鋼結(jié)構(gòu)施工演講文稿

1、大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)施工過程力學(xué)模擬分析及研究專業(yè)名稱：結(jié)構(gòu)工程碩 士 生：趙建龍指導(dǎo)老師：郭宏超摘要隨著我國綜合國力的提高和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，建筑形式呈現(xiàn)出多樣化的發(fā)展趨勢?，F(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)正朝著高、大、復(fù)的方向發(fā)展，大跨度空間結(jié)構(gòu)已成為我國發(fā)展最快的結(jié)構(gòu)形式之一。其良好的受力性能、大空間的跨越能力以及合理優(yōu)美的空間形體契合了人們對空間結(jié)構(gòu)越來越高的要求。但是，大跨度空間結(jié)構(gòu)在施工過程中的力學(xué)問題也越來越受到廣泛的關(guān)注。施工過程中的結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計成形狀態(tài)有很大差別，施工“路徑”和“”對大跨度空間的建造過程以及最終成形狀態(tài)都有很大影響，與一次成形的設(shè)計狀態(tài)下的分析結(jié)果有較大差別，需在結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工中加以考慮。

2、本文主要進(jìn)行了一下幾個方面的研究：1、大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)的安裝方法分析。該部分介紹了大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)的施工工藝、順序和方法，并對不同結(jié)構(gòu)所采用的不同的安裝方法進(jìn)行了比較，為在結(jié)構(gòu)施工過程中選擇正確的施工方法提供了理論依據(jù)。2、施工分析的原理和依據(jù)?？偨Y(jié)了施工全過程模擬分析的理論基礎(chǔ)，歸納了施工力學(xué)中常用的數(shù)值方法并概括了所用計算軟件MIDAS/Gen的分析原理，說明全過程模擬分析是可行的。3、以第26屆世界大學(xué)生運(yùn)動會主體育場工程為例，根據(jù)實際施工情況對結(jié)構(gòu)進(jìn)行全過程模擬分析，確定了實際施工順序及施工方法的正確性，并驗證了全過程有限元模擬分析的可行性。4、理論值與實測值的對比分析。將施工過程的實

3、測值同有限元模擬分析中的理論值進(jìn)行對比分析，說明了全過程模擬分析的準(zhǔn)確性和實用性，為大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計和施工提供了一定的參考依據(jù)。綜上所述，大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工全過程模擬分析對此類結(jié)構(gòu)的合理施工有著重要的參考價值。本文所采用的數(shù)值分析方法和所取得的實測數(shù)據(jù)對今后大跨度空間結(jié)構(gòu)的研究和施工有著指導(dǎo)意義。關(guān)鍵詞：大跨度；空間鋼結(jié)構(gòu)；施工力學(xué)；全過程模擬分析目錄1 緒論 1.1課題背景 1.2本文的研究目的和意義2 大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)的安裝方法分析2.1安裝方法概述2.2大跨空間結(jié)構(gòu)施工的常用方法2.2.1高空原位拼裝法2.2.2整體吊裝法2.2.3滑移就位法2.2.4整體提升安裝法2.2.5

4、混合安裝法2.3大跨空間結(jié)構(gòu)施工的新技術(shù)2.3.1整體張拉法2.3.2網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)外擴(kuò)法2.3.3懸挑安裝法2.4深圳世界大學(xué)生運(yùn)動會主體育場施工方法的選定2.5本章小結(jié)3 施工分析的原理及依據(jù)3.1施工力學(xué)的理論基礎(chǔ)3.1.1時變結(jié)構(gòu)力學(xué)理論3.1.2大跨度空間結(jié)構(gòu)的施工時變性3.1.3結(jié)構(gòu)的施工力學(xué)效應(yīng)3.1.4大跨度空間結(jié)構(gòu)考慮施工工況的計算方法及步驟3.2施工力學(xué)的實用算法3.2.1離散方法3.2.2一般有限單元法的實現(xiàn)3.3 MIDAS軟件的施工分析原理3.3.1概述3.4本章小結(jié)4 世界大學(xué)生運(yùn)動會主體育場施工全過程模擬分析 4.1運(yùn)用MIDAS有限元軟件建立施工模型4.2施工模擬分析

5、4.3本章小結(jié)5 理論值與實測值的對比分析5.1分析結(jié)果對比5.2本章小結(jié)6 主要結(jié)論與展望6.1主要結(jié)論6.2展望 1緒論1.1課題背景：隨著我國綜合國力的提高和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，建筑形式呈現(xiàn)出多樣化的發(fā)展趨勢。為更好的表現(xiàn)出建筑師的理念、創(chuàng)意以及實現(xiàn)一些特殊的建筑功能，很多的建筑形式需要突破原有的模式而日趨復(fù)雜，這些都推動著建筑結(jié)構(gòu)形式的不斷創(chuàng)新?，F(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)正朝著高、大、復(fù)的方向發(fā)展，大跨度空間結(jié)構(gòu)已成為我國發(fā)展最快的結(jié)構(gòu)形式之一。其在施工過程中的力學(xué)問題也越來越受到廣泛的關(guān)注。傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計理論只是對使用階段的結(jié)構(gòu)在不同的荷載工況及其組合作用下產(chǎn)生的效應(yīng)進(jìn)行分析，并以此來保證建筑結(jié)構(gòu)的安全性和

6、適用性。然而，一個建筑在從設(shè)計、施工直到最終的交付使用過程中，經(jīng)歷了多個不同的階段，每個階段都對應(yīng)著不同的位形和受力模式。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計中的計算模式是這樣的:一次性的建立結(jié)構(gòu)計算模型，荷載也是一次性施加在結(jié)構(gòu)上的，在此基礎(chǔ)上對結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算分析。而在實際工程中，結(jié)構(gòu)的構(gòu)件都是按照一定的施工順序進(jìn)行安裝，結(jié)構(gòu)的成形是一個隨著時間而發(fā)生變化的過程，荷載也不是一次性施加在結(jié)構(gòu)上，因此結(jié)構(gòu)在施工階段的受力狀態(tài)和變形方式會和設(shè)計狀態(tài)存在一定的差別。 在過去相當(dāng)長的一段時間里，由于受到計算手段和設(shè)計方法的限制，結(jié)構(gòu)通常采用簡單、規(guī)則的形式，高度不高，體型也不復(fù)雜，施工過程對結(jié)構(gòu)的影響不大，因此傳統(tǒng)的設(shè)計方法不

