复杂结构施工力学分析与风险控制

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3.0 牛悦 2024-11-19 5 4 3.01MB 77 页 15积分

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摘要

随着我国经济实力和计算手段的不断进步，建筑外形越来越新颖，结构形式

越来越不规则，这些结构在施工过程中体现出诸多力学问题，其实施是一个充满

风险的过程，给保障施工安全带来不确定因素。常规风险管理方法对风险事件进

行识别、评价、处置时，主要基于定性分析与经验判断。凭借经验施工带有一定

的盲目性，甚至会在施工过程中出现风险状况，危及结构安全。

本文系统总结归纳了风险管理技术，介绍了工程风险管理的思想、步骤、特

点和目标，阐述了工程施工风险管理中风险识别、风险评价和风险处置三个控制

环节的方法和手段。

通过研究施工过程常规风险管理模式，发现仅依靠健全管理制度、凭借工程

经验采用定性分析手段已无法满足复杂结构施工的风险管理要求。本文结合计算

机仿真技术在建筑工程中的应用成果，提出了一种基于施工全过程动态控制的新

型施工技术风险管理模型。

在绍兴世贸中心钢连廊整体提升工程风险研究中，根据专家论证，确定了该

工程施工过程的主要风险因素，进而将提升过程中吊点提升不同步列为施工风险

的关键控制因素。本文通过计算机仿真模拟提升过程，对该风险进行了识别、评

价。以容许结构截面应力为控制原则，得到了吊点相对位移差的警戒限值，提出

了适时调整吊点行程差的风险处置方案。

在上海某超高层建筑塔楼施工技术风险研究中，结合类似工程经验和现场实

际情况，将材料时变特性对结构竖向变形的影响确定为施工过程关键风险控制因

素。本文通过计算机仿真模拟施工过程，针对不同施工速率对结构竖向变形进行

了分析，计算表明施工速率对结构竖向变形影响甚微。为此，按照 5天/层施工速

率的施工进度方案，对巨型柱、核心筒竖向变形，以及两者之间的变形差进行了

分析，确定了符合实际施工情况的构件预抛高值。通过事先控制，规避了施工风

险，达到了预期设计要求。

通过具体工程的验证，认为复杂结构施工过程中采用计算机仿真技术模拟施

工过程，为风险管理适时提供定量指标数据，并依此进行风险识别、评价、处置

能够有效事先规避施工风险。

关键词：风险管理计算机仿真技术整体提升超高层建筑控制

ABSTRACT

With the increasingly development of design technology ，the buildings sharp

become more and more novelty，as well as more asymmetric structure systems. In our

country ，the widely population of appearance of huge and complex buildings make

plenty of mechanical difficulties during construction period. Full of risk procedures that

bring the concerned factors into the construction. Identification, evaluation and

disposition of risk cases are based on traditional qualitative and experimental analysis.

Construction experimentally may cause risk, even damage the structure.

This paper concludes the traditional risk manage models systematically,

introducing the ideas, steps, characteristics and aims of risk management, and

explaining the methods of risk identification, evaluation and disposition.

On studying traditional risk management methods, the qualitative analysis by

perfecting manage system and experience cannot satisfy the construction requirement of

the complex structures. This paper combining the achievements of computer simulation

technology in building structures into risk management, provides a new risk

management model for procedures and dynamic management.

On studying integral hoisting risk of steel truss of Shaoxing world trade center, the

unsynchronized lifting is key point of risk after experts discussed. This paper simulates

the process of hoisting provides data for risk identification, evaluation, and gain the

critical limit data based on the principal of controlling the section allowed stress,

subsequently, proposing the disposition plan by adopting the hoisting points different

displacement appropriately.

On studying construction risk of a super high-rise building in Shanghai, the vertical

deformation between steel-concrete mega frame column and core-wall caused by

concrete time-dependent property are key point of risk control according to experience

and site situation. Simulating the whole construction process by computer aided

technology, the results verify that construction velocity makes little influence on

vertical deformation. Therefore, enact 5 days per story plan, by simulating construction

process, provides data support for identification and evaluation of vertical deformation

risk, and suggesting disposition plan to ensure the project safety.

Verified by the samples, it demonstrates that using computer aided technology

simulates the construction process of complex structure can provide quantitative

analysis data for identification, evaluation and disposition of risk management.

