济南奥体中心体育场卸载方案111

1济南奥体中心主体育场施工全过程分析报告（A区）中建国际（深圳）设计顾问有限公司2007年9月20日2目录一、前言二、钢结构施工过程简介1屋面桁架现场拼装的方案2钢结构安装方案3支撑点布置方案4卸载方案三、钢结构施工全过程模拟分析的目标四、钢结构施工全过程模拟分析的依据五、钢结构施工全过程模拟分析荷载及作用六、钢结构施工全过程模拟分析的主要内容七、钢结构施工全过程模拟分析软件计算分析软件八、施工全过程模拟分析结果1卸载方式的确定2卸载过程的模拟方法3施工全过程模拟计算结果4卸载过程意外荷载的敏感性分析5施工全过程模拟分析结论九、施工卸载控制、监测注意事项附件：原卸载方案分析3一、前言本工程为一复杂的大型体育建筑，上部为钢结构悬挑罩棚，下部为混凝土看台及各功能用房，平面形状近似椭圆，长轴长约360m，短轴长约310m，结构宽度约88m。为解决下部混凝土结构分缝过多带来的各混凝土结构单元之间相对振动的振型对上部钢结构的不利影响，下部混凝土结构设置四条永久缝划分为四个结构单元，东，西两个罩棚分别支承于东西两个独立的结构单元上，其分缝示意图如图所示。为避免混凝土单元的基本振型与上部钢结构该方向上振型相近，上下结构振型耦合、密集丰满带来的不利影响，各混凝土单元利用建筑较均匀布置的楼电梯4间布置混凝土墙体形成承载力及延性均较好的混凝土筒体为混凝土结构主抗侧力构件，同时A、C区混凝土结构考虑其平面形状，在结构中部不布置混凝土筒体，有利于减小结构的扭转效应。A区为地上六层，C区为地上五层，B、D区地上四层。±0.00以上昀高36.07m。上部钢结构罩棚由径向主桁架和环向次桁架组成，采用折板型空间悬挑结构体系，落地墙面结构为屋面折板结构的延伸，结合建筑造型和功能需要，在悬挑罩棚的中前端，屋面改为平板结构。整个罩棚中间高、两边低，高差14m，昀高点离地面约52m。其中主桁架昀大悬挑长度约为53米,桁架根部昀大高度7m，昀小悬挑长度约为28米，根部高度5.0m，悬臂端部高度1.5m。主桁架采用菱形圆管组合截面，结构构成如图所示。为了增强结构的整体稳定性和侧向抗扭刚度，除沿环向设置次桁架外，在桁架结构合拢后下弦平面设置了6道直径50mm预应力棒钢水平支撑，如图所示。5上部钢结构罩棚通过内、外支座支承于下部混凝土结构上。其中外支座通过外包混凝土的钢结构圆钢管组合三角支撑，与下部型钢混凝土柱相连；内支座通过四根圆钢管与下部钢管混凝土柱相连。如图所示。本工程在施工准备阶段，经过相关的设计和施工技术专家比较深入的讨论，初步形成了施工策划书和施工组织设计文件。对于施工过程比较关键的问题，如施工的加载顺序、施工合拢温度、卸载顺序以及施工过程中的变形控制指标等，缺乏理论上的计算数据支持。对于本工程这样复杂的新型结构体系来说，对施工全过程进行模拟分析计算，给出一些动态的量化指标，是保证工程安全有效实施不可或缺的一个重要环节。6二、钢结构施工过程简介1屋面桁架现场拼装的方案屋面桁架与侧面桁架分段如下图所示：主桁架拼装工艺流程：桁架平面拼装胎架制作——桁架第一次拼装定位——校正——检验——正面焊缝焊接——焊后校正——桁架翻身——桁架背面焊缝焊接——UT检查——检验合格2钢结构安装方案屋面单元屋面桁架弦杆伸出500mm7墙面单元☆将主桁架每二榀组成一个立体单元，然后在屋面和侧面檐口交接处将此立体桁架进行分段，把整个立体单元分为屋面部分和侧面二个小立体吊装单元，吊装以立体分段的形式进行吊装。☆主桁架安装顺序为先安装屋面桁架，然后安装内圈支座，昀后安装侧面桁架。整个钢结构工程从中轴往南北两端对称吊装，东西两侧的罩棚钢结构安装对称进行。☆屋面桁架吊装前，在砼看台上布置前后内外两圈支撑临时支撑架。外圈临时支撑架布置在桁架内支座附近；内圈临时支撑架布置在砼看台的C~F轴之间。外圈临时支撑架设置桁架内圈支座附近的砼结构上。☆侧面桁架采用大型履带吊从场外以立体分段的形式进行吊装；屋面桁架采用大型履带吊从场内以立体分段的形式进行吊装。