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1、MIDAS IT 荣萌2016.03midas Gen 钢结构施工模拟分析一. 为什么要做施工阶段模拟分析二. 高规对施工阶段模拟分析的要求三. midas Gen 施工阶段模拟分析功能介绍四. 实际工程案例分享一 . 为什么要做施工阶段分析2011年 8月 8日下午 5点 30分，海南万宁市发生一起在建大桥坍塌事故2009年 12月 24日印度1.1施工中发生的事故1.1施工中发生的事故2011年 12月 5日上午 7时 30分许，合肥包河大道一截在建“贝雷梁”发生险情，重达300多吨的“贝雷梁”发生倾斜，笨重的钢梁朝东侧发生严重歪倒。1.1施工中发生的事故1.1施工中发生的事故2012年
2、3月 12日湖南娄底市发生一起在建大桥坍塌事故，造成总损失高达数亿人民币高达 1.08亿元。事后事故鉴定认为，坍塌原因乃过早拆除大桥底部临时支撑所致。可见临时支撑体系拆除方案必须慎重考虑。1.1施工中发生的事故1.1施工中发生的事故1.1施工中发生的事故1.1施工中发生的事故1.1施工中发生的事故1.1施工中发生的事故1.1施工中发生的事故施工阶段 使用阶段材料强度、刚度考虑混凝土的徐变、收缩、强度发展材料时变 发展较为稳定荷载工况 施工阶段荷载施工阶段临时荷载 使用阶段荷载恒载、活载（规范）边界条件 施工安装设备；临时支撑安装、拆卸 边界条件时变 边界条件稳定安装方法对钢结构来说，不同的安装
3、方法决定了施工阶段子结构的不同内力、几何形态 结构成型结构形态 结构依次成型，结构不断发生内力重分布 结构时变 结构成型施工力学 经典力学时变力学质量矩阵、刚度矩阵、阻尼矩阵中的元素是与时间相关的，计算复杂施工阶段与使用阶段对比1.2为什么要考虑施工阶段模拟？130123452 4 6 8 10 12 14 16楼板上部荷载引起的竖向位移施工阶段分析一般分析层竖向位移楼板和下部荷载引起的竖向位移 一般分析 : 在整体结构上一次加载分析 。 施工阶段分析 : 根据结构的施工工序 ， 考虑结构的模型 、 边界 、 荷载的变化的施工顺序分析 。1.2为什么要考虑施工阶段模拟？ 由于施工顺序和加载条件
4、的不同，实际施工的建筑物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。1. 对整个建筑物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上部楼层，这与实际施工条件不同，会产生误差。2. 在各施工阶段的施工荷载会导致竖向构件的不同收缩，通常的分析方法无法反映这种情况，由此也会产生误差。1.2为什么要考虑施工阶段模拟？ 安全设计的要求 一次性加载时未必所有构件内力都最大 最不利内力有可能发生在中间阶段 应保证拆除脚手架时钢结构的安全 、 RC结构的强度和刚度 经济性设计的要求 一次性加载对有些构件计算过于偏大 (尤其是梁 )， 造成浪费 。 框架梁两侧沉降差不真实 (过大 )造成
5、梁的配筋过大 ， 也可能是造成强梁弱柱的原因之一 。 注意： 设计的浪费不能保证结构的安全 ！1.2为什么要考虑施工阶段模拟？16建筑使用性能要求 建筑安全性能要求 建筑外装修材料的变形 建筑内部隔墙的裂缝 竖向排水管道的变形 电梯轨道的脱落引起的功能障碍 相邻构件间不均匀收缩- 楼板倾斜、地面抹面的脱落 不均匀变形引起的楼板和梁的附加应力 伸臂桁架应考虑附加应力或设置可以吸收附加应力的连接WL122wL122wLL+26LEI 26LEI 不均匀变形引起的附加应力需要对结构进行加固处理/131.2为什么要考虑施工阶段模拟？施工模拟 3D3S SAP2000 midas Gen ANSYS A
