向力的最大比值为3.22%,考虑一些偶然因素，滑动胎架平面外分力取竖向荷载的5%。
4. 滑移胎架的简化模型
参照图4和图5，滑动胎架上部与屋面桁架前后左右双向卡位固定，故模型上端简化为铰接；下端由于上部桁架自重作用与滑轨之间有很大的摩擦力，左右不可能有相对位移，故简化为单一方向滑动的铰支座，多个滑移胎架的简化模型入图6，单个胎架的简化模型如图7所示。
图6多个滑移胎架的简化模型 图7 单个滑移胎架简化模型 图8 考虑顶部侧移的模型
5. 单个滑动胎架平面外稳定计算
简化图8考虑竖向荷载10mm偏心作用，滑移过程的最大竖向支反力为1022KN，考虑1.05的动力系数和1.3的不均匀系数，
图11给出了计算模型，经计算，各杆件的所有杆件的应力比统计见图12，由图可知，滑移胎架各杆件均处于弹性范围，满足强度要求。
变形计算表明，胎架顶部的最大侧向水平位移为3.2mm，由此引起的位移角为3.2/12000=1/3750，满足变形要求。
7滑移胎架的抗侧翻分析
尽管上述计算及构造可以满足滑移胎架的强度、刚度和稳定性要求，但考虑到本工程的重要性及滑移施工过程的偶然因素，现对滑移胎架的抗侧翻措施做进一步分析。
图7的防侧翻折板可以起到防止滑移胎架侧翻的作用，当滑移胎架有侧翻时，图13的A点为侧翻旋转的中心点。
由上表可知，当侧向水平力分别为L=0.05P、L=0.1P和L=0.2P时，抗倾覆力矩均超过倾覆力矩，滑移胎架没有侧翻的危险。
若令M1＝M2 即L×12＝P×3 可得L=0.25P
即只有当侧向水平力L=达到竖向力的0.25倍时才会发生侧翻。而实际上经分析，有7轴和24轴的边滑道标高不一致而引起的侧向水平力只有竖向力的0.03倍，考虑其它不利因素，L亦不会达到0.25P。
因此可以认为，滑移过程中滑移胎架的侧向稳定是可以保证的，具有足够的安全度。
8 结论
通过以上分析，得出以下结论：
1.通过近似假设模型估算了滑移胎架由于偶然因素引起的水平力。
2.单个滑移胎架平面外的稳定（忽略了滑移胎架底部六米6mx2m截面的有利影响）的计算表明，考虑偏心作用的稳定应力仅为86.3N/mm2，远小于钢材的设计强度215 N/mm2，滑移胎架平面外有足够的安全度。
3.通过多个滑移胎架整体计算，可以看出杆件强度满足要求，平面外变形仅为1/3750。
4.通过抗倾覆分析，可以看出滑移胎架有足够的抗倾覆能力。
虽然我们对滑移胎架作了以上分析，但还有很多诸如因素未考虑：温度作用的影响、滑移工程中不同步等，这些影响有待于进一步研究。
致谢
娄峰、梁忠等同事在本工程滑移胎架方案的前期设计中作了大量的工作，在方案的讨论过程中公司的各位老专家如刘子祥、何奋韬、杨文柱、戴为志等多次提出了很多宝贵意见，在此一并表示感谢。
参考文献
1. 鲍广鉴. 现代大跨度空间结构施工技术. 钢结构，2005，20（1）
2. 郭彦林. 澳门综合体育馆主桁架整体提升及提升塔架分析. 建筑结构学报，2005，26（1）
3. 建筑结构荷载规范（GB50009?2001）
4. 钢结构设计规范 （GB50017?2003）