屋面桁架具体吊装方案主桁架安装顺序为先安装屋面桁架，然后安装内圈支座，昀后安装侧面桁架。整个钢结构工程从中轴往南北两端对称吊装，东西两侧的罩棚钢结构安装对称进行。吊装区域划分屋面桁架共分为东西两侧对称的8个区域：W01区、E01区、W04区和E04区吊装的主桁架为HJ1～HJ8，利用150t履带吊及桅杆在场外进行吊装；W02～吊装单元二吊装单元四吊装单元一吊装单元三8E03、E02～E03区吊装的主桁架为HJ09～HJ32，利用LR1350履带吊在场内进行吊装。吊装区域划分如下：吊装分区95871587147547547547547547547547577007700CF9000650085008500650085008500BCF587185007458718500740066047800C9000BCFJ7800F1999869000650085008500650085008500DA770085007477008500740060007800E9000BDGAJ7800ECF780090006500850010000118866500850010000118867400105001050074001050010500CH78009000F134600310770600060002/G2/G600036473666042/G吊装单元划分10场内大型吊车LR1350履带吊行走路线如下图所示：11CFJ单元吊装顺序编号12屋面桁架及侧面桁架安装就位后，且罩棚钢结构上的支座节点均安装焊接好后，进行次桁架的安装。次桁架重量均小于1t，在地面上拼装好进行整体吊装。拼装好后的次桁架如下图所示：133支撑点布置方案屋面桁架安装前，先安装好临时支撑系统。屋面桁架下设置内外两圈支撑，内圈支撑系统布置在C~F轴之间的砼看台上；外圈支撑系统布置在屋面桁架下的内圈支座附近砼看台上。14支撑布置：一侧罩棚钢结构安装过程当中，内外两圈各采用了64个临时支撑点。外圈支撑点在安装过程中已及时去掉并用结构内支座取代，因此本卸载过程是指对内圈64个临时支撑点上钢结构的卸载。内圈支撑点的布置如下图所示：151617支撑系统剖面如下图所示：ABCDEFGHJ7800900065008500100008526740060001050010500外圈支撑点下支撑系统主要由Φ609×12钢管支撑。内圈支撑点下支撑系统主要由格构柱组成。外圈支撑系统可循环使用：待紧靠着的屋面桁架吊装就位焊接连接好后，安装内圈支座，经检查合格后即可拆除外圈支撑系统，循环利用到其它屋面桁架上。内圈支撑系统必须等到整个罩棚钢结构安装好并验收卸载后方可拆除。184卸载方案卸载是将钢结构从支撑受力状态下，转换到自由受力状态的过程。卸载控制工艺：在结构分析计算的基础上，卸载按照等比例微量下降的原则，来实现荷载平稳转移。在卸载前，需要用千斤顶把支撑点处的弧形垫块顶起，抽掉型钢垫块。各个支撑点的顶升高度不能大于2mm。各点顶升后，检查每个点的间隙情况，记录结果。如果出现部分不脱离支撑（垫片不松动）的情况，现场分析后再视其具体情况进行处理。根据计算时得出的各支撑点卸载时需要降低的行程来具体实施每一步骤的卸载行程。每次卸载时要先在支撑块上用水平尺画出每次需要下降到的位置，使用千斤顶把支撑块降到预定位置后再次把垫块垫上；千斤顶撤出后准备下一步骤的卸载，直到结构卸载完成。图4.1支撑点由垫块更换为千斤顶在卸载过程中，支撑系统和结构体系中的受力十分复杂。为防止发生意外，确保卸载的顺利进行，在卸载过程中应采取特别注意如下事项：（1）卸载时要统一指挥，保证同步，且严格按分批和分级大小进行。（2）卸载前先计算好支撑点的钢结构变形量，通过变形量确定千斤顶的行程，如变形量超出千斤顶的昀大行程，则要在卸载过程中更换千斤顶，或者卸载到一定位置时，将屋面临时固定，待更换千斤顶位置后继续卸载。（3）卸载点水平较大时，在卸载步骤之间需要把千斤顶松掉调整其垂直度释放其水平位移。