于家堡站房穹顶钢结构施工预调值分析*
赵中伟'，陈志华，王小盾”，刘红波'，闫翔字”（1.天津大学建筑工程学院，天津300072：2.天津大学滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室，
天津300072；3.天津大学建氧设计规划研究总院，天津300072）
[摘要]目前对复杂大跨空间结构的设计方法主要是传统的一次性加载法，且构件的加工尺寸一般也是按照设计尺寸，很少考虑施工过程对结构峻工状态的影响.为研究施工过程及不同施工方案对大跨度空间结构变形预调值 的影响，对天津于家堡火车站站房弯顶钢结构进行了不考虚媒工过程及考虑不同施工方案下结构成型阶段的变形预调值，对比研究了不同情况下的结果，得到了该结构在不同工况下变形预调值的规律.
[关键词]钢结构；网壳；数值模拟；提升；预调值
【中图分类号]TU392.1[文献标识码】A [文章编号]1002-8498（2014）20-0062-04
Analysis ofPre-set Construction DeformationValues forRailway StationBuildingofYujiapu
nBuelx ueoquo nnunpoerx6uemenuuz ueumuouz oeuzStractare and Safety of Misistry ef Edacation Tinjn U/nisersity Tianjin 300072 Chin; 3. Tianjin Usisersity (1. School of CinilEnginering Tianjin Uniersity Tianjin30072 Chin; 2.Key Labortory f Cs CilReserch Intiae ef Archiecturel Desiga & Urban Planning 7ianjin300072 China)
Abstraect;The design of the long-span struetures is mainly based on traditional one-time loading methodand the processing size of ponents is usually based on the design size rarely consider the efect ofereetion process. In order to study the effeets of construction process and construction scheme on pre-setconstruction deformation values of large-span spatial structures this paper calculated and studied the pre-pre-set construction deformation values under different conditions was gotten. set construction deformation values of railway station building of Yujiapu in different cases. The law of
Key words;steel structures; shells; simulation; lifting: pre-set value
结构进行模拟计算，得到结构每根杆件的加工预调
0引言
装、整体（或部分）滑移、整体提升（或顶升）等施工 现代大型复杂钢结构的成型过程是通过如吊值及变形预调值.位形应是设计位形，这就要求我们在施工过程前对
技术完成整体结构的安装，对于大型复杂钢结构建跨度桥梁、预应力张拉结构及高层建筑结构中，对 目前对结构变形预调值的研究主要集中在大筑，若按照设计位形进行构件加工，把设计位形作大跨空间结构的研究目前较少.文献[2]研究了地为结构安装的初始位形，那么结构峻工时其位形将基不均匀沉降对CCTV新台址主楼变形预调值的影不满足建筑美学上的要求，也可能导致建筑在正常设置；文献[4]对法门寺舍利塔的施工进行全过程 与设计位形存在一定偏差，由此可能导致建筑造型响；文献[3]研究了超高层竖向变形规律及预变形使用中不满足建筑适用性的要求，施工中应把设计跟踪分析，得到结构的安装预调值；文献[5]用分阶合结构的安装预调值；文献[6]就超高层混合结构对于不同施工方法及不同施工顺序对施工预调值 的竖向变形及补偿措施进行了详尽分析.但目前的影响的其体研究还比较少.本文对天津市于家堡火车站站房弯顶钢结构进行了不同工况下结构成型阶段的变形预调值研究，研究了施工过程对结构竣工阶段的影响.
86200m².车站为地下2层、地面1层.地下2层为 于家堡站为地下高铁站房，站房建筑面积约为站台层，站台规模为3座岛式站台6条到发线：地下1层为站厅层，设候车大厅、进出站厅、设备用房及办公用房；地面层为进站大厅.地上部分为“贝壳”形弯顶采光屋面，如图1所示，结构形式为大跨度空间网格结构.整个结构主要杆件采用曲线钢箱梁，72根 箱梁相互交叉连接，编织成一个纵向跨度约142m，横向跨度约80m，矢高约24m的贝壳形弯顶网壳结构，在其顶部设有顶环结构、在其底部设有箱形圈梁对单层网壳顶底端起连接和约束作用.
图2于家堡火车站站房网壳施工分区Fig. 2Construetion division for the Sq oes
Fig. 3 Finite element model of lifting jigs 图3方案1提升胎架有限元模型for the first scheme
图1于家量火车站站房效果Fig.1 Effect blueprint of ralilway station ndefn jo Supg
叉，且与上下顶底环梁相贯共计10大类节点，无一 该结构体型新颖，结构复杂，箱形钢梁相互交类节点重复，设计取值工作量相当大.每个杆件皆存在角度不同的空间扭转，施工难度较大，因此对该结构进行施工变形预调值的研究，保证结构顺利安装具有重要意义.
图4方案1提升胎架分布
Fig. 4 Distribution of lifting jigs for the first scheme
1施工方案
为研究不同施工方案对该结构施工变形预调值的影响，本文基于2种施工方案，分别得出在2种施工方案及不考虑施工过程作用下的变形预调值.
区，顶部分块提升区和中间嵌补区，如图2所示. 整个结构分为3个施工区，即下部分块吊装下部分块吊装区采用吊装机械分块吊装，施工期间预留4道温度合拢缝，待下部分块吊装区吊装完毕，进行顶部分块提升区的整体提升.提升过程是本次施工的关键环节，因为提升胎架高度较高，吊装 期间水平侧移比较大，易受大风天气影响，施工控制难度较大.本文列出2种提升方案，分别研究在2种提升方案下变形预调值的分布规律.
