第十一章 结构变形控制与检测方案11.1 歌剧院外壳钢结构安装过程变形分析11.1.1 建立计算模型根据设计方提供的图纸和数据，分别建立不同阶段的计算模型；利用ANSYS有限元软件计算其内力，并根据杆件内力验算构件的强度、刚度和稳定性。根据结构的实际尺寸，建立歌剧院的空间三维模型作为计算模型；钢材料为Q345GJB，弹性模量E=2.06105MPa，屈服强度fy=295MPa，泊松比为0.3；材料本构关系采用理想弹塑性模型，屈服准则采用Von Mises屈服准则，计算时屈服强度取值为345MPa。11.1.2 荷载情况施工过程主要考虑结构杆件重力荷载和施工活荷载。因为采用满堂红脚手架，施工机械设备和人员等大都直接作用在脚手架构造的平台上，构件荷载以自重为主。根据经验，一般通过将杆件自重加大30%综合考虑部分施工过程的活荷载作用，是偏于安全的。11.1.3 计算分析利用ANSYS有限元分析软件计算节点的极限承载力。采用三维实体单元BEAM188单元进行计算。1、安装阶段一 结构的模型图（安装阶段一） 结构的x方向位移图（安装阶段一） 结构的y方向位移图（安装阶段一） 结构的z方向位移图（安装阶段一） 结构的单元应力图（安装阶段一）从计算结果可以看出，结构在x方向的最大变形为3mm，y方向的最大变形为7.6mm，z方向的最大变形为28.14mm，最大应力为102MPa。2、安装阶段二 结构的模型图（安装阶段二） 结构的x方向位移图（安装阶段二） 结构的y方向位移图（安装阶段二） 结构的z方向位移图（安装阶段二） 结构的单元应力图（安装阶段二）从计算结果可以看出，结构在x方向的最大变形为1.2mm，y方向的最大变形为0.5mm，z方向的最大变形为1.1mm，最大应力为13.5MPa。3、安装阶段三 结构的模型图（安装阶段三） 结构的x方向位移图（安装阶段三） 结构的y方向位移图（安装阶段三） 结构的z方向位移图（安装阶段三） 结构的单元应力图（安装阶段三）从计算结果可以看出，结构在x方向的最大变形为2.0mm，y方向的最大变形为2.1mm，z方向的最大变形为27.8mm，最大应力为57.25MPa。4、安装阶段四 结构的模型图（安装阶段四） 结构的x方向位移图（安装阶段四） 结构的y方向位移图（安装阶段四） 结构的z方向位移图（安装阶段四）结构的单元应力图（安装阶段四）从计算结果可以看出，结构在x方向的最大变形为8.6mm，y方向的最大变形为8.9mm，z方向的最大变形为22.9mm，最大应力为58.26MPa。5、 安装阶段五 结构的模型图（安装阶段五） 结构的x方向位移图（安装阶段五） 结构的y方向位移图（安装阶段五） 结构的z方向位移图（安装阶段五）结构的单元应力图（安装阶段五）从计算结果可以看出，结构在x方向的最大变形为7.3mm，y方向的最大变形为9.4mm，z方向的最大变形为13.2mm，最大应力为41.67MPa。6、 安装阶段六 结构的模型图（安装阶段六） 结构的x方向位移图（安装阶段六） 结构的y方向位移图（安装阶段六） 结构的z方向位移图（安装阶段六）结构的单元应力图（安装阶段六）从计算结果可以看出，结构在x方向的最大变形为3.7mm，y方向的最大变形为6.1mm，z方向的最大变形为15.9mm，最大应力为42.22MPa。7、安装阶段七 结构的模型图（安装阶段七） 结构的x方向位移图（安装阶段七） 结构的y方向位移图（安装阶段七） 结构的z方向位移图（安装阶段七）结构的单元应力图（安装阶段七）从计算结果可以看出，结构在x方向的最大变形为14.6mm，y方向的最大变形为6.6mm，z方向的最大变形为24.3mm，最大应力为53.13MPa。8、安装阶段八 结构的模型图（安装阶段八） 结构的x方向位移图（安装阶段八） 结构的y方向位移图（安装阶段八） 结构的z方向位移图（安装阶段八） 结构的单元应力图（安装阶段八）从计算结果可以看出，结构在x方向的最大变形为8.2mm，y方向的最大变形为2.9mm，z方向的最大变形为14.0mm，最大应力为50.30MPa。11.2 多功能厅外壳钢结构安装过程变形分析11.2.1 多功能厅整个安装过程的施工演算多功能厅共分四个施工区，施工安装顺序为先安装施工一区，二区，三区，最后安装四区。11.2.2 建立计算模型根据设计方提供的图纸和数据，分别建立不同阶段的计算模型；利用ANSYS有限元软件计算其内力，并根据杆件内力验算构件的强度、刚度和稳定性。根据结构的实际尺寸，建立多功能厅的空间三维模型作为计算模型。钢材料为Q345GJB，弹性模量E=2.06105MPa，屈服强度fy=295MPa，泊松比为0.3；材料本构关系采用理想弹塑性模型，屈服准则采用Von Mises屈服准则，屈服强度取值为295MPa。