千斤顶松掉时利用垫块代替支撑。（4）卸载前要仔细检查各支撑点的连接情况，此时应让钢结构处于自由状19态，不要有附加约束，特别要避免支撑系统与屋盖之间的固接。（5）卸载时要进行跟踪测量和监控。（6）卸载前要清理钢结构上的杂物，卸载过程中，钢结构上下不得进行其它作业。（7）卸载前要作好一切安全措施，并检查好千斤顶的使用性能。卸载前提：(1)罩棚主体主体钢结构安装到位。(2)主体钢结构所有节点的连接已经完成,且验收合格。(3)各支撑点支架（包括节点）全部按设计要求完成，且验收合格。(4)罩棚钢结构外形已经设计、监理等验收合格。(5)卸载当天的风力不得大于4级。施工过程应严格遵循上述原则。三、钢结构施工全过程模拟分析的目标1、通过施工全过程模拟分析计算，保证结构在永久荷载、施工过程中结构自重、活荷载、风荷载、温度荷载及其在昀不利组合作用下，控制结构构件全过程应力σmax0.9f。2、与安装单位配合，通过施工顺序加载模拟计算，保证钢结构安装时的安全性，并保留结构卸载前的钢结构的内应力，以便准确的进行卸载分析。3、模拟计算施工卸载过程工况，为施工卸载工序提供合理建议。4、根据施工全过程的模拟计算，分阶段提供钢结构验收的变形控制指标。四、钢结构施工全过程模拟分析的依据1、依据的规范规程《建筑结构可靠度设计统一标准》GB20068－2001《建筑结构荷载规范》GB50009－2001《钢结构设计规范》GB50017－2003《网架结构设计与施工规程》JGJ7－91《网壳结构技术规程》JGJ61－200320《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ81－2002《钢结构工程施工质量验收标准》GB50205－2001《钢网架检验及验收标准》JGJ75.3－912、依据的相关文件《济南奥体中心体育场钢结构施工图》中建国际（深圳）设计顾问有限公司《济南奥体中心体育场超限高层建筑工程抗震设防专项审查报告》中建国际（深圳）设计顾问有限公司《济南奥体中心体育场钢结构工程施工组织设计》五、钢结构施工全过程模拟分析荷载及作用1、施工自重荷载（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。2、施工过程偶然荷载施工过程中会出现一些意外工况，如卸载过程不同步或局部受力支撑点失稳等。对于这些工况，应予以充分重视。除了分析这些工况对整体结构应力分布及变形产生的影响外，更重要的是通过计算对意外工况的敏感性进行评估，以确保局部失稳状态不会引起连锁反应而导致整体破坏。六、钢结构施工全过程模拟分析的主要内容1、施工过程中，屋面主要临时支撑点设置及反力计算2、支撑受力点卸载全过程模拟计算。提供各种情况下的计算分析数据。并根据具体实施方案，对卸载全过程进行计算分析，保证卸载过程的安全。3、卸载后钢结构的计算位移及挠度。根据实际的施工非线性加载过程，提供昀终的位移及挠度计算数值，指导施21工控制及验收。4、配合施工全过程及安全监测进行分析验算。七、钢结构施工全过程模拟分析软件计算分析软件SAP2000V9(美国CSI软件公司)八、施工全过程模拟分析结果1卸载方式的确定本工程的卸载工作主要有以下几个特点：（a）结构复杂，卸载计算分析工作量大本工程钢结构悬挑大，在卸载过程中，杆件的内应力随时变化，有可能会超过设计应力，因此在选择卸载工况时，必须保证杆件内应力控制在设计允许范围内，必须对卸载全过程进行详细周密的分析，以指导整个卸载过程的实施。（b）卸载点存在水平位移根据卸载分析计算的结果，在整个卸载过程中存在比较大的水平位移，需要在卸载的过程当中消除水平位移对卸载设备的影响，以确保卸载设备在竖直的状态下工作，提供足够支撑力的同时，设备在可控制的范围内下落。（c）卸载总吨位大，单点卸载吨位大一侧总卸载吨位达3000吨。为确保结构的安全和整体外形，需控制各点同步下降。一侧64个卸载点中，单点昀小支撑力约5吨，昀大支撑力约20吨。（d