项目简介
基坑支护（SOE）系统由钢筋混凝土地下连续墙（D-wall）和内部钢支撑系统连接而成。它是一种临时结构，用于建造永久性的地下车站主体，即地铁运行和停靠的空间。本项目的重点是对构成该临时支撑体系的预制钢结构节点进行设计和验算。
钢板构件符合 CAN/CSA G40.20-13 / G40.21-13 的 350W 级要求，钢管支撑符合 ASTM A252M-19 的 3 级要求。采用螺栓连接的节点使用符合 ASTM A490M 的高强度螺栓。钢材部分在本地加工，部分在海外制造，之后运往各施工现场进行组装和安装。Grounded Engineering 是其中两个地点的设计责任工程师（EoR），并负责另一个地点的节点详图设计。
工程挑战
基坑支护系统所承受的侧向土压力采用表观土压力图计算，以确定具有代表性的设计包络。这些包络与以下条件一并用于确定节点在轴力、剪力和弯矩作用下的设计内力：
- 静水压力
- 施工附加荷载
- 冻胀作用和温度效应
- 交通盖板和龙门吊荷载
- 偶然荷载
- 偏心荷载
内部支撑承受很大的轴力，这意味着支撑构件与地下连续墙之间的节点承受着很大的荷载。Grounded Engineering 采用工程力学，并结合 CSA S16、CSA S6、CSA A23.3 以及适用的 AISC 条文完成了初步设计。这些方法可以对节点承载力给出可靠的一阶估算，但就其性质而言，它们会简化节点的实际受力行为。
复杂的几何形状、较大的荷载以及钢与混凝土之间的相互作用，使得若干效应很难通过手算准确把握，包括应力重分布、应力集中、板件柔度、撬力作用、三维荷载传递、节点刚度和局部稳定性。此外，规定的 50 mm 施工偏心还带来了附加弯矩和变形，而这些很难用常规手算方法来体现。
可施工性又增加了一层难度。节点组件体量大且构造复杂，因此必须检查制造公差、安装间隙和潜在的碰撞。而且由于施工期间现场条件不断变化，团队需要一种快速的方式来查看竣工状态的构造，并在情况发生变化时制定切实可行的补救方案。
解决方案与成果
为了完成这些节点的分析，Grounded Engineering 使用 IDEA StatiCa Connection 分析钢结构节点，并将混凝土部分导入 IDEA StatiCa Detail 中处理。在 Connection 中，CBFEM（基于组件的有限元模型）用于分析钢板、焊缝、螺栓以及支撑在地下连续墙中的锚固。随后使用 Detail 对这些力传入墙体的钢筋混凝土区域进行验算。
CBFEM 分析是对传统计算的补充，而非替代。它捕捉到了手算方法只能近似处理的行为，包括三维传力路径、板件变形、撬力、焊缝性能以及钢与钢筋混凝土之间的相互作用。50 mm 施工偏心被直接纳入模型，因此可以明确考察由该偏移引起的次生效应和节点变形。
值得一提的是，分析并没有取代团队的工程判断。它让团队对设计假定更有信心，并指出了单个节点组件可以优化的部分。最终的设计文件体现了这种平衡：115 页手算书由 81 页 IDEA StatiCa 输出结果作为支撑。
三维模型在可施工性方面也提供了帮助。通过三维方式查看完整的节点组件，团队能够在任何构件运抵现场之前发现潜在碰撞并检查安装公差。施工期间出现竣工状态偏差或现场变更时，可以对这些变更快速进行评估，有助于判断是否需要采取补救措施，同时尽量减小对工期的影响。
为便于协调，节点模型被导出为 IFC 和 DWG 格式，以便与项目其他数据一同导入 Revit。这为工程、制图和施工团队提供了每个节点共用的三维参照，错误和不必要的 RFI 往往正是在这个环节被尽早发现。
Grounded Engineering 还指出，软件只是其中的一部分。从最初的启动阶段到持续的技术支持，IDEA StatiCa 团队始终响应迅速并积极参与项目，而基于用户反馈的持续开发也使该软件成为设计过程中得力的合作伙伴。
IDEA StatiCa 已成为该项目节点设计流程中不可或缺的一部分。借助该软件对复杂三维节点进行建模和分析，我们的常规工程计算得到了有力补充，也为设计增添了一层可靠保障；同时，IDEA StatiCa 团队提供的技术支持帮助我们将软件有效应用于该项目中一些最具挑战性的节点设计问题。
Scott Wylie
项目工程师 – 务实的工程理念
加拿大