11.2.3 荷载情况施工过程主要考虑结构杆件重力荷载和施工活荷载。因采用临时胎架，施工机械设备和人员等大都直接作用在脚手架构造的平台上，构件荷载以自重为主。根据经验，一般通过将杆件自重加大30%综合考虑部分施工过程的活荷载作用，是偏于安全的。11.2.4 计算分析利用ANSYS有限元分析软件计算节点的极限承载力。采用三维实体单元BEAM188单元进行计算。1、安装阶段一 结构的模型图（安装阶段一） 结构的x方向位移图（安装阶段一） 结构的y方向位移图（安装阶段一） 结构的z方向位移图（安装阶段一） 结构的单元应力图（安装阶段一）从计算结果可以看出，结构在x方向的最大变形为17.8mm，y方向的最大变形为14.9mm，z方向的最大变形为53.5mm，最大应力为125MPa。2、安装阶段二 结构的模型图（安装阶段二） 结构的x方向位移图（安装阶段二） 结构的y方向位移图（安装阶段二） 结构的z方向位移图（安装阶段二） 结构的单元应力图（安装阶段二）从计算结果可以看出，结构在x方向的最大变形0.2mm，y方向的最大变形为1mm，z方向的最大变形为0.7mm，最大应力为9.9MPa。3、安装阶段三 结构的模型图（安装阶段三） 结构的x方向位移图（安装阶段三） 结构的y方向位移图（安装阶段三） 结构的z方向位移图（安装阶段三）结构的单元应力图（安装阶段三）从计算结果可以看出，结构在x方向的最大变形为2.2mm，y方向的最大变形为1.3mm，z方向的最大变形为20.5mm，最大应力为55.96MPa。4、安装阶段四 结构的模型图（安装阶段四） 结构的x方向位移图（安装阶段四） 结构的y方向位移图（安装阶段四） 结构的z方向位移图（安装阶段四）结构的单元应力图（安装阶段四）从计算结果可以看出，结构在x方向的最大变形为5.0mm，y方向的最大变形为2.7mm，z方向的最大变形为23.5mm，最大应力为43.71MPa。5、 安装阶段五 结构的模型图（安装阶段五） 结构的x方向位移图（安装阶段五） 结构的y方向位移图（安装阶段五） 结构的z方向位移图（安装阶段五）结构的单元应力图（安装阶段五）从计算结果可以看出，结构在x方向的最大变形为3.9mm，y方向的最大变形为26.4mm，z方向的最大变形为32.1mm，最大应力为52.92MPa。6、 安装阶段六 结构的模型图（安装阶段六） 结构的x方向位移图（安装阶段六） 结构的y方向位移图（安装阶段六） 结构的z方向位移图（安装阶段六）结构的单元应力图（安装阶段六）从计算结果可以看出，结构在x方向的最大变形为4.5mm，y方向的最大变形为7.5mm，z方向的最大变形为26.1mm，最大应力为54.07MPa。7、安装阶段七 结构的模型图（安装阶段七） 结构的x方向位移图（安装阶段七） 结构的y方向位移图（安装阶段七） 结构的z方向位移图（安装阶段七）结构的单元应力图（安装阶段七）从计算结果可以看出，结构在x方向的最大变形为4.3mm，y方向的最大变形为7.5mm，z方向的最大变形为24.5mm，最大应力为53.82MPa。11.3 钢结构制作与安装温度分析11.3.1 制作温度与安装温度比较广州典型年月平均温度月份123456789101112月平均干球温度()13.9 14.2 18.3 22.4 26.1 27.2 28.8 28.0 27.4 24.3 20.1 15.4 杭州典型年月平均温度月份123456789101112月平均干球温度()5.26.610.816.321.224.927.628.224.119.212.76.5 表示安装月份 表示制作月份制作月平均最高气温：24.1；安装月最低气温：13.9；温差：10.2。制作月平均最低气温：5.2；安装月最高气温：26.1；温差：20.9。安装时的气温与设计气温温差为11.11.1。11.3.2 温度变形计算1、荷载选取选择参考温5.2度，计算温度26.1度。2、截面选取计算截面选择焊接箱型梁10003001012，长度为1米。材质为Q345GJB的钢材。3、模型建立根据结构的实际尺寸，建立胎架的空间三维模型作为计算模型；钢材料为Q345GJB，弹性模量E=2.06105 MPa，屈服强度fy=295MPa，泊松比为0.3；材料本构关系采用理想弹塑性模型，屈服准则采用Von Mises屈服准则，计算时屈服强度取值为345MPa。构件模型图4、计算分析利用ANSYS有限元分析软件计算构件的温度变化。采用三维实体单元BEAM4单元进行计算。构件的变形图如下：构件变形图从计