某钢结构施工仿真分析-(正式)--

博物馆钢结构施工仿真分析

一计算内容分析

成都博物馆新馆钢结构安装过程结构受力与设计状态不完全一样，整个结构体系是个逐阶段建立的过程，特别是在胎架卸载过程中，存在结构转换，结构受力从胎架转移到结构本身，部分构件受力特性可能发生改变，因此对施工过程中的若干关键工况需要进行计算，以保证结构的安全。根据施工全过程的分析结果，对结构构件尺寸与安装位置进行预调整。

施工过程需要计算分析的内容：

（1）安装及卸载过程形分析

（2）安装及卸载过程构件受力计算分析

（3）构件的尺寸与安装的预调整值

二计算软件分析选用

结构计算选用了通用有限元程序Midas（7.8.0版）。

三模型分析

计算模型采用空间三维实尺模型,按照实际的安装及卸载顺序，进行施工过程分析。主结构中悬挑桁架的腹杆与地下一榀大桁架的腹杆采用桁架单元模拟，其余构件采用梁单元模拟，楼板采用板单元，核心筒采用墙单元。

施工过程分析中所考虑的荷载工况包括三种类型：恒载DL；活载LL；温度荷载T(T+为升温，T-为负温)。设计工况汇总如下表：

表1 设计工况汇总

序号荷载符号名称说明

1DL结构自重钢结构及附属结构自重（结构理论重量）

2LL活荷载施工中临时的人、机荷载（暂取为150kg/m2，即1.5kN/m2）3T+升温荷载设定常温为25℃，升温荷载按+20℃温差考虑。

4T-降温荷载降温荷载按-20℃温差考虑。

在计算模型中胎架按安装单位提供的实际规格考虑，主要分为钢管格构式胎架；型钢组合胎架及悬挑桁架胎架。由于胎架支承点反力为拉力时，该胎架应退出工作，将胎架模型上部与结构连接构件按“只受压单元”考虑。

计算模型

胎架三维图

胎架平面布置图

四施工过程分析

4.1 模拟仿真过程

按照安装单位的施工方案，拟将施工过程分为安装22个阶段，卸载1个阶段。

4.1.1 安装过程（主要针对钢结构构件，楼板与核心筒随钢结构依次自下而上）

第一阶段安装地下-20m处第1节钢柱

第二阶段安装地下-16m处钢梁

第三阶段安装地下-12m处钢梁

第四阶段安装地下-12m处以上的第2节钢柱

第五阶段安装地下-8m处钢梁

第六阶段安装悬挑桁架的胎架

第七阶段安装地下-4m、0m及夹层处的钢梁及悬挑桁架安装

第八阶段安装东南角部的胎架

第九阶段安装地上第1节钢柱

第十阶段安装地上西侧开洞部位的胎架

第十一阶段安装地上4.5m处的钢梁

第十二阶段安装地上9.0m处的钢梁及外部第1层网格

第十三阶段安装地上第2节钢柱

第十四阶段安装中部门洞处的胎架

第十五阶段安装地上12.5m、16m处的钢梁及外部第2层网格

第十六阶段安装地上19.5m、23m处的钢梁及外部第3层网格

第十七阶段安装地上第3、4节钢柱

第十八阶段安装东侧大厅处的胎架

第十九阶段安装地上26.5m、30m处的钢梁及外部第4层网格

第二十阶段安装东立面网格胎架

第二十一阶段安装地上34.0m处的钢梁及屋面钢梁

第二十二阶段安装屋面板、外网格檐口构件及部分构件填装

4.1.2 卸载过程

实际施工中拆撑卸载是利用放置在临时胎架顶端的千斤顶缩短达到卸载的目的。卸载方法根据“变形协调，卸载均衡”的原则，通过放置在支架上的千斤顶，多次循环微量下降来实现“荷载平衡转移”。

4.1.2.1 胎架卸载量

施工过程中需要卸载的量值为对应时期结构的荷载所能产生的下挠值，本工

程中卸载时存在的荷载包括有结构自重和对应的楼板自重，根据计算模型算出胎架支承点处在该组合工况下的竖向变形值。各支承点卸载前后的竖向位移值以及需要卸载的总位移如下所示( 支承点编号与胎架编号一致)。

胎架编号图

表2 各支承点竖向位移及卸载量值

卸载前竖向位移卸载后竖向位移卸载总位移胎架点编号

DZ (mm)DZ (mm)△DZ (mm) 1-0.40-9.288.88

2-0.55-7.657.10

3-0.68-5.76 5.08

4-0.93-4.66 3.73

5-0.55-9.719.16

6-0.16-10.149.98

7-0.19-9.819.62

如上表所示：支承点处所有胎架卸载总位移在10mm以内，卸载量比较小，为确保千斤顶和砂箱卸载同阶段性，可采取一次卸载的方式，对结构的强度刚度及整体稳定影响甚微（见后续），即整体卸载方式。

第二十三阶段拆除胎架，结构整体卸载4.2 变形分析

为了便于更直观反应结构的变形分布，板单元与墙单元未显示。

4.2.1 安装过程变形

第一阶段变形最大为0.03mm，发生第一节钢柱上

第二阶段变形最大为9.88mm，发生在-16m处的斜梁上

第三阶段变形最大为9.92mm，发生在-16m的斜梁上

第四阶段变形最大为9.92mm，发生在-16m的斜梁上

第五阶段变形最大为12.48mm，发生在地下桁架弦杆上

第六阶段变形最大为12.48mm，发生在地下桁架弦杆上

第七阶段变形最大为32.15mm，发生在门洞底部的钢梁上

第八阶段变形最大为32.15mm，发生在门洞底部的钢梁上

第九阶段变形最大为32.24mm，发生在门洞底部的钢梁上

第十阶段变形最大为32.24mm，发生在门洞底部的钢梁上

第十一阶段变形最大为32.33mm，发生在门洞底部的钢梁上

第十二阶段变形最大为32.38mm，发生在门洞底部的钢梁上