【荣誉表彰】天津市钢结构学会科学技术奖二等奖成果展示

文摘 2024-03-18 08:30 天津

项目简介

获奖项目名称

一种多连体大跨度航天厂房施工技术

主要完成单位

中建三局集团有限公司

中国航空规划设计研究总院有限公司

主要完成人

孙学军姚建忠毛从兵崔海新邹剑强

尹昌洪杨锦龙李科兰云睆叶芝波

张庆亮王会立吕晨亮王昌盛侯超杰

项目背景

本项目为中国运载火箭技术研究院201、201a号总装测试试验厂房改扩建项目，建设地点位于天津新一代运载火箭产业化基地园区内，是天津市新一代运载火箭产业化基地内20年来最大项目，是国家空间站建设重要环节，该项目建成后，将为二一一厂运载火箭研制、试验和生产产能提升提供巨大帮助，对于建成世界一流运载火箭产业化基地具有重要意义。项目主厂房为全钢结构单层厂房，单层结构最大高度32米，最大跨度57米，竖向结构为空腹格构柱，屋面为焊接球网架结构。我国现行设计规范对空腹格构钢柱的计算、构造要求等也没有具体规定，空腹格构钢柱在工程中的使用未见报道，同时网架设置在空腹格构柱柱顶，无论是采用高空散拼、整体提升等施工方法都会存在一定的局限性。因此有必要对大吨位空腹格构柱以及大跨度焊接球网架的创新性设计与施工开展系统性研究。

成果简介

本项目通过模型破坏性试验、数值模拟、理论分析、施工模拟和工程实践，对多连体大跨度航天厂房的竖向支撑体系、平台滑移施工技术、一体化仿真分析技术、超大面积钢网架整体顶升技术进行了系统性研究，取得了如下创新成果：

1.空腹格构钢柱设计及应用技术

结合本工程实际情况提出了空腹钢柱，并成功地在单层工业厂房中应用，较好地满足了建筑、暖通、动力等各专业的要求。在设计过程中，除了分别按平面排架、空间整体进行详细计算外，还采用有限元对多种荷载工况作用下钢柱的极限承载力进行了计算。空腹钢柱可以承受很大的水平变位，具有极好的变形适用能力。由于柱肢间距大，在竖向荷载下其P-Δ效应不明显。该钢柱滞回曲线比较饱满，柱子在低周反复荷载的作用下，可以有效地起到消能的作用，具有很好的抗震性能，空腹钢柱承载力高、抗震性能好，使用上方便布置人行走道、风管等各种管道，地面方便人员行走，制作上加工制作简单，是一种新型、合理的单层工业厂房排架柱形式，空腹钢柱是对现有钢结构厂房柱的一种补充，值得今后高大工业厂房设计借鉴。

格构柱承载力计算分析

2.多连体大跨度网架搭设平台滑移施工技术

本技术适用于有行车设备和屋面网架安装工业厂房类工程。利用永久行车设备和滑轨结构,在行车设备上搭设临时网架施工操作平台，利用平台拼装网架，拼装完第一榀网架后卸载，行车操作平台滑移到下一榀网架位置，完成第二榀网架，完成网架施工的方法，极大减少对场地、措施、机械等的依赖性，保证工程进度、安全与质量。利用行车操作平台高空散拼等同于在地面散拼网架。相对于传统的滑移轨道不存在啃轨和卡轨现象，滑移的同步性要求不高，特制可移动卡规牵引固定器，电动葫芦牵引平台滑移。在成功施工的实践基础上，总结得出此行车平台滑移安装网架施工技术。

搭设滑移平台施工网架

3.施工一体化仿真分析技术

采用MIDAS/GEN进行行车平台滑移安装钢网架施工阶段模拟分析，计算模型为一整体模型，按照施工步骤将结构构件、支座约束、荷载工况划分为组，按照施工步骤、工期进度进行施工阶段定义，程序按照控制数据进行分析。在分析某一施工步骤时，程序将会冻结该施工步骤后期的所有构件及后期需要加载的荷载工况，仅允许该步骤之前完成的构件参与运算。计算过程采用考虑时间依从效果的方式进行分析，得到每一阶段完成状态下的结构内力和变形，在下一阶段程序会根据新的变形对模型进行调整，从而可以真实地模拟施工的动态过程。

4.超大面积钢网架整体顶升施工技术

在网架顶点下方设置液压同步顶升装置，通过千斤顶活塞运动，将地面拼装完成的网架顶升到就位高度。本技术采用传感监测和计算机集中控制，通过数据反馈和控制指令传递，可全自动实现同步动作、负载均衡、姿态矫正、应力控制、操作闭锁、过程显示和故障报警等功能。本工程顶升系统设备采用CAN总线控制、以及从主控制器到液压顶升器的三级控制，实现了对系统中每一个液压顶升器的独立实时监控和调整，使得液压同步顶升过程的同步控制精度更高，实时性更好。

项目获授权发明专利1项，实用新型专利3项，发表中文核心论文5篇，取得工法2项，获省部级QC2项。

社会及经济效益

项目形成的分析设计理论、新型机构型式和连接节点、基于BIM仿真分析的大跨度网架滑移、顶升施工技术等，可广泛应用于多连体大跨度厂房项目，综合效益显著。通过相关单位的推广应用，成果目前应用于二一一厂天津能力提升建设项目201b号总装测试厂房项目、武汉热力试验室项目施工总承包工程等数项工程中，取得了显著的社会效益、经济效益、和生态效益，相比传统工艺，新技术的工期缩短20%，累计经济效益约500万元。

二一一厂天津能力提升建设项目201b号总装测试厂房项目

（跨度48m多连体网架结构）

武汉热力试验室项目施工总承包工程

（跨度48m网架结构）

天津钢结构

行业交流，编辑刊物，制定标准，接受委托开展职业技能鉴定、评优和资质与职称评审等。

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