組合式臨時看臺的結(jié)構(gòu)及應用
一、結(jié)構(gòu)形式。
組合體臨時看臺由支撐結(jié)構(gòu)、看臺系統(tǒng)、走道系統(tǒng)、維修系統(tǒng)四個部分組成,因其支撐結(jié)構(gòu)多采用組合式腳手架而得名,該腳手架在橫桿和豎桿的適當位置焊上C型卡.U形卡,安裝時把兩個扣件按適當形式扣緊,然后用鎖銷穿插其間實現(xiàn)橫.立桿的連接,上、下立桿之間采用內(nèi)插管連接,為了便于在節(jié)點上安裝斜拉桿,裝配式結(jié)構(gòu)的斜桿端特意做成平面形。
在此節(jié)點中,由于鎖銷的傾角遠小于摩擦角,鎖銷在重力作用下處于自鎖狀態(tài),保證了C、U型卡不會滑動,所以臨時看臺在快速安裝時不會留下安全隱患。
階梯形梁是臨時看臺的關(guān)鍵部件,用鋼管和方管焊接而成,而升高h則由看臺視線分析確定。有250mm或更多四個規(guī)格,步幅寬度L決定觀賞者的舒適度,[1]根據(jù)[1]關(guān)于無背方凳看臺間距的規(guī)定,L取值為750mm。
雖然梯形梁的規(guī)格有限,但看臺的布局又是多種多樣的,根據(jù)場地的不同可分為弧形或直線形;立面斜桿的結(jié)構(gòu)也非常靈活,有格構(gòu)柱形和字形,從抗側(cè)剛度分析可看出一字型布置抗側(cè)剛度較大。
二、結(jié)構(gòu)分析。
在短期內(nèi),臨時看臺可以承載大量的人群活動,設計上的任何不恰當都可能引起重大事故。一九九二年,法國科西嘉省足球場的臨時看臺倒塌,17人喪生。臨時性看臺的結(jié)構(gòu)計算,盡管國內(nèi)尚無具體規(guī)定,但可參照有關(guān)規(guī)范,并借鑒[2]的荷載取值和計算方法,建立三維有限元模型,對結(jié)構(gòu)進行內(nèi)力.翻轉(zhuǎn)等分析。
1.計算模式。
模型模擬的重點是結(jié)點和斜桿,[3]說明橫梁連接采用偏置式半剛性連接,其拉壓性能也不同于橫桿。上述研究僅限于單個受力情況下的受力特性,而拉(壓)彎剪的受力性能尚需進一步研究。斜桿端部的變形使斜(立)桿受力發(fā)生偏心,桿的極限承載力.計算長度等必然變化。這是今后研究的重點和方向。為了安全,在計算中,豎桿和斜桿的連接近似為鉸接。立桿之間的插接長為180mm,按照相應的歐洲標準,插接長超過150mm,按剛性連接考慮;基座為上蓋,可以簡化為鉸接。
2.負荷分析。
臨時性看臺使用時間較短,根據(jù)等超概率原理,活荷載的值一定要小于規(guī)范取值,在計算中應考慮一折減系數(shù),國內(nèi)規(guī)范對此未作明確規(guī)定;同時將荷載作為動荷載,考慮其動力放大效應,需要取系數(shù)作為放大因子。一般而言,取×=1.2。人們走動跳會在腳踏面上產(chǎn)生一定尺寸的水平力,此外,安裝偏差等因素也會在結(jié)構(gòu)上形成二階效應應力,考慮這些影響[2]建議附加水平力取豎向荷載的6%。
3.觀眾的舒適度。
在保證安全的前提下,臨時看臺應該提供適合其功能的舒適度。一般而言,自振頻率是評價其舒適度的重要指標。ICE在designandpracticeguides-Dynamic中規(guī)定,結(jié)構(gòu)設計頻率應大于2.8Hz;我國《城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范》規(guī)定天橋上部結(jié)構(gòu)的自振頻率應小于3Hz。這些頻率可作為有關(guān)理論研究的參考,為計算提供參考。另外,計算頻次時的質(zhì)量選擇也存在較大分歧。比較豐臺壘球場的實測值與計算值,其質(zhì)量取結(jié)構(gòu)質(zhì)量+0.5人口質(zhì)量,兩者吻合較好。
4.反傾覆滑動分析。
上海國際賽車場臨時看臺被吹倒,是臨時看臺易發(fā)生傾斜滑移的危險之一,基礎設施簡陋是造成這種危險的根本原因。這類覆蓋式基礎的柱腳很簡單地放在混凝土板(木板)上,柱腳.基礎與地基之間沒有牢固的連接,在較大的水平力作用下,臨時看臺會發(fā)生滑移和傾斜。為了避免此類事故的發(fā)生,必須檢驗結(jié)構(gòu)在空載時水平力作不被提起或不會發(fā)生滑移。通過計算分析和在奧運會期間使用的臨時看臺,證實了這種看臺的抗傾覆滑移效果較好。
三、建設對策。
由于計算分析、考慮各種不利因素,臨時看臺在施工中還應采取以下措施,以提高結(jié)構(gòu)的安全儲備。
1.立桿之間用螺栓聯(lián)接,以確保結(jié)構(gòu)的抗傾覆能力。
2.水平斜桿每2-3層布置一條斜桿,并在角部區(qū)域放置斜桿作加固。
3.建筑立面每5個滿布斜桿提高結(jié)構(gòu)的剛度和強度。
四、研究趨勢。
組合式臨時看臺是我國最早采用的結(jié)構(gòu)形式,目前還缺乏相關(guān)的設計規(guī)范和成熟的使用經(jīng)驗,相關(guān)的研究工作相對薄弱。
(1)人和結(jié)構(gòu)相結(jié)合。[5][5]指出了臨時看臺在人群作用下的動態(tài)特性發(fā)生了很大變化,必須考慮二者的耦合作用。
(2)基本頻率控制指標。為了確定一種既經(jīng)濟又能滿足舒適度的頻率指標,需要對其進行大量的使用經(jīng)驗和人群荷載研究。
(3)節(jié)點和斜桿的機械性能。研究了聯(lián)合受力時節(jié)點的受力特性及斜桿偏心對結(jié)構(gòu)承載力的影響。
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