7、會影響結(jié)構(gòu)的安全和正常使用。近年來，隨著2008年奧運(yùn)會和2010年世博會的召開，大量新型復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)建筑拔地而起。由此而產(chǎn)生的對施工過程的力學(xué)分析和研究也越來越受到重視。施工過程對這些復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)的影響不能忽略，傳統(tǒng)的設(shè)計理論已經(jīng)不能適用于這些結(jié)構(gòu)之中，否則會造成結(jié)構(gòu)的安全事故，或者不能滿足建筑使用功能的要求。因此必須對復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工過程力學(xué)模擬，分析施工階段對結(jié)構(gòu)的影響，以便在設(shè)計階段或施工階段采取相應(yīng)的對策，優(yōu)選施工方案，保證施工過程的安全性，確保結(jié)構(gòu)成形后能正常履行建筑功能。結(jié)構(gòu)構(gòu)件是按一定的施工順序歷經(jīng)一定的時間逐步形成的，在整個建造過程中其幾何形態(tài)、剛度、荷載和邊界條件都在發(fā)生變化

8、，呈現(xiàn)出時變的特性，“時間”和“路徑”效應(yīng)將直接影響施工階段乃至結(jié)構(gòu)使用階段的受力和變形性能。施工過程是一個涉及時間的過程，對其進(jìn)行力學(xué)分析屬于施工力學(xué)的范疇，是力學(xué)理論和土木工程實踐相結(jié)合并交匯發(fā)展起來的一種新型的交叉學(xué)科;研究對象的幾何參數(shù)、物理參數(shù)、邊界參數(shù)等都是時間的函數(shù)，是耦合了時間和空間的四維力學(xué)問題。因此施工階段的結(jié)構(gòu)分析從傳統(tǒng)的三維力學(xué)問題變成了增加了一個時間變量的四維力學(xué)問題。大型復(fù)雜工程的建設(shè)給現(xiàn)有的設(shè)計和施工帶來的關(guān)鍵力學(xué)問題是如何預(yù)測和控制施工過程中結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形。解決此類問題的方法主要是按照事先擬定的施工方案對結(jié)構(gòu)的施工過程進(jìn)行全過程力學(xué)跟蹤分析，合理準(zhǔn)確地確定在施

9、工過程中結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形隨時間(或施工階段)變化的情況，為設(shè)計和施工提供依據(jù)和參考。1.2本文的研究目的和意義 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)在我國得到了飛速發(fā)展，為了滿足人們對結(jié)構(gòu)越來越高的要求，結(jié)構(gòu)的規(guī)模越來越大，形式也越來越復(fù)雜。大跨度空間結(jié)構(gòu)在具有良好受力性能、形體優(yōu)美的同時，還具有大空間的跨越能力，它良好的經(jīng)濟(jì)性、安全性和實用性，使其成為我國發(fā)展最快的結(jié)構(gòu)形式之一。其中，最具代表性的建筑是中國國家體育場(鳥巢)和游泳中心(水立方)，跨度均在200m以上。 由于大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，規(guī)模大，建造過程中往往會出現(xiàn)很多中小型鋼結(jié)構(gòu)工程未曾發(fā)生的問題?，F(xiàn)有資料表明，此類結(jié)構(gòu)的工程

10、事故多發(fā)生于施工階段，且以結(jié)構(gòu)坍塌事故最為常見。歸納施工過程中結(jié)構(gòu)倒塌的原因主要有以下三個方面:1、結(jié)構(gòu)施工過程中固有的不確定性和復(fù)雜性決定了結(jié)構(gòu)性能的千變?nèi)f化，這是結(jié)構(gòu)施工階段平均風(fēng)險率較高的內(nèi)在原因;2、對結(jié)構(gòu)施工過程中結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能研究不充分以及施工管理的不完善，是結(jié)構(gòu)施工階段平均風(fēng)險率較高的外在原因3、還有一個很重要的原因，就是設(shè)計師在對結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計時往往只對已經(jīng)成型的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，結(jié)構(gòu)的剛度、荷載以及邊界條件等因素也是一次性加載在結(jié)構(gòu)上的，并且僅僅考慮了成型結(jié)構(gòu)在不同的荷載組合下的受力和變形。而在實際的建造過程中，結(jié)構(gòu)的幾何形狀是不斷發(fā)生變化的，荷載等因素也不是一次性加載在結(jié)構(gòu)上的，

11、因此施工順序的變化對結(jié)構(gòu)也是有影響的。只是對于簡單結(jié)構(gòu)，這種“路徑效應(yīng)”影響不大，而對于復(fù)雜的大跨度鋼結(jié)構(gòu)而言，由于其形式復(fù)雜，施工周期較長，這種效應(yīng)的影響是不可忽略的。對于這些大型復(fù)雜的建筑施工，目前可以借鑒的實際工程較少，施工方除了要研究并采取先進(jìn)的鋼構(gòu)件制作和安裝技術(shù)以外，還需要了解建筑師的意圖，并掌握施工過程中結(jié)構(gòu)力學(xué)狀態(tài)的變化過程。因此，利用合理的分析方法進(jìn)行大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)施工全過程模擬分析對結(jié)構(gòu)的設(shè)計、深化及施工都有很重要的意義。雖然大跨度空間結(jié)構(gòu)發(fā)展迅速，奇特的大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)也越來越多，但是目前的結(jié)構(gòu)規(guī)范還沒有對此類問題進(jìn)行探討和研究，也沒有實際可行的解決方法，所以這一新生的研究

12、已經(jīng)得到了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。2大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)的安裝方法分析2.1安裝方法概述 在大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)的建造過程中，選取合理的安裝方法是施工過程中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。它不僅對結(jié)構(gòu)本身的安全性能、施工質(zhì)量有較大影響，也決定了建造過程中的施工成本和施工進(jìn)度。隨著大型復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)的快速發(fā)展，建筑結(jié)構(gòu)的形式變得多種多樣，針對不同的結(jié)構(gòu)形式采用不同的安裝方法，主要考慮的兩大因素是經(jīng)濟(jì)性和安全性。此外結(jié)構(gòu)建造過程中的安裝方法還會受到其他條件的制約，例如:當(dāng)?shù)氐匦?、氣候及設(shè)備運(yùn)輸條件:施工周期的限制;是否方便施工作業(yè)以及施工方之間是否協(xié)調(diào)等。 大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)常見的施工方法有以下幾種:高空原位拼裝法、整體吊裝法、滑

