钢结构网壳体育场项目施工过程模拟分析35

十四施工过程模拟分析

（-）施工步骤的划分

根据施工总进度计划及主体结构施工方案，将结构施工过程划分为10个步骤来进

行施工模拟分析。将整个I标段的主体钢结构分成5个结构单元，首先安装树形柱和

东侧展望桥核心筒部分，然后安装展望桥上部结构（包括上面的屋面网壳）和西侧大

树广场花篮，之后花篮上部的网壳外扩，体育场上部网壳以东西轴线为对称轴南北两

侧自西向东同时施工。

施工步骤具体如下表所示:

施工步骤步骤简述

Stagel树形柱和展望桥核心筒

Stage2展望桥上部结构网壳、大树广场花篮

Stage3花篮上部结构外扩、体育场西侧顶部网壳

Stage4花篮上部结构和体育场西侧顶部网壳外扩

Stage5花篮上部结构继续外扩，开始施工体育场南北两侧网壳

Stage6花篮上部结构继续外扩，体育场南北两侧网壳继续安装

Stage7花篮上部结构继续外扩，体育场南北两侧网壳继续安装

Stage8大树广场网壳和体育场南北两侧网壳完成施工

Stage9体育场上部网壳之间合龙

StagelO体育场网壳和大树广场上部结构之间合龙

（二）计算内容及原因

计算各施工阶段结构变形及应力的变化和发展过程。

由于施工顺序和加载条件不同，实际施工的结构的受力情况与建立整个模型后进

行结构分析的分析结果是不同的。

导致产生这些误差的原因可大致分为两点：

1）对整个结构的模型同时施加荷载时，所施加的荷载会被传递到还未施工的主体

结构上，这与实际施工条件不同，因此会产生误差。

2）在各施工阶段的荷载会导致竖向构件的不同收缩。

因此必须进行施工阶段的变形和应力分析，确保施工阶段的安全。

（三）算法及荷载概述

根据施工顺序，我们采用MIDAS/GEN进行施工阶段模拟分析，计算模型为一整体

模型，按照施工步骤将结构构件、支座约束、荷载工况分别划分为10个组，按照施工

步骤、工期进度进行施工阶段定义，程序按照控制数据进行分析。在分析某一施工步

骤时，程序将会冻结该施工步骤后期的所有构件及后期需要加载的荷载工况，仅允许

该步骤之前完成的构件参与运算，例如第一步骤的计算模型，程序冻结了该步骤之后

的所有构件，仅显示第一步骤完成的构件，参与运算的也只有这一阶段的构件，计算

完成显示计算结果时，同样按照每一步骤完成情况进行显示。计算过程采用考虑时间

依从效果（累加模型）的方式进行分析，得到每一阶段完成状态下的结构内力和变形,

在下一阶段程序会根据新的变形对模型进行调整，从而可以真实地模拟施工的动态过

程。

计算模型完全按照结构招标图建立，所有构件的截面、材质与招标图完全一致，

计算荷载主要考虑结构自重，并考虑温度荷载和风荷载的影响。计算变形时采用的是

各荷载工况的标准值组合，计算应力时采用的是各荷载工况的设计值组合。

具体的荷载组合如下表所示:

荷载组合恒(CD)活(CL)Y0/yRE

SLCB1(CD控)1.350.98y0=l.1

SLCB2（变形）1.01.0yO=l.1

SLCB3(CL控)1.21.4y0=l.1

另外将整个安装步骤分成十大部分，分别在stagel、stage5、stage9和stagelO

阶段计算温度以及风荷载作用对施工过程中结构的影响，具体的荷载组合如下表所示:

荷载组合恒(CD)活(CL)风荷载（WL）温度（TL）y0/yRE

SLCB4(WL)//1.0/丫0二1.1

SLCB5(TL)///1.0y0=l.1

SLCB61.21.40.840.7yO=l.1

SLCB71.0/1.4/Y0=1.1

温度荷载根据《中国建筑热环境分析专用气象数据集》（中国气象局气象信息中心

气象资料室及清华大学建筑技术科学系联合编著出版）提供的深圳地区气象资料结合

施工进度施加。

施工过程分析依据的相关规范如下所示:

建筑结构荷载规范GB50009-2001（2006版）

钢结构设计规范GB50017-2003

冷弯薄壁型钢结构技术规范GB50018-2002

建筑钢结构焊接规程JGJ81-2002

钢结构工程施工质量验收规范GB50205-2001

建筑抗震设计规范GB50011-2006

风荷载基本风压为0.75KPa,地面粗糙度类别为B,其余荷载按《建筑结构荷载规

范》取值。

结构计算模型（整体图）

（四）各施工步骤计算简图

STAGE1（树形柱和展望桥核心筒）

STAGE4（大树广场和体育场西侧顶部网壳外扩）

STAGE7（体育场南北两侧网壳与大树广场继续安装）

STAGE10（体育场网壳和大树广场上部结构之间合龙）

(五)施工过程模拟分析

每一施工过程中的分项工程，其中包括X、Y、Z三个主轴方向上的位移值(DX,

DY,DZ),结构的最不利应力以及主要构件应力比将以图解形式详细描述。

1STAGE1【第一阶段】

(1)变形分析

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STAGE1X-方向位移图(DX)

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STAGE1Y-方向位移图(DY)

STAGE1Z-方向位移图(DZ)

X方向最大变形DX为128.10mm；Y方向最大变形DY为155.42mm；Z方向最大变

形DZ为-246.45mm,主要是树形支撑的竖向位移，可见此阶段变形比较小。

(2)应力分析

STAGE1单元应力图

单元的应力最大值为T92.24MPa,出现在树形柱处，而大部分构件的应力比此值

还低许多，可见此阶段构件的应力是比较小的。

（3）承载力分析

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STAGE1结构最大应力分布图

STAGE1构件应力比图

整个结构杆件应力比最大为0.78,而大部分构件的应力比要比此值低很多，满足

应力比的要求。

2STAGE2【第二阶段】

(1)变形分析

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