清华大学土木工程学院：曲靖体育场钢屋盖安装过程及模拟分析

青岛体育场钢屋盖安装过程及模拟分析 论文题目要精炼、醒目、突出主题,字数一般不超过20个字 如有基金项目或科技支撑,请标上“*”号,并在首页或文末写上基金名称及编号。 王浩1,廖峰,李华伟 (1.清华大学土木工程学院,北京100084;2.山东建工钢结构有限公司 山东济南250073) 作者姓名之间用逗号隔开,单位排在姓名之下,单位名称用全称,后加逗号排 所在省、市及邮编,不同单位间用分号隔开。 擴要]青岛体育场钢屋盖为大跨悬挑管桁架结构,采用“地面拼装成段、跨外分段吊装、 高空对接合龙”的施工工艺。钢屋盖结构受安装路径效应影响较大,故采用SAP2000非线 性施工模块按实际逐榀安装平面桁架模拟安装过程。研究表明,大部分构件应力比集中在 0~0.1,具有富足的施工安全储备;钢屋盖的“X”形单元在安装过程中的相对独立性较好 冬季降温对体育场施工影响不大。 摘要(不用“提要”)中一般不出现公式,为论文研究目的、方法、结果和结论的主要内容,去掉“本文”字样,不得 添加参考文献序号,不得出现评价性语言,如“对.具有借鉴意义/参考价值”等。中文摘要一般在200字左右 关键词]钢结构;安装:施工效应:模拟 关键词选用要规范,一般列3~8个关键词,词间加分号。 [中图分类号]TU758.1 [文獻标识码]A [文章编号] 可列出一个或一个以上中图分类号,按《中国图书馆分类法》确定。 Simulation Analysis and Erection Process of steel roof for Qingdao stadi 英文题目与中文题目对应,应尽量少用下列引导性词:“ Study on “ Observations on,”“ Discuss of,"“Some,"and“ Research on”等字样。介词、连词用小写,其余实体词首 字母大写。 WANG Hao. LIAO Feng. LI huawei 英文作者姓名之间用逗号隔开:姓、名之间加空格,姓大写,名首字母大写。 (1. College of Civil Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China: 2 Shandong Construction Engineering Steel Structure Co.. Ltd, Jin'an, Shandong 250073, China) 单位的英文翻译要准确、顺序为:小单位、大单位,所在市、省、邮编、国家 Abstract: The steel roof of Qingdao Stadium is a large-span suspended pipe truss structure. The structure was assembled into segments, hoisted outside the plane, and closed in the air. The impact of process cant be neglected, the erection process was simulated and analyzed by SAP2000 Simulation on every installation step of plane truss agrees with actual situation. The result shows independent to each other. The low temperature in winter has little influence on the constructio v that the stress ratio of most members is between o and o.. the "X structure unit is relative )英文摘要应包括论文研究目的、方法、结果和结论的主要内容,应与中文摘要对应。摘要中不应出现缩 (二)背景 背景信息的介绍,宜用一般现在时,偶尔也见到现在完成时

1 青岛体育场钢屋盖安装过程及模拟分析* 论文题目要精炼、醒目、突出主题，字数一般不超过 20 个字。 如有基金项目或科技支撑，请标上“*”号，并在首页或文末写上基金名称及编号。 王 浩 1, 廖 峰 1, 李华伟 2 （1.清华大学土木工程学院，北京 100084;2.山东建工钢结构有限公司， 山东 济南 250073） 作者姓名之间用逗号隔开，单位排在姓名之下，单位名称用全称，后加逗号排 所在省、市及邮编，不同单位间用分号隔开。 [摘要] 青岛体育场钢屋盖为大跨悬挑管桁架结构，采用“地面拼装成段、跨外分段吊装、 高空对接合龙”的施工工艺。钢屋盖结构受安装路径效应影响较大，故采用 SAP2000 非线 性施工模块按实际逐榀安装平面桁架模拟安装过程。研究表明，大部分构件应力比集中在 0~0.1，具有富足的施工安全储备；钢屋盖的“X”形单元在安装过程中的相对独立性较好， 冬季降温对体育场施工影响不大。 摘要（不用“提要”）中一般不出现公式，为论文研究目的、方法、结果和结论的主要内容，去掉“本文”字样，不得 添加参考文献序号，不得出现评价性语言，如“对......具有借鉴意义/参考价值”等。中文摘要一般在 200 字左右。 [关键词] 钢结构；安装；施工效应；模拟 关键词选用要规范，一般列 3～8 个关键词，词间加分号。 [中图分类号] TU758.11 [文献标识码] A [文章编号] 可列出一个或一个以上中图分类号，按《中国图书馆分类法》确定。 Simulation Analysis and Erection Process of Steel Roof for Qingdao Stadium 英文题目与中文题目对应，应尽量少用下列引导性词:“Study on,” “Observations on,”“Discuss of,”“Some,” and “Research on”等字样。介词、连词用小写，其余实体词首 字母大写。 WANG Hao1 , LIAO Feng1 , LI Huawei2 英文作者姓名之间用逗号隔开；姓、名之间加空格，姓大写，名首字母大写。 (1. College of Civil Engineering，Tsinghua University，Beijing 100084，China;2. Shandong Construction Engineering Steel Structure Co., Ltd.，Jin’an，Shandong 250073，China) 单位的英文翻译要准确、顺序为：小单位、大单位，所在市、省、邮编、国家。 Abstract: The steel roof of Qingdao Stadium is a large-span suspended pipe truss structure. The structure was assembled into segments, hoisted outside the plane, and closed in the air. The impact of process can’t be neglected, the erection process was simulated and analyzed by SAP2000. Simulation on every installation step of plane truss agrees with actual situation. The result shows that the stress ratio of most members is between 0 and 0.1. The “X” structure unit is relatively independent to each other. The low temperature in winter has little influence on the construction. （一）英文摘要应包括论文研究目的、方法、结果和结论的主要内容，应与中文摘要对应。摘要中不应出现缩写。 （二）背景———背景信息的介绍，宜用一般现在时，偶尔也见到现在完成时；