13、移就位法和整體提升安裝法。除此之外，還有一些不常用的方法如整體張拉法4、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)外擴(kuò)法5、懸挑安裝法6等。2.2大跨空間結(jié)構(gòu)施工的常用方法2.2.1高空原位拼裝法 高空原位拼裝法是指把桿件和節(jié)點(diǎn)在結(jié)構(gòu)設(shè)計位置直接進(jìn)行拼裝，為了保證大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)的安全性，結(jié)構(gòu)往往要設(shè)置臨時支撐來改善結(jié)構(gòu)的受力性能，等結(jié)構(gòu)安裝完成以后再把臨時支撐卸載使結(jié)構(gòu)達(dá)到設(shè)計狀態(tài)，設(shè)置臨時支撐結(jié)構(gòu)使得高空原位拼裝法得到了非常廣泛的應(yīng)用。 高空原位拼裝法是復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)施工安裝的基礎(chǔ)，其他的施工方法都是從此方法演變而來的。根據(jù)支撐的不同，高空原位拼裝法可以分為全支架安裝法(滿堂紅腳手架法)和胎架安裝法。全支架安裝法就是根據(jù)結(jié)構(gòu)的

14、曲面形狀和高度使用腳手架將結(jié)構(gòu)在空中完成總拼的方法，它適用于高度和跨度都不是很大的“館”類結(jié)構(gòu)，優(yōu)點(diǎn)是施工靈活、回收利用率高且易于控制坐標(biāo)，缺點(diǎn)是使用腳手架的量比較大，施工過程中的不安全因素增多，比起后一種胎架安裝法來說偏不安全，但是較為經(jīng)濟(jì);胎架安裝法是根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)計一種類似腳手架的胎架結(jié)構(gòu)作為建筑物的支撐體系來進(jìn)行安裝。它適用于高度較高、跨度和自重比較大的大跨度空間“場”結(jié)構(gòu)，優(yōu)點(diǎn)是胎架結(jié)構(gòu)的形式多樣、施工安全以及坐標(biāo)精確，缺點(diǎn)是由于回收利用率不高引起的浪費(fèi)嚴(yán)重。廣州亞運(yùn)會的體操館和深圳世界大學(xué)生運(yùn)動會的主體育場所采用的施工方法就是高空原位拼裝法。由于前者是比較小的“館”類結(jié)構(gòu)，所以采用

15、全支架安裝法，而后者屬于跨高度比較大的“場”類結(jié)構(gòu)，故采用胎架安裝法。如圖2-1所示:圖2-1深圳世界大學(xué)生運(yùn)動會主體育場胎架實際施工圖 高空原位拼裝法是結(jié)構(gòu)建造中最原始、最普遍的施工方法，現(xiàn)將其主要技術(shù)特點(diǎn)總結(jié)如下: 1、要求定位坐標(biāo)精準(zhǔn)。由于結(jié)構(gòu)是在空中拼裝完成的，在沒有預(yù)調(diào)值的情況下，設(shè)計坐標(biāo)即是施工中節(jié)點(diǎn)的安裝坐標(biāo)，要使結(jié)構(gòu)達(dá)到設(shè)計狀態(tài)就必須要求此施工方法對坐標(biāo)定位準(zhǔn)確。 2、制定合理的安裝順序。根據(jù)結(jié)構(gòu)的具體特點(diǎn)制定出合理的安裝順序，盡可能的減少標(biāo)高誤差。 3、考慮基礎(chǔ)不均勻沉降的影響。由于臨時支撐上荷載一般較大且受力不均勻，為了使結(jié)構(gòu)的安裝位形達(dá)到設(shè)計要求，必須對臨時支撐下的基礎(chǔ)不

16、均勻沉降進(jìn)行考慮。 4、對結(jié)構(gòu)進(jìn)行實時監(jiān)測。由于建造過程中的影響因素較多，而施工周期又比較長，所以必須對結(jié)構(gòu)進(jìn)行實時監(jiān)測。 5、對臨時支撐的拆除要在結(jié)構(gòu)拼裝完成以后進(jìn)行。在沒有拼裝完成時結(jié)構(gòu)的整體剛度和穩(wěn)定性還未形成，在此時拆除臨時支撐會對結(jié)構(gòu)的安全性能產(chǎn)生較大影響。 雖然高空原位拼裝法施工周期比較長、臨時支撐的用量很大且安裝和拆除支撐的時間較多，但是由于該方法具有很高的安全性，使得這種施工方法在大跨度空間復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)建造中得到了廣泛的應(yīng)用。2.2.2整體吊裝法 整體吊裝法是指將分區(qū)結(jié)構(gòu)在地面上拼裝好后，運(yùn)用吊裝設(shè)備將結(jié)構(gòu)吊裝在設(shè)計位置處的一種施工方法。它適用于矢高較小、結(jié)構(gòu)形式簡單的空間網(wǎng)殼結(jié)

17、構(gòu)，對于小規(guī)模的建筑使用此方法比較經(jīng)濟(jì)，能縮短施工進(jìn)度，而這種方法的難點(diǎn)在于吊裝結(jié)構(gòu)的選擇和空中定位，對吊裝過程的安全性和工人的操作熟練程度也有一定的要求。深圳信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院游泳館的屋蓋鋼結(jié)構(gòu)施工就是先在地面上將桿件焊接為成棍的屋蓋梁，再采用整體吊裝法將其吊裝到設(shè)計位置處進(jìn)行連接安裝。由于游泳館結(jié)構(gòu)的矢高不大，空中定位也較為容易，所以采用整體吊裝法進(jìn)行施工是合理的。如圖2-2所示:圖2-2深圳信息學(xué)院游泳館屋蓋梁實際施工圖 整體吊裝法在規(guī)模較小的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)施工中應(yīng)用廣泛，現(xiàn)將其主要技術(shù)特點(diǎn)總結(jié)如下: 1、對安裝設(shè)備及場地有較高要求。要求場地空曠且平整，根據(jù)所吊結(jié)構(gòu)的不同，采用不同的吊裝設(shè)備。

18、2、對空中定位的安全性有較高要求。整體吊裝法在施吊時一般需要人員輔助定位，所以要保障操作工人的安全性。 3、可以將地面總拼與吊裝同時進(jìn)行。在場地許可的情況下，可以在場地外進(jìn)行總拼，場地內(nèi)進(jìn)行吊裝，解決了施工周期長的問題，同時要保證吊車在行駛較長的距離時地面有足夠的承載力。 對于大跨度鋼結(jié)構(gòu)而言，由于結(jié)構(gòu)的矢高較高、跨度較大，所以單純使用整體吊裝法進(jìn)行施工是不現(xiàn)實也是不安全的，只有和其他幾種方法結(jié)合施工才能達(dá)到理想的效果。2.2.3滑移就位法 滑移就位法就是指將分區(qū)桿件通過特定的軌道滑移至設(shè)計位置再拼接成整體的安裝方法。此種方法適合在施工場地不利的地區(qū)使用，所建造結(jié)構(gòu)的建筑平面也多為規(guī)則的多邊形

