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［摘要］根據結構形式和現場條件，地處入海口處的橋上摩天輪施工時，建立格構式支撐架作為臨時結構。因體量大且結構重，對臨時結構進行詳細設計。支撐架為鋼結構形式，結構較高，對風荷載較敏感，著重分析風荷載體型系數。

［關鍵詞］鋼結構;無軸式摩天輪;臨時結構;設計;有限元分析

1工程概況

本工程為入海口附近的橋上無軸式摩天輪，為世界上首次采用編織網格形式的摩天輪(見圖1)。輪盤外圓直徑125m，內圓直徑90m，非同心圓，建成后將是世界上直徑最大的無軸式摩天輪，也將是“輪橋合一”形式綜合體的最高摩天輪。該摩天輪輪盤由外圓2道弦桿、內圓1道弦桿及之間的網格鋼管填充而成。兩端支座為龍骨式多點支撐。為保證面外穩定性，在3個高度共設12根預應力拉索。鋼結構總重約4485t，主體材質為Q345D。本工程摩天輪結構形式新穎，建筑高度大，尤其是輪盤斷面上大下小，結構上重下輕，同時考慮施工現場條件不利環境因素，為保證摩天輪安全、順利建成，對臨時結構進行設計分析，并重點考慮風荷載的分析計算。

2臨時結構設計

本工程摩天輪未合龍前會產生復雜的應力和變形，增加施工風險和施工難度，因此，為滿足安裝精度和保證安裝質量，應對臨時支撐體系進行設計，并對施工過程進行仿真分析。

2.1材料

因鋼材施工快捷、成本低、質量較易保證，臨時結構通常采用鋼材。本工程臨時結構的主要功能是支撐摩天輪、定位桿件和作為操作平臺。采用鋼結構加工規格統一、易于安裝、質量可靠，施工完成后，材料可回收利用，降低施工成本。

2.2選型與結構布置

臨時結構應選擇經濟、合理、傳力簡捷、易于現場施工的結構形式。對于大型復雜的永久結構，在臨時結構設計初期，通常還需進行方案比選，確定合適的結構形式。結構布置應根據體系特征、荷載分布情況及性質等綜合確定，宜剛度均勻、力學模型清晰。本工程在3種臨時結構形式(見圖2)中進行優選，同時考慮施工順序和便捷性。1)方案1利用支撐架承重，落地式腳手架作為操作平臺，該方案在施工過程中對摩天輪的支撐較少，桿件定位精度不易控制。2)方案2利用支撐架承重，提升腳手架作為操作平臺，由于摩天輪上重下輕，該方案需較強的動力提升系統，且提升過程穩定性不易控制。3)方案3分段拼裝，格構式支撐不僅起到弦桿定位的作用，保證安裝精度，而且對未合龍的結構起到支撐作用，減小累計變形，保證后續拼裝精度。支撐架為施工電梯和附著式塔式起重機提供支撐，實現多用途化，提高利用率。方案3施工精度容易控制、安裝風險最小、技術成熟、施工簡便，因此本工程采用將支撐架作為拼裝胎架的臨時結構形式進行施工。考慮桿件定位和安裝精度，臨時結構選擇剛度較大的結構形式，支撐架長120.2m、寬22.7m、高138m。支撐架由豎向支撐、橫向支撐、縱向支撐、斜支撐和纜風繩組成(見圖3)，材質Q345B。主受力支撐為格構式，受力合理，工廠加工成標準單元便于現場快速拼裝。24道纜風繩沿軸線對稱布置于支撐架44，80，116m3個高度。考慮對桿件的支撐和定位作用、施工方便性及在安全的前提下降低臨時結構的造價，對臨時支撐格構柱優化設計，包括結構形式、剪刀撐位置、局部加強和桿件截面形式等。圖3支撐架平面Fig．3Theplanofsupport

2.3節點設計

節點設計是鋼結構設計的重要內容之一，結構分析前應確定節點形式，正確模擬。本工程支撐架桿件之間為焊接連接，豎向支撐應避免在縱、橫支撐交接處連接，以減少熱影響區重疊。