目的 即研究、试验或调查等的前提、目的、任务或研究所涉及的主题范围,常用一般现在时,偶尔也见 到使用过去时 方法———指所用原理、理论、条件、对象、材料、工艺、结构、手段、装备或程序等,宜用一般过去时: 结果———指试验研究的结果、数据、被确定的关系、观察结果、得到的效果性能等,宜用一般过去时 结论——一—指结果的分析、研究、比较、评价、应用,提出问题,阐明今后的课题、假设、启发、建议、预测 等,宜用一般现在时(常包含情态动词) 总之,英文摘要中一般现在时和一般过去时用得较多,完成时态用得较少,而进行时和其它复合时态基本不用。对 试验活动、方法、过程、结果等的阐述使用过去时使得表述更富真实感、生动感和追述文之语意。就文摘的句法明确提 出要求:描述作者的工作一般用过去时,但在陈述由这些工作所得出的结论时,应该用现在时态。 Key words: steel structures; installation; construction effect; simulation 英文关键词与中文关键词对应,冒号与关键词之间有空格且小写,词间用分号隔开。 0引言引言应引述在这一领域的最新进展与问题,从保证。青岛市体育中心为2014年第十四届 而引出本工作的价值,序号以0开始。 云南省运动会主体育场,如图1所示,看台 国家体育中心“鸟巢”为我国复杂大跨主体结构为混凝土框架-剪力墙结构,看台 钢结构提供了丰富的设计和施工经验,同时上部屋盖为封闭的钢桁架罩棚。体育场总建 随着各类大跨体育场的涌现,施工人员对施筑面积35342m2(数字超过千时,千位与百位间应 工技术和施工过程中体现出来的诸多技术有空格,即三分位:连续几个数字具有相同单位时,仅保 问题和力学问题也越来越重视。建筑的施工留最后一个,如,4728d:量、单位和符号严格执行国 过程是结构体系、荷载、边界条件都不断变家标准,不可使用非法定计量单位。引用文献数据出现非 化的过程,具有结构时变、材料时变和边界法定计量单位时,应加换算成法定计量单位的关系式。组 时变的特点,“路径”和“时间”效应直接合单位用“/”形式,如J/kg,图表中用指数形式,如 影响施工阶段和使用阶段结构的受力性能J·kg-1),共约3100座。体育场钢屋盖造 (参考文献引用须与文后对应,且全文按顺序排列)。型类似“马鞍”,东西两端高,南北两端低。 大跨钢结构施工效应更加明显,不考虑施工平面投影外轮廓近似圆形,半径约132m 效应将有可能导致结构局部破坏、刚度退化内环轮廓投影为椭圆,长轴198m,短轴133m 甚至稳定性失效引起整体垮塌,或者导致竣屋面钢屋盖最大悬挑长度为460m,属于超 工后的结构强度未能达到设计要求,造成安限大跨钢结构,结构设计和施工都需要专门 全储备降低P。根据有关部门不完全统 研究和论证。对于施工过程比较关键的问 计,我国约有23以上的工程结构倒塌事故,如工程安装方法、安装顺序、合龙缝选 发生在施工阶段 择、卸载方案等进行重点分析,给出量化指 施工过程模拟分析是重大项目制订合标,保证工程安装经济、安全。 理施工方案的重要依据,是施工安全的可靠 山东省科技计划项目(2013024268) [作者简介]王浩,教授,博士生导师, E-mail:wanghao166@126.com 作者简介中,请注明第一作者职务、职称以及电子邮箱, 如单位有特殊要求,可在下面加上通讯作者及其简介(职 图1膏岛体育场效果 务、职称以及电子邮箱) 注意图号、表号按顺序排。在正文中必须有与图、表 [收稿日期]2020-01-22 呼应的文字,且叙述应与图、表结果相符。原则上,图