19、或開口的體育場館。運(yùn)用此方法雖然可以縮短工期，使施工周期大大縮短，但也存在著一些難點(diǎn)，例如如何選取滑移軌道以及如何控制滑移速度等問題。 滑移就位法按滑移方式分可以分為:單條滑移法和逐條累計滑移法。前者將每個條狀單元分別從一端滑到另一端直接就位安裝;而后者是先將第一個條狀單元滑移一段距離至第二條單元，連接好后兩條單元一起再滑移一段距離至第三條單元，如此循環(huán)直至完成。按滑移空間的不同分為:上(下)坡滑移法和水平滑移法 雖然滑移就位法的精度比較高，但是使用范圍還不是很廣泛，隨著科技的進(jìn)步此方法也在慢慢地投入使用?，F(xiàn)將其主要技術(shù)特點(diǎn)總結(jié)如下: 1、曲線滑移軌道鋪設(shè)較為困難。當(dāng)軌道的標(biāo)高不同、或曲線的半

20、徑不同時，對液壓爬行器有特殊要求，有時需要特殊改造。 2、對起重設(shè)備和牽引設(shè)備的要求不同。在沒有平臺利用的時候只需搭設(shè)少許的臨時支撐，故對起重設(shè)備要求不高;但對牽引設(shè)備的同步性要求較高。 3、滑移時的結(jié)構(gòu)是幾何不變體且滑移速度不能太快。當(dāng)采用單條滑移法時，由于摩擦阻力小，牽引力較大，所以需通過滑輪組變速。世界大學(xué)生運(yùn)動會主體育館采用了空間多軌道對稱累積旋轉(zhuǎn)滑移的施工技術(shù)，設(shè)置了特定的滑移軌道對結(jié)構(gòu)進(jìn)行安裝。如圖2-3所示:圖2-3世界大學(xué)生運(yùn)動會主體育館滑移軌道(支座處)實際施工圖滑移就位法和空間原位拼裝法以及整體吊裝法相比較，其顯著優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省資金并能縮短工期，在大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)的施工中使用越

21、來越廣泛。2.2.4整體提升安裝法 整體提升安裝法是利用提升設(shè)備將結(jié)構(gòu)提升至預(yù)想位置再進(jìn)行安裝的一種方法，多用在單層或多層網(wǎng)殼的屋蓋結(jié)構(gòu)施工中。此種施工方法最大的優(yōu)點(diǎn)就是可以節(jié)省大量的臨時支撐且工期相對較短，而相對應(yīng)的施工難點(diǎn)就是對提升點(diǎn)的把握以及對所提升網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的應(yīng)力控制。整體提升安裝法是對空間原位拼裝法的補(bǔ)充，一般與其他幾種方法結(jié)合使用。 整體提升安裝法的具體施工步驟是先將要提升的整個網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)分為幾個單元，把第一個單元利用提升設(shè)備升至一定高度與第二個單元進(jìn)行連接，連好后再將兩個單元一起提升至下一單元，如此循環(huán)直至到設(shè)計高度與整個結(jié)構(gòu)進(jìn)行拼裝?，F(xiàn)將其主要施工技術(shù)特點(diǎn)總結(jié)如下: 1、使用的提升

22、設(shè)備一般都不大。由于使用此方法施工的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)一般自重較輕，一般小的提升設(shè)備就可以進(jìn)行施工，成本較低。在小網(wǎng)殼的施工中應(yīng)用非常廣泛。 2、要選擇合適的提升點(diǎn)。由于網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在提升過程中的受力只集中在幾個提升點(diǎn)上，有應(yīng)力集中的現(xiàn)象，所以在施工前要對不同的提升點(diǎn)進(jìn)行分析從而滿足應(yīng)力要求，保障結(jié)構(gòu)施工中的安全性。 3、盡量多的在地面完成拼接。由于是空中作業(yè)，所以同整體吊裝法一樣，為了保障施工人員的安全，設(shè)計時盡量多的在地面完成拼接。 4、只能垂直上升，不能平動和轉(zhuǎn)動。和整體吊裝法不同的是其靈活性稍差，只能垂直上升。 整體提升安裝法是一個從“結(jié)構(gòu)可變體”到“幾何不變體”的過程，在最終完成提升的同時也要注意

23、對結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測，保證施工的安全。由于其安裝質(zhì)量較高，并且可以節(jié)約大量的臨時支撐，成本較低，施工較快，所以在網(wǎng)架及網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的施工中應(yīng)用廣泛。深圳灣體育中心是由主體育場、體操館、游泳館以及一些單層網(wǎng)殼組成，游泳館以及體操館的上部網(wǎng)殼均采用整體提升安裝法進(jìn)行施工，即設(shè)置合理的吊點(diǎn)將結(jié)構(gòu)提升至設(shè)計位置。如圖2-4所示:2.2.5混合安裝法 一般情況下，一個復(fù)雜的大跨度空間結(jié)構(gòu)按照一種方法進(jìn)行施工是不合理也是不現(xiàn)實的，往往是以上幾種方法的混合運(yùn)用，即混合安裝法。此種安裝方法是根據(jù)具體的結(jié)構(gòu)形式而選定幾種施工方法組合而成，靈活性比較強(qiáng)，使結(jié)構(gòu)在施工中達(dá)到安全性與經(jīng)濟(jì)性的平衡。 深圳灣體育中心除游泳館

24、與體操館采用整體提升安裝法外，其余網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)都采用空間原位拼裝法進(jìn)行施工;而世界大學(xué)生運(yùn)動會主體育場的施工則是空間原位拼裝法和整體吊裝法的結(jié)合，對于主桿件和胎架結(jié)構(gòu)采用整體吊裝法，對于次桿件則采用高空原位拼裝法進(jìn)行施工。 由于上述顯而易見的優(yōu)點(diǎn)，混合安裝法在大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)的施工中越來越被大家所接受。2.3大跨空間結(jié)構(gòu)施工的新技術(shù) 隨著科技的進(jìn)步，空間結(jié)構(gòu)的形式也越來越奇特，雖然常用的施工方法越來越成熟，但是也迫切地需要一些新的安裝方法來解決這些難題。本小節(jié)將對這些施工新技術(shù)做簡單的介紹。2.3.1整體張拉法 整體張拉法是利用一定數(shù)目的液壓千斤頂將索同步張拉至合理標(biāo)高的一種施工方法，特別適合應(yīng)用