2.4結構分析

臨時結構可單獨建立模型，只需考慮永久結構傳遞來的荷載，進行分析驗算。但對于形式復雜的結構，為更好地分析永久結構和臨時結構之間的相互作用，通常建立整體模型，共同受荷，分析驗算。本工程建立摩天輪和支撐體系的整體模型，采用MIDAS/Gen軟件進行結構分析，桿件均采用梁單元模擬。整體模型的約束要按照施工時的實際情況考慮，本工程摩天輪約束按設計采用的約束考慮，支撐架根據柱腳設計，取三向水平約束。永久結構和臨時結構的連接可在滿足要求的前提下適當簡化，本工程使用較大截面的桿件代替千斤頂，模擬連接。在臨時結構設計的荷載分析中，應考慮施工過程相較于結構使用壽命的短時性，如基本風壓由于設計年限不同而取值不同;施工過程中可能出現永久結構設計時沒有考慮的荷載，如塔式起重機附著等。本工程在整體建模的基礎上，取結構自重系數－1.2;活荷載2.0kN/m2(操作平臺);基本風壓0.4kN/m2;溫度±30℃;施工電梯每隔10m在支撐架上附著1道，每道水平荷載38.6kN;塔式起重機在支撐架上附著4道，設備方提供各道附著點反力。需要說明的是，濰坊地區設計年限為10年的基本風壓為0.3kN/m2，但考慮結構高度較大、工程重要性、地處入海口等環境條件異常復雜，對風荷載較敏感，同時為更好地控制安裝精度，本工程仍取設計年限為50年的基本風壓0.4kN/m2。

2.5結果判斷

軟件運行后應對輸出結果進行判斷，可修改模型重新計算，也可按結構的重要程度和施工周期等因素修正計算結果。

3風荷載分析

對于一些較柔的高層建筑，風荷載是結構設計的控制因素。隨著建筑物高度的增加，風荷載的影響逐漸增大。高層建筑中除地震作用的水平力外，主要的側向荷載為風荷載，在荷載組合時起控制作用。本工程永久結構和臨時結構均為鋼結構，支撐架高138m，工程處于入海口附近，對風荷載較敏感，在結構分析時應重點計算風荷載。本工程臨時支撐架結構的風荷載標準值計算時，基本風壓和風壓高度變化系數按照GB50009—2012《建筑結構荷載規范》(以下簡稱“荷載規范”)查表可得。風振系數可按照高層建筑的形式按荷載規范相應公式進行計算。體型系數應按荷載規范表8.3.1選取。本工程為格構式柱和縱橫梁，前后2榀。如不考慮格構形式，支撐架類似于敞開式腳手架模式，在JGJ130—2011《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范》中規定可按照荷載規范表8.3.1的桁架形式計算體型系數。如僅考慮單獨的格構柱，又類似于起重機模式，在GB/T3811—2008《起重機設計規范》中體型系數的計算類似于荷載規范的桁架形式，因此，本工程臨時支撐架結構按照桁架形式計算體型系數。本文按照2種方法計算體型系數，支撐架的外輪廓面積為總面積，不同之處在于擋風面積的計算和桁架榀數:①方法1將格構柱考慮成1根桿件，格構柱的外輪廓面積為擋風面積，整個支撐架考慮為2榀桁架;②方法2將每根桿件的面積匯總為擋風面積，整個支撐架考慮為4榀桁架。2種方法計算的體型系數如表1所示，差別不大，方法1沒有考慮格構柱的鏤空，計算結果偏大，方法2中4榀桁架并非等間距，綜合考慮，本工程采用方法2的計算結果。本工程摩天輪的風荷載體型系數按照單根桿件1.3考慮，如支撐架也按此方法考慮體型系數，計算出的整體風荷載結果偏大。而對于臨時結構，在滿足安全性的前提下還需考慮經濟性，實際上永久結構和臨時結構整體建模分析時，應按聯合體的體型系數考慮，鑒于本工程結構形式復雜，本文在這方面并未做進一步研究。為利用永久結構基礎，支撐架兩端內收，如圖3所示，因此支撐架迎風面并非一個平面，本文近似按平面考慮并加載。

4結語

臨時結構的設計首先應滿足安全性，同時也應兼顧經濟性、適用性和施工可操作性。綜合考慮實際情況和施工周期等各因素，優選合適的結構形式，合理確定荷載作用和組合，正確模擬進行設計分析，做出合適的工程判斷。本文以某摩天輪工程為例，闡述了臨時結構的設計步驟。鑒于本工程的重要性，在實際施工過程中應加強監控，根據現場情況，必要時調整臨時結構布置，進行過程仿真分析。較柔的高層結構對風荷載較敏感，設計時應重點分析。本文在考慮臨時結構的風荷載時，分析比較了體型系數的計算，并進行一定簡化，能為同類結構的風荷載體型系數計算提供一定參考。

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作者：張倩 余流 李娟 杜澎泉 單位：中國建筑第六工程局有限公司