2 目的———即研究、试验或调查等的前提、目的、任务或研究所涉及的主题范围，常用一般现在时，偶尔也见 到使用过去时； 方法———指所用原理、理论、条件、对象、材料、工艺、结构、手段、装备或程序等，宜用一般过去时； 结果———指试验研究的结果、数据、被确定的关系、观察结果、得到的效果性能等，宜用一般过去时； 结论———指结果的分析、研究、比较、评价、应用，提出问题，阐明今后的课题、假设、启发、建议、预测 等，宜用一般现在时（常包含情态动词）。 总之，英文摘要中一般现在时和一般过去时用得较多，完成时态用得较少，而进行时和其它复合时态基本不用。对 试验活动、方法、过程、结果等的阐述使用过去时使得表述更富真实感、生动感和追述文之语意。就文摘的句法明确提 出要求：描述作者的工作一般用过去时，但在陈述由这些工作所得出的结论时，应该用现在时态。 Key words: steel structures; installation; construction effect; simulation 英文关键词与中文关键词对应，冒号与关键词之间有空格且小写，词间用分号隔开。 0 引言1引言应引述在这一领域的最新进展与问题，从 而引出本工作的价值，序号以 0 开始。 国家体育中心“鸟巢”为我国复杂大跨 钢结构提供了丰富的设计和施工经验，同时 随着各类大跨体育场的涌现，施工人员对施 工技术和施工过程中体现出来的诸多技术 问题和力学问题也越来越重视。建筑的施工 过程是结构体系、荷载、边界条件都不断变 化的过程，具有结构时变、材料时变和边界 时变的特点，“路径”和“时间”效应直接 影响施工阶段和使用阶段结构的受力性能[1] （参考文献引用须与文后对应，且全文按顺序排列）。 大跨钢结构施工效应更加明显，不考虑施工 效应将有可能导致结构局部破坏、刚度退化 甚至稳定性失效引起整体垮塌，或者导致竣 工后的结构强度未能达到设计要求，造成安 全储备降低[2]。根据有关部门不完全统 计，我国约有 2/3 以上的工程结构倒塌事故 发生在施工阶段[3]。 施工过程模拟分析是重大项目制订合 理施工方案的重要依据，是施工安全的可靠 *山东省科技计划项目（2013024268） [作者简介] 王 浩，教授，博士生导师， E-mail: wanghao166@126.com 作者简介中，请注明第一作者职务、职称以及电子邮箱， 如单位有特殊要求，可在下面加上通讯作者及其简介（职 务、职称以及电子邮箱） [收稿日期]2020-01-22 保证。青岛市体育中心为 2014 年第十四届 云南省运动会主体育场，如图 1 所示，看台 主体结构为混凝土框架-剪力墙结构，看台 上部屋盖为封闭的钢桁架罩棚。体育场总建 筑面积 35 342m2（数字超过千时，千位与百位间应 有空格，即三分位；连续几个数字具有相同单位时，仅保 留最后一个，如 1,4,7,28d；量、单位和符号严格执行国 家标准，不可使用非法定计量单位。引用文献数据出现非 法定计量单位时，应加换算成法定计量单位的关系式。组 合单位用“/”形式，如 J/kg，图表中用指数形式，如 J·kg-1），共约 31 000 座。体育场钢屋盖造 型类似“马鞍”，东西两端高，南北两端低。 平面投影外轮廓近似圆形，半径约 132m； 内环轮廓投影为椭圆，长轴198m，短轴133m。 屋面钢屋盖最大悬挑长度为 46.0m，属于超 限大跨钢结构，结构设计和施工都需要专门 研究和论证。对于施工过程比较关键的问 题，如工程安装方法、安装顺序、合龙缝选 择、卸载方案等进行重点分析，给出量化指 标，保证工程安装经济、安全。 图 1 青岛体育场效果 注意图号、表号按顺序排。在正文中必须有与图、表 呼应的文字，且叙述应与图、表结果相符。原则上，图

表放在首次出现图号、表号的文字下方:翻译图名。图片形单元拆分为屋面悬挑桁架、墙面桁架、内 要清晰,带文宇及数字的图,其文宇和数字要清晰可辨,外环桁架及散件(环向支撑和侧向支撑) 图示最好简洁、清晰易懂。另外,如果图片较多,建议做如图3所示。部分节点相交杆件数量较多, 些适当删减,以减少版面。 故采用铸钢节点保证施工质量。 1钢屋盖安装方案 内环桁架一 1.1钢屋盖结构体系 文中的层次编号用阿拉伯数字,并以“1”、“1.1” “1.1.1”形式编排,下级依次为1).①.文中 侧向支撑散件 屋面悬挑桁架 尽量不用“我们”字样 体育场钢屋盖由44个类似的“X”形单 元、2道环桁架、V形支撑柱及侧向支撑组 成,如图2所示。每个“X”形单元由2榀 径向平面桁架在弯角处倾斜靠拢组成,在其 墙面桁架 悬挑端部和弯角处都设置环桁架,其他关键 部位也设有侧向连接支撑,形成整体环向受 力体系。“V”形支撑柱一端连接“Ⅹ”形 单元肩部,另一端支撑看台型钢混凝土柱顶 图3钢屋盖拼装单元划分方案 部,“X”形单元脚部焊接H型钢插入基础 3)合龙缝选择与安装顺序 在确定合龙缝时,需要考虑以下几点 门:①已安装结构的稳定性:②单元分 段的安装难易程度;③断口合龙的精确 北区 南区 度和难易程度。 ①、②、⑨..之间般用 句子过长时 则用“。”,长句之间的短句用“:”。 根据文献[8]中温度荷载对此大跨结构 的影响分析,钢屋盖对温度荷载较为敏感。 图2钢屋羞结构体系 钢屋盖南北两低谷端部竖向位移因温度荷 12钢屋盖安装方案 载引起的变化较为明显,应力变化也大于东 安装方法 西两侧高峰处的变化。综合考虑合龙安装的 目前大跨空间钢结构的安装方法通常精度要求和分区已安装结构的稳定性,确定 分为高空散装法、分条或分块吊装法、整体钢屋盖南北高峰处为合龙缝,合龙缝将钢屋 吊装法、整体提(顶)升法、分条或分块滑盖分为南北对称的2个分区 移法、整体滑移法、攀达弯顶法及折叠展开 钢屋盖的安装顺序为:在混凝土看台内 法等。由于钢屋盖管桁架截面较高,跨度圈安装临时支撑胎架:南北两区分别从① 大且空间曲面不规则,故采用“地面拼装成和的轴同时开始逆时针安装墙面桁架及侧 段、跨外分段吊装、高空对接合龙”的施工向支撑,如图4所示;14钢屋盖区域的墙 工艺。此方法能够最大限度减少辅助用钢面桁架安装结束后,开始逐榀安装屋面悬挑 量,在保证现场钢构件组装焊接质量和组装桁架、环向支撑及侧向支撑,并同时继续安 精度的同时,也能减小桁架结构的次应力 装墙面桁架和侧向支撑:钢屋盖安装至合龙 降低对看台结构的影响6 缝处停止施工,选择合适的温度进行合龙安 2)拼装单元 装:内圈支撑胎架按一定的顺序进行卸载, 结合现场的机械及施工条件,将“X”直至所有的支撑与悬挑端脱离