Key words: Risk management; Computer simulation technology;

Super high-rise building; Integral lifting; Control

-I-

第一章绪论 .........................................................................................................1

§1.1 研究背景 ......................................................................................................... 1

§1.2 风险管理技术在国内外的发展现状 ............................................................. 3

§1.2.1 风险管理的国际发展及现状 .............................................................. 3

§1.2.2 风险管理在国内的发展及问题的提出 .............................................. 6

§1.3 本文主要研究内容 .......................................................................................7

第二章风险管理技术 .....................................................................................................9

§2.1 风险的概念 ..................................................................................................... 9

§2.2 风险管理 .....................................................................................................10

§2.2.1 概述 .................................................................................................... 10

§2.2.2 工程风险管理的步骤和特点 ............................................................ 11

§2.2.3 动态风险管理的思想 ........................................................................ 12

§2.2.4 风险管理的目标 ................................................................................ 13

§2.2.5 风险管理的程序 ................................................................................ 13

§2.3 工程风险识别 ............................................................................................... 15

§2.3.1 工程风险识别目的 ............................................................................ 15

§2.3.2 工程风险识别过程 ............................................................................ 16

§2.3.3 工程风险识别方法 ............................................................................ 17

§2.4 工程风险评价 ............................................................................................... 20

§2.4.1 工程风险评价目的及意义 ................................................................ 20

§2.4.2 工程风险评价方法 ............................................................................ 21

§2.5 风险处置 ....................................................................................................... 22

§2.5.1 风险回避 ............................................................................................ 23

§2.5.2 风险损失控制 .................................................................................... 23

§2.5.4 风险转移 ............................................................................................ 25

§2.5.5 风险分散 ............................................................................................ 26

§2.6 本章小结 ....................................................................................................... 26

第三章复杂结构施工技术风险管理模式研究 ...........................................................27

§3.1 复杂结构施工风险管理 ............................................................................... 27

§3.1.1 工程施工风险管理内容 ..................................................................... 27

-II -

§3.1.2 工程风险管理的一般环节 ................................................................ 29

§3.1.3 工程施工风险管理的主要矛盾 ........................................................ 30

§3.2 计算机辅助技术在工程中的应用 ................................................................ 30

§3.3 引入计算机辅助技术的新型施工技术风险管理模式 ................................ 31

§3.4 本章小结 ....................................................................................................... 34

第四章绍兴世贸中心钢连廊整体提升技术风险研究 .............................................35

§4.1 工程概况 ....................................................................................................... 35

§4.2 定性识别施工风险 ....................................................................................... 35

§4.2.1 钢连廊安装方案 ................................................................................ 35

§4.2.2 提升过程风险识别 ............................................................................ 36

§4.3 整体提升技术风险研究 ............................................................................... 38

§4.3.1 研究内容 ............................................................................................ 38

§4.3.2 计算假定 ............................................................................................ 38

§4.3.3 不同工况下结构内力计算 ................................................................. 38

§4.4 本章小结 ....................................................................................................... 40

第五章上海某超高层塔楼施工技术风险研究 ...........................................................41

§5.1 工程概况 ....................................................................................................... 41

§5.2 施工过程中力学问题的定性风险识别 ....................................................... 41

§5.3 混凝土材料的时变特性 ............................................................................... 41

§5.3.1 混凝土的变形 .................................................................................... 41

§5.3.2 混凝土的龄期 .................................................................................... 42

§5.3.3 混凝土的收缩 .................................................................................... 43

§5.3.4 混凝土的徐变 .................................................................................... 45

§5.4 施工阶段对建筑物的影响 ........................................................................... 47

§5.4.1 概述 .................................................................................................... 47

§5.4.2 施工阶段影响的原因 ........................................................................ 47

§5.5 超高层建筑施工技术风险研究 ................................................................... 51

§5.5.1 研究内容 ............................................................................................ 51

§5.5.2 计算假定 ............................................................................................ 52

§5.5.3 计算参数 ............................................................................................ 52

§5.5.4 不同分析方法的结构竖向变形研究 ................................................ 55

§5.5.5 不同施工速率下，结构竖向变形研究 ............................................ 56

§5.5.6 施工速率 5天/层情况下，结构竖向变形研究 ................................58

-III -

§5.6 竖向变形调整方法 ........................................................................................ 63

§5.6.1 施工平差 ............................................................................................ 63

§5.6.2 施工预抛高 ........................................................................................ 63

§5.7 超高层建筑施工过程风险管理过程 ........................................................... 64

§5.8 本章小结 ........................................................................................................ 65

第六章结论与展望 .......................................................................................................67

§6.1 结论 ............................................................................................................... 67

§6.2 展望 ............................................................................................................... 68

参考文献 .........................................................................................................................69

在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果 .............................................72

致谢 ......................................................................................................................73