图5方案2提升胎架有限元模型Fig. 5 Finite element model of lifting jigs ferthe second scheme
1）方案1整个提升区采用21个提升胎架进行提升，四周17个，天窗部分4个，整体胎架的有限 元模型及提升点分布如图3~4所示.
图6方案2提升胎架分布Fig.6Distribution of lifting jigs for the second scheme
2变形预调值计算原理与方法
2）方案2整个提升区采用22个提升胎架进行提升，四周17个，中部5个，呈一字形排列，整体胎架的有限元模型及提升点分布如图5～6所示.
本文采用正装选代法，基于ANSYS大型通用软件，利用单元生死技术，根据实际施工阶段，激活相
计位形（x，yo，o）与峻工后位形（x，y，z）坐标差 应构件，完成整个施工过程的模拟，然后将结构设反加在结构安装位形（x，y，）节点坐标上，上述过程一直循环至坐标差在允许误差范围内.
3计算结果与对比
3.1不同施工方案对加工预调值的影响
示.其中方案1简化卸载是指将实际的16级卸载简 各工况下单元的加工预调值选代过程如图7所化为3级卸载；不考虑施工过程工况是指对整体结构一次性加载计算预调值；方案2卸载工况指按照方案2施工；方案1卸载工况指按照方案1施工.图8为不同工况下单元加工预调值.通过对比图8e，8d可 知不同的施工方案施工预调值会有明显不同，按照方案1施工时，单元最大加工预调值为57mm，按照方案2施工时，单元最大加工预调值为115mm，按照方案1简化卸载施工时单元最大加工预调值为18mm，不考最大加工预调值几乎为0，即基本不用考虑施工预调 虑施工阶段，直接在整体结构上一次性加载时，单元值，这显然不符合实际.可见不同的施工方案对加工预调值影响很大，且同一施工方案不同的卸载顺序也对加工预调值有很大影响，所以结构施工时应根据具时应尽可能细化施工步骤. 体的施工方案计算构件的具体尺寸，且施工仿真模拟
图7变形预调值选代过程
Fig. 7The iterative process of pre-set deformation value
3.2不同施工方案对安装预调值的影响
样安装预调值会随施工方案及施工顺序的不同面 图9所示为各工况下各节点的安装预调值，同
万方数据
图8不同工况下单元加工预调值Fig.8Pre-set processing deformation valuesunder different conditions
有很大不同.为形成明显对比，将各工况下各方向 的最大安装预调值列出，如表1所示.
Table 1Pre-set ereetion deformation values 表1各工况下安装预调值
under different conditions mm最大坐标差方案1简化卸载不考虑施工阶段 方案2方案1Dy 20 29 7 0 146 297 53 6956 27 431 85
由表1可以看出若不考虑施工阶段，由于结构合实际的.方案2由于提升胎架顶部缺少水平连系 的对称性，结构在x方向的安装预调值为0，这是符桁架，水平方向刚度比较柔，故安装预调值明显大于方案1，方案1简化卸载步骤后，安装预调值明显小于未简化的安装预调值，故可以得知在进行施工仿真分析时，应尽可能地按实际施工步骤进行细
图9不同工况下结构安装预调值
Fig.9 Pre-set erection deformation values under different conditions
难全面考虑现场情况，应用现场实测数据来校核理论模型，以更好地接近实际.
化，这样得到的结果才会更接近实际.
4结语
参考文献：
1）本文基于ANSYS有限元软件，利用正装选代法对结构进行施工仿真分析，得到了结构各单元的加工预调值及各节点的安装预调值，为实际工程提 供理论参考.
[1]张菊.大跨度空间钢结构成型过程中的位移控制[D].武汉：武汉理工大学，2009.[2]郭虚林，田广字，刘学武.地基不均匀沉降对CCTV新台址主 楼变形预调值的影响及分析[J].建筑结构学报，2008 29(3) : 96-103.[3]王化杰，范峰，支旭东，等，超高层结构施工竖向变形规律及 预变形控制研究[1].工程力学，2013 30（2）：298-305.[4] 胡长明，曹凡奎，李水辉，等，法门寺合十含利塔施工过程模 拟与实测分析[J].工程力学，2009 26（S1）：153-157.[5]郭彦林，刘学武，刘禄字，等.CCTV新台址主楼钢结构施工变形预调值计算的分阶段综合选代法[J].工业建筑，2007.37 (9): 16-21.[6]周良，尹，王秀芬，天津周大福金融中心超高层混合结构竖96-101. 向变形分析及补偿措施[J].天律大学学报，2014 47（S1）：
2）本文基于不同工况，对天津市于家堡火车站站房单层网壳结构进行施工模拟计算，得到网壳在各工况下的加工预调值及安装预调值，根据计算结工方案有密切联系，实际工程中应基于具体施工方 果可以看出，结构的加工预调值与安装预调值与施案计算结构的施工预调值，以免造成安装误差，给结构带来附加内力.
比如太阳辐射引起的温差的影响，有限元模拟中很 3）实际施工过程中，由于现场情况极其复杂，
万方数据