3 表放在首次出现图号、表号的文字下方；翻译图名。图片 要清晰，带文字及数字的图，其文字和数字要清晰可辨， 图示最好简洁、清晰易懂。另外，如果图片较多，建议做 些适当删减，以减少版面。 1 钢屋盖安装方案 1.1 钢屋盖结构体系 文中的层次编号用阿拉伯数字，并以“1”、“1.1”、 “1.1.1”形式编排，下级依次为 1）......①......文中 尽量不用“我们”字样。 体育场钢屋盖由 44 个类似的“X”形单 元、2 道环桁架、V 形支撑柱及侧向支撑组 成，如图 2 所示。每个“X”形单元由 2 榀 径向平面桁架在弯角处倾斜靠拢组成，在其 悬挑端部和弯角处都设置环桁架，其他关键 部位也设有侧向连接支撑，形成整体环向受 力体系。“V”形支撑柱一端连接“X”形 单元肩部，另一端支撑看台型钢混凝土柱顶 部，“X”形单元脚部焊接 H 型钢插入基础 中[4]。 图 2 钢屋盖结构体系 1.2 钢屋盖安装方案 1）安装方法 目前大跨空间钢结构的安装方法通常 分为高空散装法、分条或分块吊装法、整体 吊装法、整体提（顶）升法、分条或分块滑 移法、整体滑移法、攀达弯顶法及折叠展开 法等[5]。由于钢屋盖管桁架截面较高，跨度 大且空间曲面不规则，故采用“地面拼装成 段、跨外分段吊装、高空对接合龙”的施工 工艺。此方法能够最大限度减少辅助用钢 量，在保证现场钢构件组装焊接质量和组装 精度的同时，也能减小桁架结构的次应力， 降低对看台结构的影响[6]。 2）拼装单元 结合现场的机械及施工条件，将“X” 形单元拆分为屋面悬挑桁架、墙面桁架、内 外环桁架及散件（环向支撑和侧向支撑）， 如图 3 所示。部分节点相交杆件数量较多， 故采用铸钢节点保证施工质量。 图 3 钢屋盖拼装单元划分方案 3）合龙缝选择与安装顺序 在确定合龙缝时，需要考虑以下几点 [7]：①已安装结构的稳定性；②单元分 段的安装难易程度；③断口合龙的精确 度和难易程度。 ①、②、③......之间一般用“；”，句子过长时 则用“。”，长句之间的短句用“；”。 根据文献[8]中温度荷载对此大跨结构 的影响分析，钢屋盖对温度荷载较为敏感。 钢屋盖南北两低谷端部竖向位移因温度荷 载引起的变化较为明显，应力变化也大于东 西两侧高峰处的变化。综合考虑合龙安装的 精度要求和分区已安装结构的稳定性，确定 钢屋盖南北高峰处为合龙缝，合龙缝将钢屋 盖分为南北对称的 2 个分区。 钢屋盖的安装顺序为：在混凝土看台内 圈安装临时支撑胎架；南北两区分别从○1 和○45 轴同时开始逆时针安装墙面桁架及侧 向支撑，如图 4 所示；1/4 钢屋盖区域的墙 面桁架安装结束后，开始逐榀安装屋面悬挑 桁架、环向支撑及侧向支撑，并同时继续安 装墙面桁架和侧向支撑；钢屋盖安装至合龙 缝处停止施工，选择合适的温度进行合龙安 装；内圈支撑胎架按一定的顺序进行卸载， 直至所有的支撑与悬挑端脱离。 南区 北区

