非线性连接单元在鄂尔多斯体育馆卸载模拟中的应用

非线性连接单元在鄂尔多斯体育馆卸载模拟中的应用
郭小康
(上海宝治集团有限公司，上海200941)
[摘要]根据鄂尔多斯体育馆主体钢结构安装方法，采用SAP2000通用有限元软件中的GAP非线性连接单元，真实模拟了钢屋盖临时支撑胎架的受力状态，进行了钢屋盖临时支撑卸载的全过程非线性分析，获取了整个卸载过程中结构的内力和变形状态，确保了施工卸载过程的安全性。

内容摘抄：

1工程概况
鄂尔多斯体育馆工程位于鄂尔多斯市康巴什新区，总建筑面积76877.56m2,坐席1.2万个，主体平面呈椭圆形，长轴177m,短轴166m,屋盖周边有36个斜向外侧（倾角75°）的钢骨筒柱，最高点标高41.50m,建筑总高48m。建筑主要功能包括观众厅、比赛场、副馆、人防地下室。主体结构为钢筋混凝土框架-剪力墙体系，屋盖结构为大跨度空间钢桁架结构，跨度短轴为126.6m,长轴为156.7m,桁架跨中高度8m,单榀主桁架最大跨度65m(见图1)。
2钢屋盖安装顺序与胎架布置
根据现场实际情况和钢结构施工安装要求，将主桁架分2段进行组合吊装，高空拼接，主桁架的分段点处设置临时支撑胎架。屋盖安装结束后，再进行卸载，拆除临时支撑胎架。具体分段吊装方案：①将内环桁架分为8段，分段吊装后高空拼装焊接；②将径向桁架径向分为2段，环向分为间隔相邻的18段，分段吊装；③在吊装单元安装完毕后，高空散拼其间的支撑与连系杆件。根据施工方案，整个钢屋盖桁架体系需设置胎架共52个（外圈36个，内圈16个)，胎架高度为25m,布置在相应桁架吊装分段位置（见图2），用于临时支撑屋面体系。

3施工全过程模拟
3.1胎架模拟
在有限元软件中，对临时胎架的模拟通常采用固定铰支座的方式进行替代，得到支座竖向反力后再对胎架进行设计，但该方法不太适用于分步卸载或卸载点较多的情况，因为分步卸载时无法预知胎架和主体结构何时分离。由于采用铰支座模拟的胎架和主体结构不能脱离将会造成胎架受拉，其与实际情况不符，需要迭代试算才能获取支座反力为0时的卸载位移，过程复杂；而卸载点较多的情况又可能会遇到一部分胎架卸载导致其余胎架受拉的情况，这同样与实际不符，且卸载过程胎架内力发生变化，也不易确定最不利状态。考虑到本工程施工中胎架较多，采用上述固定铰支座的方式模拟临时支撑胎架已明显不再适用。

4胎架安全校核
本工程采用单管式胎架，对内圈胎架，由于内环桁架施工初期完全独立于外圈桁架，因此应确保内圈胎架的承载力和稳定性。考虑到施工过程的安全性和经济性，将内圈胎架采用水平杆连系形成一结构整体，不但减小了计算长度系数，也增加了安全储备和整体刚性，其具体布置方式如图7所示。经验算，该方案可保证施工过程中内圈胎架的强度和稳定性需求。

（略）

投稿会员：可爱莹