25、于大型索膜結(jié)構(gòu)安裝。這種施工方法的技術(shù)含量高，科學(xué)性較好，操作方便且易于控制，使工人的工作量和施工成本都有較為顯著的下降，所以在索膜結(jié)構(gòu)的施工中使用這種柔性的施工方法是非常合理和可行的。2.3.2網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)外擴(kuò)法 網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)外擴(kuò)法也是施工新技術(shù)之一，具體方法是先在地面上將結(jié)構(gòu)中間部分網(wǎng)殼進(jìn)行拼裝，提升到一定的高度之后再拼接四周一部分網(wǎng)殼，而后又將拼接好的網(wǎng)殼進(jìn)行提升，如此反復(fù)直至網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)全部拼裝完畢為止。這種施工方法可以節(jié)省大量臨時支撐并且易于保證施工質(zhì)量，由于大量的拼裝是在地面上進(jìn)行的，所以安全性也是比較好的。鑒于以上優(yōu)點(diǎn)，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)外擴(kuò)法在大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)的施工中得到了越來越多的重視。2.3.3

26、懸挑安裝法 懸挑安裝法就是先在地面拼接好小塊單元，直接利用起重設(shè)備將此單元吊裝至設(shè)計位置進(jìn)行拼裝，它適用于小型的、結(jié)構(gòu)形式不是很復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)。懸挑安裝法可以減少臨時支撐的數(shù)目以達(dá)到降低造價的目的，但是安全性較差，施工質(zhì)量不好保證，可能會產(chǎn)生較大的次應(yīng)力。由于已安裝構(gòu)件的穩(wěn)定性直接影響后面桿件的安裝，所以要求已安裝的結(jié)構(gòu)單元是幾何不變體、有足夠的剛度且相對于設(shè)計位置來說基本沒有變形，這就要求結(jié)構(gòu)在采用懸挑安裝法施工之前要對結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬分析，做好防護(hù)措施，消除不利影響。 對于大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)施工而言，還有很多其他新的技術(shù)，這些新技術(shù)在使用中往往都是針對特定的結(jié)構(gòu)量身定做的，有其局限性，所以在使用

27、這些新技術(shù)的同時要對結(jié)構(gòu)有全面的認(rèn)識和把握，特別是施工過程的安全?？傮w來講，這些新元素對鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計、施工起到了一定的推動作用。2.4深圳世界大學(xué)生運(yùn)動會主體育場施工方法的選定 世界大學(xué)生運(yùn)動會主體育場結(jié)構(gòu)樣式新穎，重型構(gòu)件以及超長桿件較多且構(gòu)造復(fù)雜，所以在建造中所采用的施工方法直接決定了結(jié)構(gòu)的安全性和經(jīng)濟(jì)性?，F(xiàn)將此工程擬采用的兩種施工方法做出對比如下:1、空間原位拼裝以及整體吊裝法。采用此方法優(yōu)先考慮了結(jié)構(gòu)跨度與自重較大的特點(diǎn)，安全性較好，具體方法是在建造主體結(jié)構(gòu)之前要先對胎架結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工，待主體結(jié)構(gòu)單元在地面拼裝好后直接吊裝到胎架結(jié)構(gòu)上進(jìn)行空間原位拼裝。但此方法經(jīng)濟(jì)性較差，為了避免對鋼材的

28、浪費(fèi)，胎架盡量做成標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，以便下一工程使用。2、滑移就位法。針對結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，采用對稱累計旋轉(zhuǎn)滑移的施工工藝，考慮了施工過程的經(jīng)濟(jì)性，具體做法是當(dāng)一個對稱的滑移單元拼裝好后，采用液壓同步系統(tǒng)將其沿逆時針方向滑移某一角度，進(jìn)行下一單元的拼裝，再逆時針旋轉(zhuǎn)，以此類推直至合攏。由于要采用多條滑移軌道且高差較大，半徑也不同，所以要對軌道進(jìn)行特殊設(shè)計，而且由于滑移軌道是曲線，所以要還對液壓爬行器做特別改造處理，反而提高了造價且施工中的偶然性增多。根據(jù)以上分析，結(jié)構(gòu)最終采用空間原位拼裝以及整體吊裝的施工方法，保障施工安全性的同時考慮了經(jīng)濟(jì)性。2.5本章小結(jié) 本章對大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)建造中常用的施工方法做了簡單

29、介紹，并且提及了一些新的施工技術(shù)，分別對它們的適用范圍、技術(shù)特點(diǎn)作了總結(jié)。施工方法應(yīng)該根據(jù)結(jié)構(gòu)具體的形式、場地和設(shè)備條件進(jìn)行選擇，此外，結(jié)構(gòu)周期限制、經(jīng)濟(jì)條件等多方面因素也需要綜合考慮，盡量達(dá)到安全性和經(jīng)濟(jì)性的平衡。3施工分析的原理及依據(jù)3.1施工力學(xué)的理論基礎(chǔ) 傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)力學(xué)分析中結(jié)構(gòu)形式是已知的，固定不變的。結(jié)構(gòu)設(shè)計也是利用結(jié)構(gòu)力學(xué)的原理將已經(jīng)建造好的建筑作為研究對象，結(jié)構(gòu)的體型、荷載、剛度以及邊界條件等因素是一次性加載在結(jié)構(gòu)上的，并未考慮建造過程對結(jié)構(gòu)的影響。事實上，結(jié)構(gòu)的施工是一個從無到有的隨時間不斷變化的過程，在不同的階段，結(jié)構(gòu)的形態(tài)、邊界以及荷載等因素也是不盡相同的。由于施工過程的

30、時變性，新安裝的構(gòu)件會對已經(jīng)安裝成型的構(gòu)件產(chǎn)生影響，但此時結(jié)構(gòu)的整體剛度尚未形成，使得整體結(jié)構(gòu)還未協(xié)同工作，因此仍然按照傳統(tǒng)的方法進(jìn)行設(shè)計會使結(jié)構(gòu)在施工過程中偏不安全，即便結(jié)構(gòu)成型其變形和內(nèi)力與設(shè)計值也相差較大。 隨著大跨空間結(jié)構(gòu)的迅速發(fā)展，結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和施工周期的長時性都決定了僅僅研究三維成型結(jié)構(gòu)的受力是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，了解在時間效應(yīng)下的結(jié)構(gòu)施工過程也是很有必要的。3.1.1時變結(jié)構(gòu)力學(xué)理論 隨著時間推移結(jié)構(gòu)本身發(fā)生變化的現(xiàn)象叫做“時變效應(yīng)”，相應(yīng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)稱為“時變結(jié)構(gòu)”。結(jié)構(gòu)施工過程中的力學(xué)問題屬于施工力學(xué)的研究范疇，是傳統(tǒng)力學(xué)和土木工程相結(jié)合的產(chǎn)物，施工力學(xué)學(xué)科的出現(xiàn)使得結(jié)構(gòu)由傳統(tǒng)的三維分