屋面悬批架 北区 安装颖序 HtLk-@ 温度合拢缝 支撑胎架 墙面桁架 安装顺序 南区 图5钢屋盖的临时支撑 2钢屋盖安装过程模拟分析 图4钢屋盖的安装顺序 21施工力学分析方法 4)钢屋盖临时支撑 在施工力学分析中需要考虑几何与状 设置合理的临时支撑是大跨钢结构安态两大非线性的耦合效应,重点关注与状 装过程中必须慎重解决的问题。不同单元态非线性相伴的结构几何构型及体系变化 吊装时,需预先安装好相对应的临时支撑。结构刚度变化和边界条件变化的模拟。针对 墙面桁架安装时采取脚手架、缆风绳及槽钢大跨钢屋盖结构,采用SAP00(15)非 等措施:屋面悬挑桁架安装时采用支撑胎架线性施工模块的生死单元技术实现施工安 和简易门式刚架为桁架两端提供支撑,其中装时变问题的求解。施工过程中钢材和混凝 支撑胎架设置在每2个“X”形单元悬挑端土的性能基本稳定,且材料处于弹性阶段, 相近的位置,主桁架采用d140mm×5mm,故施工模拟不考虑材料非线性效应,只考虑 腹杆采用d14mm×5mm,顶部四角系上安装路径对结构产生的状态非线性效应 φ10mm缆风绳,如图5所示 通过“杀死”和“激活”来实现构件的 5)预变形 拆除与安装,主要步骤为一次性建立结构的 钢屋盖悬挑端采用预起拱消除恒载位整体模型:根据施工阶段的划分将单元、边 移,以达到接近设计状态和增加建筑美观的界条件和荷载划分为不同的施工步:按施工 效果。施工预变形的计算方法分为一般迭代步骤依次“激活”相应施工步内的构件,添 法、正裝迭代法、倒拆迭代法、分阶段综合加对应阶段的施工荷载(包括边界条件的改 迭代法、局部位形约束正装迭代法等10。 变),并“杀死”相应施工步内拆除的构件 般迭代法假设结构在施工阶段不承担附加最终“激活”结构成型所需的全部构件,实 荷载,也不产生变形,位移大小为结构设计状现整个施工过程的力学分析。 态下的变形值。因为钢屋盖在悬挑端部设置2.2施工荷载 的支撑胎架轴向刚度较大,施工过程中结构 模拟分析中主要考虑构件恒载、施工活 产生的变形较小,所以预变形可采用一般迭 载的最不利组合。根据GB500092001《建 代法求得 筑结构荷载规范》(2006年版)(采用国家标准 行业标准时标准编号在前,名称在后)相关规定,分 析荷载取值及各项系数如下 1)构件自重由程序自动计算,施工安 装荷载按0.5kNm2选取。 2)自重荷载分项系数在挠度验算时取 1.0,杆件内力验算时取12。 3)构件吊装时动力系数取1.3

4 图 4 钢屋盖的安装顺序 4）钢屋盖临时支撑 设置合理的临时支撑是大跨钢结构安 装过程中必须慎重解决的问题[9]。不同单元 吊装时，需预先安装好相对应的临时支撑。 墙面桁架安装时采取脚手架、缆风绳及槽钢 等措施；屋面悬挑桁架安装时采用支撑胎架 和简易门式刚架为桁架两端提供支撑，其中 支撑胎架设置在每 2 个“X”形单元悬挑端 相近的位置，主桁架采用ф140mm×5mm， 腹杆采用ф114 mm×5 mm，顶部四角系上 ф10 mm 缆风绳，如图 5 所示。 5）预变形 钢屋盖悬挑端采用预起拱消除恒载位 移，以达到接近设计状态和增加建筑美观的 效果。施工预变形的计算方法分为一般迭代 法、正装迭代法、倒拆迭代法、分阶段综合 迭代法、局部位形约束正装迭代法等[10]。一 般迭代法假设结构在施工阶段不承担附加 荷载,也不产生变形，位移大小为结构设计状 态下的变形值。因为钢屋盖在悬挑端部设置 的支撑胎架轴向刚度较大，施工过程中结构 产生的变形较小，所以预变形可采用一般迭 代法求得。 图 5 钢屋盖的临时支撑 2 钢屋盖安装过程模拟分析 2.1 施工力学分析方法 在施工力学分析中需要考虑几何与状 态两大非线性的耦合效应[2]，重点关注与状 态非线性相伴的结构几何构型及体系变化、 结构刚度变化和边界条件变化的模拟。针对 大跨钢屋盖结构，采用 SAP2000（V15）非 线性施工模块的生死单元技术实现施工安 装时变问题的求解。施工过程中钢材和混凝 土的性能基本稳定，且材料处于弹性阶段， 故施工模拟不考虑材料非线性效应，只考虑 安装路径对结构产生的状态非线性效应。 通过“杀死”和“激活”来实现构件的 拆除与安装，主要步骤为一次性建立结构的 整体模型；根据施工阶段的划分将单元、边 界条件和荷载划分为不同的施工步；按施工 步骤依次“激活”相应施工步内的构件，添 加对应阶段的施工荷载（包括边界条件的改 变），并“杀死”相应施工步内拆除的构件； 最终“激活”结构成型所需的全部构件，实 现整个施工过程的力学分析[11]。 2.2 施工荷载 模拟分析中主要考虑构件恒载、施工活 载的最不利组合。根据 GB50009—2001《建 筑结构荷载规范》（2006 年版）（采用国家标准、 行业标准时标准编号在前，名称在后）相关规定，分 析荷载取值及各项系数如下。 1）构件自重由程序自动计算，施工安 装荷载按 0.5kN/m2 选取。 2）自重荷载分项系数在挠度验算时取 1.0，杆件内力验算时取 1.2。 3）构件吊装时动力系数取 1.3

