第五讲阅读资料-鸟巢施工方案计算报告3(1)

国家体育场施工方案计算报告书-1-一、概述1、工程概况国家体育场位于奥林匹克公园中央区，其屋盖体系为钢结构，呈“鸟巢”形。除基础外，钢结构和混凝土结构相互独立。钢结构总吨位近5万吨，由主结构、次结构及开合屋盖结构组成，主结构包括24根钢柱、内环架和48榀高约12.5m的主桁架。其东西向长度为313m，高度为41.36m；南北向长度为266m，高度为67.74m。如图1所示。图1国家体育场钢结构屋面俯视图国家体育场施工方案计算报告书-2-2、施工方案概述拟采用的方案为“扩大的内环区域整体提升、大型吊机场外吊装（看台C-F轴先行施工，A－C轴暂缓施工）”。扩大的内环区域是指内环梁及至C轴投影区内的结构，重约15700吨。大型吊机是指CC4800（700吨）履带吊。本方案是指上述内环区域内的结构提升安装后选择CC4800大型吊机在场外开行安装其余的屋面结构。AC轴间的土建结构待内环区域提升后再施工（C至F轴间的土建结构仍先行施工），以利扩大的内环区域的地面组装。施工方案如图2所示。。 2-2CC4800场外吊装FGEADBC水平支撑施工缝R=48m,Q=197t（300T压铁，SWSL工况）CC4800履带吊,主臂66m,副臂54m66.19整体提升EGFCBAD1-12CABFED2G1KH850(150T)施工方案：内环区域整体提升，大型吊机场外吊装（看台D-G轴先施工，A-D轴后施工）。主要施工机械CC4800四台。提升总重15400t1国家体育场施工方案计算报告书-3-图2施工方案构件的吊装顺序如图3所示国家体育场施工方案计算报告书-4-国家体育场施工方案计算报告书-5-国家体育场施工方案计算报告书-6-二、计算依据1、建模依据结构模型的几何尺寸和构件截面建立依据是：甲方及设计院提供的设计扩初图纸。2、规范依据（1）《建筑结构荷载规范》GB50009-2001（2）《钢结构设计规范》GB50017-2003（3）《混凝土结构设计规范》GB50010-2002（4）《网壳结构技术规程》JGJ61-2003（5）《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ99-983、工况分析依据依据前述制定的施工方案的各种施工工况及影响因素进行计算。4、使用软件采用韩国著名结构分析软件MIDAS/Gen6.1.1版本作施工过程的工况分析，并采用美国大型非线性有限元分析软件MSC/MARC进行复核。国家体育场施工方案计算报告书-7-三、荷载条件1、基本荷载（1）结构自重，即恒载，由计算程序自动考虑；（2）施工活荷载；（3）雪荷载；（4）温度荷载。2、荷载组合考虑如下基本荷载组合：（1）恒载＋活荷载（2）恒载＋风荷载（3）恒载＋活荷载＋风荷载（4）恒载＋活荷载＋温度荷载（5）恒载＋活荷载＋风荷载＋温度荷载各部分计算工况视分析对象的不同进行调整，计算内力时的组合值系数按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001确定。需要指出的是，由于结构安装过程中，施工荷载、雪荷载和结构自重相比很小，如果不作特别说明，计算时暂予忽略。根据结构及现有图纸的情况，计算时考虑劲板、焊缝等的重量增大系数为国家体育场施工方案计算报告书-8-1.1（本系数暂不考虑安装膜结构时的临时支架以及天沟等附加结构的重量影响，待确定后核算）；验算支架时，结构施工动载系数取为1.1。（鉴于整体提升采用计算机控制液压提升系统，其压力跟踪控制精度为5‰，作业平稳；主桁架吊装采用大型起重机械，起钩及下降作业性能良好，故动载系数取1.1已能满足要求）。四、施工过程主体结构的分析根据施工顺序确定计算分析工况包括三大部分：①扩大内环区域整体提升阶段的验算；②外环区域吊装过程的工况分析验算；③体系转换即拆除临时支撑时的结构分析。1、扩大内环区域整体提升阶段的验算1.1计算模型整体提升的屋盖结构约1.57万吨，其范围为内环结构扩大至C轴内侧，东西向长度241m，南北向长度177m。拟设44个提升点，外环26个，内环18个。整体提升点的布置及编号如图4所示（图中只给出主桁架，没画出次结构；X向以向右为正，Y向以向上为正，下同）。所有构件均采用梁单元模拟，支撑点的边界条件为约束竖向位移，12号点约束X向位移，34号点约束X、Y向位移，计算模型如图5所示。荷载情况按前述荷载条件考虑，即结构自重计算时考虑劲板、焊缝等的重量国家体育场施工方案计算报告书-9-增大系数为1.1，施工荷载及雪荷载相对结构自重较小，在分析时不考虑。图4整体提升点布置及编号图5整体提升模型国家体育场施工方案计算报告书-10-1.2计算结果1.2.1支撑反力 计算得到提升时各点的反力如下图6（图中只给出主桁架，次结构未画出）及表1所示。图6整体提升时的支撑点反力表1整体提升时各支撑点的反力提升点 编号 下弦标高（m） 上弦标高（m） 反力 （t） 提升点 编号 下弦标高（m）上弦标高（m） 反力 （t） 138.350.579.02338.350.583.0241.653.987.42441.653.982.3336.153.0593.02536.153.0629.3446.448.3172.72646.448.3173.4548.958.6257.52748.958.6265.2国家体育场施工方案计算报告书-11-642.661.0176.52842.661.0184.0743.154.7659.52943.154.7662.0843.655.7542.73043.655.7535.7944.256.2336.93144.256.2337.11041.353.4376.63241.353.4377.61147.759.7667.43347.759.7680.41245.257.2566.73445.257.2564.81338.350.584.23538.350.574.61441.653.976.93641.653.982.01536.153.0615.73736.153.0614.71646.448.3182.43846.448.3179.11748.958.6243.23948.958.6260.41842.661.0175.44042.661.0183.21943.154.7656.44143.154.7658.52043.655.7535.64243.655.7543.42144.256.2335.14344.256.2335.52241.353.4385.54441.353.4386.3最大反力在33号点，为680.4吨。