6、BAQUS实现方法有专门的施工模拟模块有专门的施工模拟模块有专门的施工模拟模块生死单元的概念 ekill，ealive缩小杀死单元的刚度*model change，remove/add追踪单元优缺点 主要针对钢结构后处理不够强大后处理与中国规范结合不好后处理与中国规范结合好操作复杂，效率低 操作复杂，效率低有限元软件施工模拟的实现1.2为什么要考虑施工阶段模拟？ 超高层建筑 逐层施工逐层加载的模拟：竖向构件轴压比 、 梁内力 (竖向沉降差引起的 ) 伸臂桁架：后闭合的模拟 框筒结构：先施工内筒再施工外筒的模拟 SRC结构：先施工钢结构再浇筑混凝土的模拟 钢结构网架 ：吊装及拆除支架顺序对网架内
7、力的影响 预应力结构：分阶段张拉的效应和预应力损失 基坑支护：施工过程中内力变化较大 超厚楼板或筏板：分层浇筑的水化热分析 超长楼板：分块浇筑 (变形缝 、 后浇带 、 跳仓法 )的水化热分析1.3什么样的结构需要做施工阶段模拟分析1913579111315170 5 10 15 20D iffe re n tia l S h o rte n in g (m m )Level13579111315170 10 20 30S h o rte n in g (m m )LevelC O 1C113579111315170 10 20 30S h o rte n in g (m m )LevelC
8、O 1C1梁内力（一般分析） 梁内力（施工阶段分析）中高层钢结构建筑一般分析 不均匀变形比较施工阶段分析柱剪力墙 柱剪力墙 一般分析和施工阶段分析的不均匀变形相差 56% 内力相差 146%。一般分析 = BH-1000x400x18x38施工阶段 = BH-900x400x18x38349 23920巨型柱与核心筒之间由 8个两层高的外伸桁架连接 。不均匀变形引起的附加应力是主要验算内容之一 。 为了最大限度地减小相对位移 ， 将内筒和柱子的轴压比设计得比较接近 。为了控制不均匀变形 ， 外伸桁架在施工中设置了孔槽 ， 可以减少施工中不均匀变形引起的附加应力 。外伸桁架的上下弦构件和柱的连接
9、上海金茂大厦 (外伸桁架 )世界第 4高建筑 (421m)中国建筑技术的象征设计公司 :SOM21拼装工程 拼装工程通过拼装过程的模拟分析 ， 分析构件应力和支座反力的变化 。 拼装时应考虑的事项拼装顺序拼装时的温度变化位移和支座反力的变化幅度22深开挖基坑工程(1) 埋设钢柱 (2) 开挖地上 1层并设置地面系梁 (3) 安装地上 1层钢梁 /施工部分楼板(5) 施工地下 2层及以下各层 (5) 施工地下最底层并施工基础 (6) 施工楼板和 SRC柱 因为对地下空间的使用要求越来越多 ， 建筑物的地下部分的深度也越来越深 。 为了节省工期以及考虑城市内施工便利性 ， 采用深开挖工法的实例越来
10、越多 。 深开挖过程中 ， 结构的体系 、 荷载 、 边界条件都将发生变化 ， 需要通过施工阶段模拟验算整个施工过程的安全性 。严格来说：所有结构都应做施工阶段模拟分析！二 . 高规对施工阶段模拟分析的要求 3.11.4(2) 复杂结构 应 进行施工模拟分析 ， 应 以施工全过程完成后的内力为弹塑性分析的初始状态 。 5.1.9 高层建筑结构在进行重力荷载作用效应分析时 ， 柱 、 墙 、 斜撑等构件的轴向变形 宜 采用适当的计算模型考虑施工过程的影响； 复杂高层建筑 及 房屋高度大于 150m的其他高层建筑结构 ， 应 考虑施工过程的影响 。 复杂结构： 带 转换层 的结构 、 带 加强层