23边界条件 160逐步安装 为了保证分析结果的可靠性,将看台下 一两次安装 部混凝土结构和钢屋盖临时支撑构件都建 在整体模型中,提供真实的边界约束刚度。 屋面悬挑桁架端部的44个支撑点编号如图我0 6所示。 s、 Efsss sa 支点精号 体育场南半区 b反力 图中应有纵横坐标名称。标值线向内,此例是错误示 "m范。有单位表示时,采用“/”将文字与单位分开,如“支 座反力/kN 图73种方案的支座竖向位移和反力对比 25安装过程模拟分析结果 钢屋盖整体结构完成后,屋面悬挑桁架 端部的支撑胎架反力如图8a所示,悬挑端 图6支撢点编号 的竖向位移也不尽相同,如图8b所示;最 24钢屋盖模拟施工步划分 大位移和反力都是出现在同一支撑胎架处, 模拟施工步的划分方案并不唯一,能够如图图99所示;大部分构件的应力比集中 满足反映安装顺序即可:但是不同的方案可在0-0.1(数字范围用“~”连接),具有足够的 能导致不同的分析结果,故对比分析1次、安全储备(见图10)(正文中提到的图,表与正文同 2次安装和逐榀安装完1/44钢屋盖区域悬挑 排时用如图x所示、如表x所示:文字结束,图表需在() 桁架3种方案,研究3种划分方案对结果的中表示时,用见图x、见表x 影响。如图7所示,3种方案所得位移和反 力存在较大偏差,一次性安装划分方案的反 力分布较为均匀,这和悬挑桁架的安装先后= 实际情况不相符,故不对划分方案进行简 化,选用最符合实际工序的逐榀安装的施工 步划分方案,整个安装模拟过程分为51步。 酒到三型型望圣烈后强到到点要 a反力 逐步安装 两次安装 次安装 文撑点编号 a竖向位移 b位移 图8安装结束后悬挑端反力和位移

5 2.3 边界条件 为了保证分析结果的可靠性，将看台下 部混凝土结构和钢屋盖临时支撑构件都建 在整体模型中，提供真实的边界约束刚度。 屋面悬挑桁架端部的 44 个支撑点编号如图 6 所示。 图 6 支撑点编号 2.4 钢屋盖模拟施工步划分 模拟施工步的划分方案并不唯一，能够 满足反映安装顺序即可；但是不同的方案可 能导致不同的分析结果，故对比分析 1 次、 2 次安装和逐榀安装完 1/4 钢屋盖区域悬挑 桁架 3 种方案，研究 3 种划分方案对结果的 影响。如图 7 所示，3 种方案所得位移和反 力存在较大偏差，一次性安装划分方案的反 力分布较为均匀，这和悬挑桁架的安装先后 实际情况不相符，故不对划分方案进行简 化，选用最符合实际工序的逐榀安装的施工 步划分方案，整个安装模拟过程分为 51 步。 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 竖向位移（mm） 支撑点编号 逐步安装 两次安装 一次安装 a 竖向位移 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 支座反力（kN） 支撑点编号 逐步安装 两次安装 一次安装 b 反力 图中应有纵横坐标名称。标值线向内，此例是错误示 范。有单位表示时，采用“/”将文字与单位分开，如“支 座反力/kN” 图 7 3 种方案的支座竖向位移和反力对比 2.5 安装过程模拟分析结果 钢屋盖整体结构完成后，屋面悬挑桁架 端部的支撑胎架反力如图 8a 所示，悬挑端 的竖向位移也不尽相同，如图 8b 所示；最 大位移和反力都是出现在同一支撑胎架处， 如图图 99 所示；大部分构件的应力比集中 在 0~0.1（数字范围用“～”连接），具有足够的 安全储备(见图 10) （正文中提到的图、表与正文同 排时用如图 x 所示、如表 x 所示；文字结束，图表需在（） 中表示时，用见图 x、见表 x）。 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 10124 10126 10206 10208 10226 10234 10466 10476 10496 10498 10829 10860 10874 10900 11512 11515 11526 11528 11946 11972 11994 12004 12426 12427 12450 12456 12777 12787 12807 12813 13199 13200 13224 13230 13492 13498 13514 13516 13745 13747 13749 13751 13869 13871 支座反力（kN） a 反力 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10124 10126 10206 10208 10226 10234 10466 10476 10496 10498 10829 10860 10874 10900 11512 11515 11526 11528 11946 11972 11994 12004 12426 12427 12450 12456 12777 12787 12807 12813 13199 13200 13224 13230 13492 13498 13514 13516 13745 13747 13749 13751 13869 13871 竖向位移（mm） b 位移 图 8 安装结束后悬挑端反力和位移