第一章绪论

-1-

第一章绪论

§1.1 研究背景

工程项目，特别是大中型工程项目，是一项极其复杂的系统工程，其实施过

程充满风险。一个工程项目的实施可分为若干阶段，而每一阶段又有许多子过程

组成。这些子过程的实现一般有规定的程序、工作规程、检查或验收标准等。对

这类常规性的工作，是程序化和结构化的管理问题，管理工作的复杂性并不大。

但在工程项目实施中，不可避免地会受到不确定因素的影响，即：存在不确定性

和风险性的问题，其管理相当复杂。产生这方面的原因在于信息的不完整或信息

的相对滞后，对它们的识别及性质把握相当困难；另一方面由于对工程中出现的

技术难题处理的工具、方法或手段常常是过去工程中没有碰到过的，因此，可以

毫不夸张地说，工程项目管理中其中一项重要的任务就是对项目实施过程中可能

碰到的技术问题而导致的风险进行分析和管理。

目前，我国建设工程重大安全事故起数和死亡人数一直较高，仅次于交通及

矿山行业。建设工程施工安全作为公共安全的一个重要组成部分，成为公众关注

的热点之一。2003 年上海轨道交通 4号线（浦东南路至南浦大桥)区间隧道浦西联

络通道施工过程中由于按“冻结法”施工时，冷冻设备发生故障，致使土体冷冻

未达标准，旁通道开挖过程中发生渗水，形成管涌流砂，最后引发大规模地面沉

降，导致隧道结构损坏、房屋倾斜和黄浦江防汛墙断裂等灾害性现象；2007 年发

生在湖南湘西土家族苗族自治州凤凰县境内凤大公路堤溪段沱江大桥在施工建设

过程中突然垮塌，造成重大人员伤亡；2008 年11 月15 日，杭州风情大道地铁一

号线施工工地发生坍塌，事故引起路面塌陷，周边河水倒灌入施工基坑，造成 17

人死亡，经济损失巨大，社会影响恶劣（见图 1-1）。此类事故的发生，除了设计

上的原因之外，更多的是因为结构在施工过程中是一个变结构、变荷载，甚至材

料性质随施工进程不断变化的时变体系，施工过程中的力学问题未能引起工程技

术人员的足够重视，对关键工序的风险情况缺乏周密考虑，从而导致重大施工事

故发生。

总体看，我国建设工程安全生产管理和事故预防工作大部分属于“经验控制

型”和“过程控制型”，重经验，重事后处理，尚未形成较为完整的事故防范体系，

不能事先有效的抑制事故苗头。因此，研究复杂结构施工过程中的力学问题，为

复杂结构施工力学分析与风险控制

-2-

关键工序施工方案的制定提供比较准确的定量指标依据，使工程项目管理手段由

“经验型，粗放型”向“计算型，精细型”转变显得十分迫切和必要。

（a）湖南凤凰桥倒塌现场（b）杭州地铁事故现场

（c）地面沉降导致黄浦江防汛墙断裂（d）地面沉降导致房屋倾斜

图1-1 施工事故现场图片

随着我国经济实力和计算手段的不断进步，建筑外形越来越来新颖，结构体

系越来越复杂,近几年涌现出了越来越多的大型复杂钢结构建筑,例如 CCTV 新台址

主楼和国家体育场“鸟巢”（见图 1-2）。这些复杂结构项目在施工过程中表现出了

诸多力学问题,诸如：

1) 大型复杂钢结构施工全过程模拟分析；

2) 考虑施工过程结

构变形影响的加工与安装变形预调值计算；3) 柔性结构成型技术、成型过程分析；

4) 大跨度刚性结构找形分析；5) 结构安装过程锁定内力分析及施工方案优化；6)

结构安装过程中温度变化影响(内力及变形)及合拢分析；7) 大跨钢结构屋盖拆撑

分析方法及拆撑方案优化研究(国家体育场,国家大剧院,大跨度体育馆等)；8) 预应

力钢结构施工张拉全过程模拟分析及张拉方案优化研究；9) 吊装结构稳定性与滑

轮体系力学问题及方法研究；10) 施工技术创新及关键技术研究(整体提升施工技

术、整体顶升施工技术、整体滑移施工技术及其它特殊结构施工技术等,如大直径

观光轮施工技术及分析)；11) 复杂钢结构构件及节点焊接工艺研究及残余应力影

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摘要随着我国经济实力和计算手段的不断进步，建筑外形越来越新颖，结构形式越来越不规则，这些结构在施工过程中体现出诸多力学问题，其实施是一个充满风险的过程，给保障施工安全带来不确定因素。常规风险管理方法对风险事件进行识别、评价、处置时，主要基于定性分析与经验判断。凭借经验施工带有一定的盲目性，甚至会在施工过程中出现风险状况，危及结构安全。本文系统总结归纳了风险管理技术，介绍了工程风险管理的思想、步骤、特点和目标，阐述了工程施工风险管理中风险识别、风险评价和风险处置三个控制环节的方法和手段。通过研究施工过程常规风险管理模式，发现仅依靠健全管理制度、凭借工程经验采用定性分析手段已无法满足复杂结构施工的...

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