31、析轉(zhuǎn)化為與時間相關(guān)的四維分析。時變結(jié)構(gòu)力學(xué)根據(jù)荷載與結(jié)構(gòu)的變化快慢分為三種形式 l)快速時變結(jié)構(gòu)力學(xué)(時變結(jié)構(gòu)振動理論):結(jié)構(gòu)在受力狀態(tài)下由于外界因素的變化迅速改變自身的某些重要參數(shù)，即荷載和結(jié)構(gòu)迅速變化，稱之為快速時變結(jié)構(gòu)力學(xué)。快速時變結(jié)構(gòu)力學(xué)的要點(diǎn)是必須考慮結(jié)構(gòu)的慣性影響，由于在這一過程中結(jié)構(gòu)往往會伴隨有劇烈的振動，也稱為時變結(jié)構(gòu)振動理論。 此理論主要用于航天工業(yè)中，最具有代表性的是解決了航天器運(yùn)輸工具的變質(zhì)量問題，而對于柔性構(gòu)件迅速展開的動力分析正在研究探索中。由于變系數(shù)偏微分方程求解比較困難，而且目前只有些比較離散的研究成果，所以還未在結(jié)構(gòu)設(shè)計中投入使用。 (2)慢速時變結(jié)構(gòu)力學(xué):結(jié)構(gòu)

32、與荷載隨時間緩慢變化，既可以采用將時間凍結(jié)的方法來近似處理這一過程，即把它當(dāng)成一序列時不變的結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力或動力分析，也可以考慮時間緩慢推移過程中變化結(jié)構(gòu)之間的相互影響，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行擬動力分析。前者是研究其工作過程中最不利的若干工作狀態(tài)，不考慮結(jié)構(gòu)的相互影響來分析該狀態(tài)下結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形，類似于傳統(tǒng)力學(xué)中將任意一彎曲段看做無限個微小的直線段的方法，屬于時變結(jié)構(gòu)靜力學(xué)問題;后者在分析時必須考慮結(jié)構(gòu)的變化影響，分析該狀態(tài)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度極其穩(wěn)定性，結(jié)果更加準(zhǔn)確。 對構(gòu)件進(jìn)行吊裝就屬于慢速時變結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究范疇，選出最合理的吊點(diǎn)坐標(biāo)，對最不利的位置和荷載工況進(jìn)行靜力分析。最典型的慢速時變結(jié)構(gòu)力學(xué)問題就是

33、研究大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)在建造過程中的力學(xué)表現(xiàn)，也就是施工力學(xué)需要研究解決的問題。 (3)超慢速時變結(jié)構(gòu)力學(xué)(時變可靠性理論和維修決策理論):結(jié)構(gòu)和荷載變化及其緩慢，主要研究結(jié)構(gòu)在服役期由于受到環(huán)境、材料老化以及荷載等因素的影響而產(chǎn)生的變化，由于經(jīng)歷時間較長，結(jié)構(gòu)變化緩慢，稱之為超慢速時變結(jié)構(gòu)力學(xué)，也可以稱之為時變可靠性理論。為了保證結(jié)構(gòu)在使用過程中的安全性，應(yīng)該對它進(jìn)行實時監(jiān)控、檢測和定時維護(hù)。超慢速時變結(jié)構(gòu)力學(xué)的分析為結(jié)構(gòu)服役可靠度的研究以及結(jié)構(gòu)的維修決策提供了依據(jù)。3.1.2大跨度空間結(jié)構(gòu)的施工時變性 大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的施工分析屬于慢速時變結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究范疇。對于鋼結(jié)構(gòu)而言，桿件和節(jié)點(diǎn)都是在工廠里制

34、作完成的，而后運(yùn)送到工地進(jìn)行安裝;混凝土結(jié)構(gòu)則是直接在現(xiàn)場澆注成型的，無論對于鋼結(jié)構(gòu)還是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其施工過程中都具有時變性，結(jié)構(gòu)都是一個從無到有，從局部到整體的過程。大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的施工時變性具體表現(xiàn)為以下幾個方面內(nèi)容: (1)幾何形態(tài):幾何形態(tài)的變化是施工時變性最基本的表現(xiàn)形式，由于大跨度空間結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜，施工周期長，其幾何形態(tài)的變化也是一個相當(dāng)緩慢的過程，在不同的時間段，結(jié)構(gòu)的形式與成型結(jié)構(gòu)都是有差別的。 (2)邊界條件:結(jié)構(gòu)在拼裝過程中，邊界條件隨著結(jié)構(gòu)形式的不同也在發(fā)生變化，這種邊界條件的改變使得結(jié)構(gòu)在施工過程中不斷地進(jìn)行內(nèi)力重分布，達(dá)局部區(qū)域的平衡。 (3)剛度:在結(jié)構(gòu)未成型之前

35、，其整體剛度尚未形成，并不能有效地抵抗側(cè)力，容易使結(jié)構(gòu)在橫向荷載作用下發(fā)生傾覆，隨著完工結(jié)構(gòu)的增多，其剛度也在不斷增大，結(jié)構(gòu)也愈趨于穩(wěn)定。 4)材料性能:在大型結(jié)構(gòu)的施工中，鋼結(jié)構(gòu)在出廠時己經(jīng)達(dá)到設(shè)計狀態(tài)，運(yùn)輸過程對鋼材性能影響較小，在施工中可以忽略。和鋼結(jié)構(gòu)不同，混凝土結(jié)構(gòu)的施工必須要考慮材料性能的時變影響，隨著時間的推移，混凝土的強(qiáng)度會有所提高，彈性模量也會發(fā)生變化，所以在施工中材料性能的時變性僅僅是針對混凝土結(jié)構(gòu)而言的。 (5)荷載:施工中荷載的變化是時變性最重要的特征。在大跨度空間結(jié)構(gòu)的施工過程中，荷載并不像傳統(tǒng)的設(shè)計方法一樣在結(jié)構(gòu)完成后一次性加載在結(jié)構(gòu)上，而是隨時間變化的量，這就要求