国家体育场施工方案计算报告书-12-1.2.2结构变形 提升过程中屋盖的最大挠度是14.7mm，位置如图8所示，在上弦杆。最小:-14.7最小:-14.7MIDAS/GenPOST-PROCESSORDISPLACEMENTZ-方向0.00000e+000-1.33906e+000-2.67812e+000-4.01718e+000-5.35623e+000-6.69529e+000-8.03435e+000-9.37341e+000-1.07125e+001-1.20515e+001-1.33906e+001-1.47296e+001ST:自重MAX:102MIN:3728文件:鸟巢方案(温度觺单位:mm日期:06/11/2004表示-方向X:0.000Y:0.000Z:1.000图8整体提升过程中网架在自重作用下的变形1.2.3结构应力 提升过程中的应力如图9所示，最大应力122MPa，在上下弦的连杆上。国家体育场施工方案计算报告书-13-最大:-122.0MIDAS/GenPOST-PROCESSORBEAMSTRESS组合(最大值)4.31901e+0012.81773e+0011.31644e+0010.00000e+000-1.68613e+001-3.18742e+001-4.68870e+001-6.18999e+001-7.69127e+001-9.19256e+001-1.06938e+002-1.21951e+002ST:自重MAX:2042MIN:3141文件:鸟巢方案(温度觺单位:N/mm^2日期:06/11/2004表示-方向X:0.000Y:0.000Z:1.000图9整体提升过程中网架在自重作用下的应力1.2.4提升过程中位移不同步产生的影响分析 如果采用同步提升的安装方法，目前采用的计算机控制的液压提升系统在位移跟踪控制模式下所能达到的同步精度为5mm。选择反力最大的几个提升点，包括内环长轴跨中位置和内环角点处，计算相邻点不同步提升时支撑反力的变化如表2、3所示。表2内环长轴跨中位置提升点编号2112911原有荷载（t）335.1566.7336.9667.3325.0606.4326.8661.3dz＝1mm（-3.1%）（7.0%）（-3.0%）（-0.9%）309.7629.3311.7659.6dz＝2mm（-7.6%）（11.0%）（-7.5%）（-1.2%）国家体育场施工方案计算报告书-14-表3内环角点处提升点编号32252930原有荷载（t）377.7629.3662.0535.7358.4611.8740.7501.3dz＝1mm（-5.1%）（-2.8%）（11.9%）（-6.4%）339.1594.3819.4466.7dz＝2mm（-10.2%）（-5.6%）（23.8%）（-12.9%）由此可知，结构对相邻点不同步提升十分敏感，特别是在内环角点处支撑较密的地方，现有设备按位移跟踪模式已不能满足要求，建议使用荷载控制方法，即压力跟踪模式兼顾位移同步，才能满足要求。1.2.5扩大的内环区域在组拼过程中温度的影响分析 从组拼构件到整体提升的时间比较长，考虑以20℃为基准，整体温差30℃和40℃两种情况，得到下弦杆各点（仅给出支撑点）的位移如图10～13所示（图中X向以向右正，Y向以向上为正）。整体温差30℃时，在X向产生的最大相对位移为43.7mm，在Y向产生的最大点位移为36.6mm。整体温差40℃时，在X向产生的最大点位移为58.2mm，在Y向产生的最大点位移为42.1mm（上述点位移按对应点位最大相对位移值的二分之一取值）。国家体育场施工方案计算报告书-15-图10温差30℃产生的X向位移图11温差30℃产生的Y向位移国家体育场施工方案计算报告书-16-图12温差40℃产生的X向位移图13温差40℃产生的Y向位移国家体育场施工方案计算报告书-17-2、主桁架吊装阶段的结构验算2.1单榀主桁架吊装及就位过程中的变形验算吊装时单榀主桁架最大分段长度为51.7m，利用700吨履带吊整榀起吊、安装。分三个工况计算桁架的变形，结果如下。 图14工况一吊装该榀桁架长51.7m，重148.1吨。采用地面拼装、大型履带吊整体扶直起吊的安装方法。吊点选择，根据构件重心设置两个主吊点，并在一侧设一调整姿态的辅吊点。桁架仅受重力作用，最大挠度5.9mm。58.9t69.4t19.8t1.5t17.4t59.1t70.2t国家体育场施工方案计算报告书-18-图15工况二临时就位吊装到指定位置后，桁架固定在临时支座上。两端视为铰支，受重力作用。静力分析：最大挠度2.5mm，最大应力99.3Mpa图16工况三周边桁架吊装周边桁架吊装阶段，将有其他桁架搁置在本桁架上，可视为跨中集中荷载，集中力大小约125.1t。桁架此时最大挠度为9.7mm。2.2模拟桁架吊装过程的整体结构验算2.2.1计算模型所有构件均采用梁单元模拟，钢柱底端采用铰接，并考虑支撑的弹性刚度。将临时支撑（临时支撑结构的计算见第5部分）采用等效构件