11、的结构 、 错层结构 、 连体结构 以及竖向体型收进 、 悬挑结构 。 13.1.4 高层建筑施工过程中 ， 不同的施工方法可能对结构的受力产生不同的影响 ， 某些施工工况下甚至与设计计算工况存在较大不同 ；大型机械设备使用量大 ， 且多数要与结构连接并对结构受力产生影响；超高层建筑高空施工时的温度 、 风力等自然条件与天气预报和地面环境也会有较大差异 。因此 ， 应根据有关情况进行必要的施工模拟 、 计算 。 混合结构11.3.3 竖向荷载作用计算时， 宜 考虑钢柱、型钢混凝土 (钢管混凝土 )柱与钢筋混凝土核心筒竖向变形差异引起的结构附加内力，计算竖向变形差异时宜考虑混凝土收缩、徐变、沉降
12、及施工调整等因素的影响。 条文说明：外柱与内筒的竖向变形差异宜根据实际的施工工况进行计算。在施工阶段，宜考虑施工过程中已对这些差异的逐层进行调整的有利因素，也可考虑采取 外伸臂桁架延迟封闭 、 楼面梁与外周柱及内筒体采用铰接等措施减小差异变形的影响 。在伸臂桁架永久封闭以后，后期的差异变形会对伸臂桁架或楼面梁产生附加内力，伸臂桁架及楼面梁的设计时应考虑这些不利影响。11.3.4 当混凝土筒体先于外围框架结构施工时， 应 考虑施工阶段混凝土筒体在 风力 及其他荷载作用下的不利受力状态； 应 验算在浇筑混凝土之前外围型钢结构在施工荷载及可能的风载作用下的承载力、稳定及变形，并据此确定钢结构安装与浇
13、筑楼层混凝土的间隔层数。 混合结构 13.10.5 核心筒应先于钢框架或型钢混凝土框架施工 ，高差宜控制在 4 8层，并应满足施工工序的穿插要求。 13.10.6 型钢混凝土竖向构件应按照钢结构、钢筋、模板、混凝土的顺序组织施工，型钢安装应先于混凝土施工至少一个安装节。 13.10.7 钢框架 -钢筋混凝土筒体结构施工时，应考虑内外结构的竖向变形差异控制 . 网架结构设计与施工规程 JGJ7-2010第 6.5.7条规定“空间网格结构在滑移施工前，应根据滑移方案对杆件内力，位移及支座反力进行验算，当采用多点牵引时，还应验算牵引不同步对结构内力的影响”。三 . midas Gen 施工阶段模拟功
14、能介绍一次性加载简化施工模拟逐层施工模拟分区施工模拟施工模拟发展过程 0. 时间依存性材料的定义、建模 1. 结构组、边界组、荷载组的定义 2. 分配结构组、边界组、荷载组 3. 定义施工阶段 4. 施工阶段分析控制 5. 查看结果midas Gen施工模拟的操作1、结构、荷载、边界的变化 -定义组 根据施工阶段定义结构组、边界组、荷载组； 除用于施工阶段外，在一般分析中也可定义，方便对多个构件统一编辑和结果查看；2、分配结构组、边界组、荷载组分配结构组： 利用拖放功能分配结构组； 充分利用各种选择功能；激活（ F2）全部激活（ ctrl+A）2、分配结构组、边界组、荷载组分配边界组： 新建模
15、型 -定义边界条件时，定义边界组名称 既有模型，通过边界的表格统一修改即可注：若选择了默认组，则在施工阶段分析中不能被激活；只能作为施工阶段结束之后的荷载或边界条件；2、分配结构组、边界组、荷载组分配荷载组： 定义施工阶段荷载工况 荷载类型：在施工阶段加载的荷载中，除了收缩，徐变，预应力荷载之外都要定义为施工阶段荷载（ CS）； 自重属于施工阶段恒载的范畴，在施工阶段分析中，需要定义到荷载组 1里，其他施工阶段由程序自动读取结构自重2、分配结构组、边界组、荷载组分配荷载组： 新建模型：可在定义楼面荷载时定义荷载组名称 既有模型：可通过楼面荷载表格直接修改对应的荷载组信息对于楼面荷载的荷载组分配，一般推荐采用表格的方式进行修改，比较方便快捷。3、定义施工阶段菜单：荷载 -施工阶段 -定义施工阶段通过结构组、荷载组、边界的激活、钝化实现3、定义施工阶段“变形前”与“变形后”表示支承点的位置，仅对于边界条件中的“一般支承”起作用，对其它类型的边界条件不起作用。变形前： 边界条件应用到变形前的位置；若结构已发生变形，相当于先施加一到初始位置的强制位移；变形后： 边界条件应用到变形后的位置；4、施工阶段分析控制 最终施工阶段：选择用哪