36、建造方重視施工中荷載的時變性。這種時變的荷載可以分為兩類:一類是隨結(jié)構(gòu)形式變化而變化的，例如自重等;另一類是與結(jié)構(gòu)形式無關(guān)的時變荷載，例如風(fēng)荷載以及溫度荷載等。3.1.3結(jié)構(gòu)的施工力學(xué)效應(yīng) 對大跨度空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工力學(xué)分析和結(jié)構(gòu)一次性成型分析的差別就是施工學(xué)的效應(yīng)，其主要包括以下三方面內(nèi)容 (1)“時效”:如果結(jié)構(gòu)具有粘性或者結(jié)構(gòu)性能隨時間變化顯著時，要考慮結(jié)構(gòu)的施工時效，結(jié)構(gòu)施工過程中最典型的時效影響就是混凝土的徐變。很明顯，隨著時間的推移，時效下結(jié)構(gòu)的力學(xué)狀態(tài)與一次性成型的結(jié)構(gòu)力學(xué)狀態(tài)有很大的差別，不能忽略。 (2)“路效”:當(dāng)結(jié)構(gòu)具有非線性(幾何非線性、材料非線性、狀態(tài)非線性)且需要考慮

37、非線性時，或者結(jié)構(gòu)由于施工順序的不同影響顯著時，要考慮結(jié)構(gòu)的施工路效，表明正在安裝的構(gòu)件對已經(jīng)安裝成型的構(gòu)件有影響。對于同一結(jié)構(gòu)，采用不同的施工順序，結(jié)構(gòu)的力學(xué)狀態(tài)不同，當(dāng)然與一次性成型的結(jié)構(gòu)分析狀態(tài)差別更大。 (3)不計以上因素的影響:結(jié)構(gòu)施工中如果不考慮“時效”和“路效”的影響，表明對于同一結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)的力學(xué)狀態(tài)不隨時間的推移、施工順序的不同而變化。分析時只需不斷改變參數(shù)，在不考慮相互的禍連的前提下進(jìn)行多次常規(guī)分析，使得施工力學(xué)分析也只是增加了不同的階段而已。3.1.4大跨度空間結(jié)構(gòu)考慮施工工況的計算方法及步驟 假設(shè)某結(jié)構(gòu)可以分成n個單元，施工由1, 2, 3,，n個步驟完成.3.2施工力學(xué)

38、的實用算法 結(jié)構(gòu)在不同的建造階段，其內(nèi)力及變形都是不相同的，為了更加準(zhǔn)確的表現(xiàn)結(jié)構(gòu)在建造過程中的受力和變形，現(xiàn)階段施工力學(xué)中最為有效的分析方法是對結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工全過程的模擬分析。3.2.1離散方法 時變結(jié)構(gòu)力學(xué)與非時變結(jié)構(gòu)力學(xué)相比，計算理論以及計算結(jié)果都要復(fù)雜得多，實現(xiàn)計算要困難的多，這就要求采用數(shù)值方法來求解時變力學(xué)的問題。其中包括兩方面內(nèi)容:一是對時變力學(xué)問題的離散化，此外還有對時變力學(xué)離散方程的數(shù)值求解，主要包括:時變單元法、拓?fù)渥兓ㄒ约耙话阌邢迒卧〞r變單元法通過單元大小隨時間變異來實現(xiàn)解域時變，其離散網(wǎng)格格式不變，因此可克服方程奇異問題，但也存在數(shù)值積分的穩(wěn)定性問題。 拓?fù)渥兓ǖ奶?/p>

39、點(diǎn)在于應(yīng)用拓?fù)鋵W(xué)原理，用數(shù)值手段實現(xiàn)解域隨時間變化，可以不重復(fù)求解數(shù)值方程得到解域變化的結(jié)果，但要求時變次數(shù)不能太多，否則會影響計算效率。 一般有限單元法與前兩種方法相比，具有域內(nèi)全離散特點(diǎn)，便于單元集合時采取增減單元辦法來實現(xiàn)解域的時變，但這類方法可能存在運(yùn)算矩陣奇異問題和網(wǎng)格不斷重新剖分的缺點(diǎn)。施工力學(xué)中最常采用的方法為一般有限單元法，實際工程的施工分析所采用的計算機(jī)軟件也大都采用有限單元法來求解，這種方法簡單、通用，現(xiàn)如今已趨于成熟。3.2.2一般有限單元法的實現(xiàn) 現(xiàn)有的施工全過程跟蹤模擬分析由于材料、結(jié)構(gòu)以及邊界條件的時變性而產(chǎn)生諸多的難點(diǎn)，計算機(jī)模擬方法也比較少，一般有限單元法根據(jù)建

40、模方法的不同可以分為一次性建模法和分步建模法。 (1)一次性建模法 同“單元生死法”類似，一次性建模法是將結(jié)構(gòu)的整體模型一次性在軟件中給出，再按照相應(yīng)的施工步驟把結(jié)構(gòu)的桿件、邊界條件以及荷載工況劃分為不同的施工步，運(yùn)算時只考慮所算施工步之前的變形和內(nèi)力并且凍結(jié)了之后結(jié)構(gòu)的所有構(gòu)件，下一階段的變形和內(nèi)力隨上一階段進(jìn)行調(diào)整。一個單元被凍結(jié)(鈍化)并不意味著把該單元刪除，而是將其剛度矩陣乘以某一個極小的因子，此時被鈍化單元的質(zhì)量、載荷以及比熱等特性就被看成無限小的量，對其他單元不產(chǎn)生作用，相應(yīng)的在模型求解過程中也不包括鈍化單元的因子。同樣，一個單元被激活也不是指在原有模型中添加新的單元，而是把之前鈍

41、化的單元激活，使質(zhì)量、剛度等特性恢復(fù)默認(rèn)值。一次性建模法就是按照預(yù)計的施工步將正在安裝的桿件激活，而將還未安裝的桿件鈍化，達(dá)到真實模擬施工的目的。分析的基本過程如圖3-1所示:的材料特性、空間位置、尺寸、載荷形式、連接形式和實際的施工步驟等，由此得到更加詳盡、準(zhǔn)確可靠的分析結(jié)果。3.3 MIDAS軟件的施工分析原理 隨著計算機(jī)的廣泛發(fā)展及應(yīng)用，提高了工程和制造業(yè)產(chǎn)品設(shè)計、分析、制作的效率。一般將用計算機(jī)對設(shè)計的產(chǎn)品進(jìn)行實時或隨后的仿真分析稱為計算機(jī)輔助工程，即CAE (Computer Aided Engineering)。該技術(shù)是由計算機(jī)技術(shù)和工程分析技術(shù)相結(jié)合形成的，它涉及計算力學(xué)、計算數(shù)