图11最大反力处的位移和反力变化 类接1m 32安装温度的影响 至合龙缝处停止安装,选择合适的温度 进行合龙。体育场钢屋盖设计温度为17℃, 分别考虑当地两种温度极值情况(37℃和 图9最大位移和最大反力位置 17℃)对结构的影响。图12表明,升温使 Fig. Location of the maximal vertical 得结构悬挑端部向上翘起,端部支撑反力减 displacement and reaction 小:降温则使得结构端部向下压迫,引起支 撑反力增大。升温引起的位移和反力变化量 明显大于降温的变化量。工程实际安装时间 在冬季,安装温度低于17℃,降温引起的变 化量影响不大,对施工过程不会造成安全隐 患。堆载所选用的材料如表1所示 一原安装湖度 图10安装结束后构件应力比 3安装过程的模拟结果分析 肆 31“X”形单元安装的相对独立性 钢屋盖“X”形单元由2榀平面桁架组 a位移 成,安装过程以单榀平面桁架(即“X”形 单元的一半)为单位。最大反力和最大的端 部位移都发生在同一支撑点,该点的位移和 反力变化过程如图1)所示,在安装稳定后,3N 后装“X”形单元对已安装单元的影响微小,巢 安装的相对独立性较好。 施工步 31374349 b反力 图12温度变化引起的位移和支座反力 表1堆载选用材料 表的表头在上使用黑体、表的格式使用三线式、表头 物理量对应数据应纵向可读。表内物理量尽量用符号表 示,物理量与单位间用斜线“/ 施加方 位移 料格/mn 面施 120 0×380 加荷 起重机升悬 载 空搬卸整齐 补 排列 3137 充边 板 g/块 ×30 梁荷 b反力

6 图 9 最大位移和最大反力位置 Fig.9 Location of the maximal vertical displacement and reaction 4460 3544 2876 2976 1266 106 7 0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 杆 件 数量 图 10 安装结束后构件应力比 3 安装过程的模拟结果分析 3.1“X”形单元安装的相对独立性 钢屋盖“X”形单元由 2 榀平面桁架组 成，安装过程以单榀平面桁架（即“X”形 单元的一半）为单位。最大反力和最大的端 部位移都发生在同一支撑点，该点的位移和 反力变化过程如图 11 所示，在安装稳定后， 后装“X”形单元对已安装单元的影响微小， 安装的相对独立性较好。 -10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 7 13 19 25 31 37 43 49 竖向位移（mm） 施工步 a 位移 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 1 7 13 19 25 31 37 43 49 支座反力（kN） 施工步 b 反力 图 11 最大反力处的位移和反力变化 3.2 安装温度的影响 至合龙缝处停止安装，选择合适的温度 进行合龙。体育场钢屋盖设计温度为 17℃， 分别考虑当地两种温度极值情况（37℃和－ 17℃）对结构的影响。图 12 表明，升温使 得结构悬挑端部向上翘起，端部支撑反力减 小；降温则使得结构端部向下压迫，引起支 撑反力增大。升温引起的位移和反力变化量 明显大于降温的变化量。工程实际安装时间 在冬季，安装温度低于 17℃，降温引起的变 化量影响不大，对施工过程不会造成安全隐 患。堆载所选用的材料如表 1 所示。 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 10588 10591 10712 10722 10731 10744 11050 11074 11088 11089 11544 11566 11590 11592 11952 11966 11996 12002 12401 12412 12424 12425 12722 12726 12781 12783 13114 13116 13132 13134 13460 13461 13494 13496 13781 13783 13803 13805 14059 14061 14063 14065 14157 14159 竖向位移（mm） 原安装温度 升温降温 a 位移 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 10124 10126 10206 10208 10226 10234 10466 10476 10496 10498 10829 10860 10874 10900 11512 11515 11526 11528 11946 11972 11994 12004 12426 12427 12450 12456 12777 12787 12807 12813 13199 13200 13224 13230 13492 13498 13514 13516 13745 13747 13749 13751 13869 13871 支座反力（kN） 原安装 升温 降温 b 反力 图 12 温度变化引起的位移和支座反力 表 1 堆载选用材料 表的表头在上使用黑体、表的格式使用三线式、表头 物理量对应数据应纵向可读。表内物理量尽量用符号表 示，物理量与单位间用斜线“/”。 材 料 规 格/mm 质 量 施加方 式 作 用 钢 板 42 0×380 ×30 38k g/块 汽车式 起重机升悬 空搬卸整齐 排列 整 面施 加荷 载 钢 板 42 0×380 ×30 38k g/块 补 充边 梁荷