42、學(xué)、結(jié)構(gòu)動力學(xué)等學(xué)科，隨著有限元理論的發(fā)展，CAE技術(shù)已成為設(shè)計師實現(xiàn)創(chuàng)新的有效手段。大型通用的有限元軟件可以對復(fù)雜工程進(jìn)行仿真分析，研究結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能，其應(yīng)用范圍十分廣泛，例如ANSYS, ABAQUS, MIDAS, SAP等。 MIDAS/Gen軟件具有強(qiáng)大的建模能力和分析處理能力，其獨(dú)特的GU工(GraphicUser工nterface)功能和圖形處理(Graphic display)功能可以對結(jié)構(gòu)模型的建過程按輸入階段查看，輸出的結(jié)果也可以轉(zhuǎn)化為文本形式。此軟件大量的用于工程實際中，在決定分析結(jié)構(gòu)精度的有限元原理方面，由于采用了新的理論，計算結(jié)果更加準(zhǔn)確和可行。3.3.1概述 以往的

43、建筑結(jié)構(gòu)分析是將整個結(jié)構(gòu)建立起來后同時施加載荷進(jìn)行分析，但實際的建筑物是一層一層建造起來的，而且即使相同的層也具有施工順序和加載條件的不同。這種施工期間的結(jié)構(gòu)狀態(tài)和成型后結(jié)構(gòu)狀態(tài)的不同，會導(dǎo)致理論分析結(jié)果和實際結(jié)構(gòu)效應(yīng)存在較大的差異。 隨著施工階段的不同，不同構(gòu)件的齡期也是有差別的，而且其彈性模量、強(qiáng)度、泊松比等材料性能也會存在差異。特別是混凝土結(jié)構(gòu)由于徐變、收縮以及強(qiáng)度增長等因素的影響，在施工前后其應(yīng)變總是不斷變化的，應(yīng)力也始終在進(jìn)行重分布，因此使得混凝土的狀況更加復(fù)雜。 總之，當(dāng)結(jié)構(gòu)體系隨工程進(jìn)度發(fā)生變化時，構(gòu)件的最大應(yīng)力和變形有可能發(fā)生在施工期間，為了克服施工期間的不安全性，考慮結(jié)構(gòu)時效

44、和路效的影響是很有必要的。3.4本章小結(jié)本章首先將時變結(jié)構(gòu)力學(xué)理論以及施工過程的效應(yīng)理論作為施工力學(xué)的理論基礎(chǔ)，在對計算方法簡單介紹的同時也總結(jié)了結(jié)構(gòu)分析中最常用的幾種實用算法的優(yōu)劣。其次提出針對大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)，最合理的施工分析方法就是采用有限單元法來一次性建模分析整個結(jié)構(gòu)的施工狀態(tài)的結(jié)論。此外對實際中較常采用的有限元軟件M工DAS的施工分析原理做了簡單的介紹，為下一步的施工過程模擬提供了理論基礎(chǔ)。4世界大學(xué)生運(yùn)動會主體育場施工全過程模擬分析4.1工程概況及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)4.1.1工程概況 深圳世界大學(xué)生運(yùn)動會體育中心位于龍崗區(qū)奧體新城東北部，主要由一場兩館三個建筑組成，用于2011年世界大學(xué)生運(yùn)動會

45、主會場。體育場位于中心南部，北邊為體育館，西北向為游泳館。 體育場的建筑方案由德國GMP提供，可以容納觀眾六萬余人，建筑平面為橢圓形，平面尺寸約為285 X 270m，看臺為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，立面及屋面首次采用了新型的“單層折面空間網(wǎng)格”鋼結(jié)構(gòu)體系。整個屋蓋結(jié)構(gòu)由20個形狀相似的結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成，最高點(diǎn)的高度為44. lm，懸挑長度為51. 9m到68. 4m，馬鞍形屋面最大高差約為12m。主體鋼結(jié)構(gòu)分為立面和屋面兩部分，結(jié)構(gòu)體系由一系列的空間折面結(jié)構(gòu)構(gòu)成。4.1.2結(jié)構(gòu)特點(diǎn)眾多的三角形網(wǎng)格圍繞著一個曲面(稱為虛構(gòu)面)折上折下或折左折右，呈空間折面相連規(guī)律，加之三角形網(wǎng)格的邊均為單一構(gòu)件，而不是

46、具有上下弦的析架或剛架，因此稱之為“單層折面網(wǎng)格結(jié)構(gòu)”。 每個三角形網(wǎng)格形成的空間斜面內(nèi)，均設(shè)置網(wǎng)格梁作為二級結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于形成了“空間斜板”，具有板的受力變形特性，所以設(shè)計者也稱之為折板結(jié)構(gòu)。空間折面形成后，其面外剛度增加，面內(nèi)剛度削弱，具有折面外方向剛度大等特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)上的水平和豎向荷載通過空間折面結(jié)構(gòu)每個桿件的拉、壓、彎傳遞到底部支座上。主桿件或拉彎或壓彎，分工清晰，傳力路徑明確。體育場的主桿件采用圓形鋼管截面，最大外徑1400mm，最小外徑700mm，在每個空間三角形斜面內(nèi)，次結(jié)構(gòu)交叉形成三角形的網(wǎng)格梁，次構(gòu)件采用箱型截面，最大尺寸60 X 400，最小尺寸450 X 150。主桿件之間采

47、用鑄鋼節(jié)點(diǎn)連接，次桿件與主桿件采用耳板和銷栓形成面外鉸接連接，結(jié)構(gòu)底部20個支座采用理想的球鉸支座。整體效果圖和實際工程圖如圖4-1所示:圖4-1大運(yùn)會整體效果圖以及實際工程圖 由上圖可知，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件通過支座、背谷、背峰、肩谷、肩峰、冠谷、冠峰、內(nèi)環(huán)等承力節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連接，形成穩(wěn)定的復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)體系。4.2有限元模型建立4.3施工過程模擬分析4.4本章小結(jié)本章首先對世界大學(xué)生運(yùn)動會主體育場結(jié)構(gòu)做了簡單介紹，并對擬采用的三種安裝方案進(jìn)行了對比分析，證明了實際中所采用方案的可行性和優(yōu)越性。而后對胎架結(jié)構(gòu)的柱腳反力進(jìn)行了分析，為千斤頂?shù)倪x擇以及結(jié)構(gòu)施工的重點(diǎn)提供了依據(jù)。5理論值與實測值的對比分析5.1分析結(jié)果對比 施工過程中理論值與實測值的應(yīng)力，應(yīng)變結(jié)果以圖形結(jié)果呈現(xiàn)。5.2本章小結(jié)本章對深圳世界大學(xué)生運(yùn)動會主體育場的有限元模擬理論值與現(xiàn)場的實時監(jiān)測值進(jìn)行了對比分析，并對產(chǎn)生的誤差也進(jìn)行了研究，表明二者都具有同樣的規(guī)律