[]郭彦林,刘学武.大型复杂钢结构施工力 补学问题及分析方法工业建筑, 充中 07,37(9):1-8.(页码之间用 0X18 板 梁荷2]段学科张毅刚.大跨钢结构施工 力学研究发展现状C]J第十二届全国 现代结构工程学术研讨会.北京,2012 均 [3]赵国藩,贡金鑫.工程结构生命全 衡传过程可靠度M北京中国铁道出版 料斗提力 社,2004 施[4]董卫青,李昆,高堂亮,等.青岛市 1.6 倾倒铺加荷体育中心体育场结构设计印建筑结 构,201141(10):37-41 工人摊 填5]徐伟.现代钢结构工程施工M] 平梁 北京:中国建筑工业出版社,2006 处凹6]云南建工钢结构有限公司青岛市 “五馆一中心”体育场施工方案[R 2012 7]杜秀丽.大跨钢结构合拢与卸载研 4结语 究[D]太原太原理工大学,2007 1)大型复杂结构的施工仿真分析对于 施工安全的保证非常重要,对施工顺序、施 [8]同济大学轻型与钢结构教研室.云 南青岛体育场钢屋盖施工力学分析[R 工造价甚至施工图设计会产生较大影响,通 2012 过仿真分析施工过程中的不安全因素,合理 调整设计施工方案。 9]郭彦林,崔晓强.大跨度复杂钢结 2)针对钢屋盖大跨悬挑桁架结构,采用构施工过程中的若干技术问题及探讨 “地面拼装成段、跨外分段吊装、高空对接工业建筑,200434(11-5,22 合龙”的施工工艺,选择东西两侧高峰处为[10J刘学武郭彦林钢结构施工变形 合龙缝,并从合龙缝开始逆时针逐榀安装 预调值及分析方法[工业建筑, 200737(9):9-15 步按实际逐福安装平面桁架划分。最大位移[1曹志远土木工程分析的施工力学与 和反力出现在同一支撑胎架处,大部分构件时变力学基础土木工程学报, 的应力比集中在00.1,具有富足的安全储20034(3):41-46 4)钢屋盖的“X”形单元在安装过程中 另附公式格式 相对独立性较好;体育场的实际安装温度低 变量符号用斜体,矩阵、向量用黑斜体 于设计温度,对施工的影响不大。 下角标一般为正体,如明确为变量也采用斜 后边文字与序号连排,不空格 参考文献: 体,如∑D/∑D中的,用斜体:对公 主要参考文献类型:普通图书M、会议论文C]、报 式中提到的变量符号应在正文中添加定义; 纸文章N、期刊文章、学位论文D]报告R]标准S] 公式编号采用(1),(2)……,在文中引用 专利[P、汇编]参看工具,详细见《参考文献著录 采用式(1)。 规则》

7 载 钢 板 28 0×180 ×10 3.4 3kg/块 补 充中 梁荷 载 黄 砂 — 1.6 t/m3 料斗提 升 倾倒铺 设 工人摊 平 均 衡传 力 施 加荷 载 填 平梁 处凹 陷 4 结语 1)大型复杂结构的施工仿真分析对于 施工安全的保证非常重要，对施工顺序、施 工造价甚至施工图设计会产生较大影响，通 过仿真分析施工过程中的不安全因素，合理 调整设计施工方案。 2)针对钢屋盖大跨悬挑桁架结构，采用 “地面拼装成段、跨外分段吊装、高空对接 合龙”的施工工艺，选择东西两侧高峰处为 合龙缝，并从合龙缝开始逆时针逐榀安装。 3)采用 SAP2000 非线性施工模块，施工 步按实际逐榀安装平面桁架划分。最大位移 和反力出现在同一支撑胎架处，大部分构件 的应力比集中在 0~0.1，具有富足的安全储 备。 4)钢屋盖的“X”形单元在安装过程中 相对独立性较好；体育场的实际安装温度低 于设计温度，对施工的影响不大。 1)、2)......后边文字与序号连排，不空格 参考文献： 主要参考文献类型：普通图书[M]、会议论文[C]、报 纸文章[N]、期刊文章[J]、学位论文[D]、报告[R]、标准[S]、 专利[P]、汇编[G]、参看工具[K]，详细见《参考文献著录 规则》 [1] 郭彦林,刘学武. 大型复杂钢结构施工力 学问题及分析方法[J]. 工业建筑， 2007,37(9)：1-8.（页码之间用“-”） [2] 段学科,张毅刚. 大跨钢结构施工 力学研究发展现状[C]//第十二届全国 现代结构工程学术研讨会.北京，2012. [3] 赵国藩,贡金鑫. 工程结构生命全 过程可靠度[M]. 北京:中国铁道出版 社，2004. [4] 董卫青,李昆，高堂亮，等. 青岛市 体育中心体育场结构设计[J]. 建筑结 构，2011,41(10)：37-41. [5] 徐伟. 现代钢结构工程施工[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2006. [6] 云南建工钢结构有限公司.青岛市 “五馆一中心”体育场施工方案 [R]. 2012. [7] 杜秀丽. 大跨钢结构合拢与卸载研 究[D]. 太原:太原理工大学，2007. [8] 同济大学轻型与钢结构教研室. 云 南青岛体育场钢屋盖施工力学分析[R]. 2012. [9] 郭彦林,崔晓强. 大跨度复杂钢结 构施工过程中的若干技术问题及探讨 [J]. 工业建筑, 2004,34(12)：1-5，22. [10] 刘学武,郭彦林. 钢结构施工变形 预调值及分析方法[J]. 工业建筑， 2007,37(9)：9-15. [11] 曹志远. 土木工程分析的施工力学与 时变力学基础[J]. 土木工程学报， 2001,34(3)：41-46. 另附公式格式： 变量符号用斜体，矩阵、向量用黑斜体； 下角标一般为正体，如明确为变量也采用斜 体，如   = = m i i t j Dj D 1 1 / 中的 i，j 用斜体；对公 式中提到的变量符号应在正文中添加定义； 公式编号采用（1），（2）......，在文中引用 采用式（1）

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