【正文】 的施工監(jiān)測方案；定量分析結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力變化。通過計算機(jī)仿真分析及實時監(jiān)測，更能夠及時了解施工過程中結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，提高工程施工階段操作的安全性；保障施工方法的經(jīng)濟(jì)合理；節(jié)約我國的人力資源、物力資源，做到了資源的合理配置；保障了我國重點、難點項目施工項目的建設(shè)；保障了人民的生命財產(chǎn)安全。更將我國復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)施工階段的研究引入了良性發(fā)展的快車道[7]。 復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)施工仿真研究現(xiàn)狀復(fù)雜大型鋼結(jié)構(gòu)建筑越來越多，這推動著結(jié)構(gòu)施工方法的不斷進(jìn)步。伴隨著計算機(jī)的廣泛應(yīng)用、有限元分析理論的不斷完善，施工模擬仿真分析應(yīng)運而生。它是復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)施工領(lǐng)域最為前沿的研究熱點，也是鋼結(jié)構(gòu)施工體系將來要著重發(fā)展的方向。在過去，國內(nèi)外一些院校和研究部門也做出了一些有效的探索工作：國外的研究開展于1982年，劉西拉、WaiFa [8~11]，利用有限元方法分析了施工荷載在彈性支撐桿件條件下的傳遞情況，并重點考慮了支撐和混凝土樓板因為混凝土的硬化作用而造成的剛度變化。他們建立了一套較為完整的施工模擬方法，在當(dāng)時產(chǎn)生了較大的影響，并為施工人員帶來了極大便利。國內(nèi)的研究開展于1996年，李耀良基于虛擬施工平臺，以鋼結(jié)構(gòu)施工為對象構(gòu)建了虛擬建造理論體系[12]，并在上海正大商業(yè)廣場項目及廣州體育館等項目的鋼結(jié)構(gòu)施工中得到運用，順利解決了諸如構(gòu)件節(jié)點多、安裝空間狹窄等問題，為該研究領(lǐng)域作了非常有成效的探索。2004年，張宏勝則是對具體的鋼結(jié)構(gòu)工程進(jìn)行有限元仿真分析[13]，通過分析施工階段中構(gòu)件及結(jié)構(gòu)體系的力學(xué)性能，達(dá)到控制結(jié)構(gòu)的安裝誤差、優(yōu)化施工過程的目的。之后國內(nèi)的一些學(xué)者分別針對不同的結(jié)構(gòu)類型展開了研究，2007年，張慎偉、張其林等人針對北京奧運會主場館的雙向張弦網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，分別進(jìn)行了施工過程的仿真分析計算和施工過程監(jiān)測[14]，結(jié)果顯示該分析軟件和技術(shù)方法可以有效的對大型復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真分析。杜楊等人針對大跨斜拉結(jié)構(gòu)[15]、蔣順武等人針對巨型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)[16]、謝國昂[17]等人針對“水立方”的多面體空間剛架結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行仿真分析的研究，均取得了良好的結(jié)果與效應(yīng)。他們的這些有益的探索，表明了有限元仿真分析在不同結(jié)構(gòu)類型的復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)工程施工中的普遍應(yīng)用性。國內(nèi)的學(xué)者結(jié)合大型工程項目，對選取合理的技術(shù)方法對結(jié)構(gòu)的施工階段進(jìn)行仿真分析進(jìn)行研究。范重等人[18]基于生死單元技術(shù)，對 “鳥巢”施工階段的臨時支撐體系的反力進(jìn)行了計算，并估算了臨時支撐卸載階段鋼結(jié)構(gòu)的變形量。通過研究不同施工順序?qū)Y(jié)構(gòu)的影響，指出施工順序的不同將對竣工后的內(nèi)力與變形有顯著的影響。趙長軍、范重等人以蘇州火車站鋼結(jié)構(gòu)施工過程為實例[19，20]，基于SAP2000對屋蓋結(jié)構(gòu)分期施工和桁架分片滑移施工進(jìn)行了仿真分析，而且進(jìn)一步分析了結(jié)構(gòu)的分步卸載施工。劉為俊、任志剛[21]等人以黃石體育館工程為背景，詳細(xì)介紹了有限元模型的建立要點，并基于MIDAS/Gen軟件，采用狀態(tài)變量疊加法對其鋼屋蓋的施工全過程進(jìn)行了仿真分析。田黎敏、郝際平[22]等人以深圳世界大學(xué)生運動會主體育場工程為例，采用MIDAS根據(jù)實際施工情況對結(jié)構(gòu)進(jìn)行全過程模擬分析，確定了實際施工順并驗證了施工方法的正確性。通過分析不同的施工階段，針對各個施工階段有限元模擬分析的理論值與施工監(jiān)測的實測值進(jìn)行比對，找到其變化規(guī)律，可以對施工全過程仿真分析的實用性、可行性進(jìn)行了驗證，為制定復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)的施工方案提供了可靠的參考依據(jù)。國內(nèi)外眾多學(xué)者的研究范圍中，針對懸挑區(qū)的結(jié)構(gòu)仿真分析及施工監(jiān)測的研究尚不多見。本文將以此開展研究，分析此類工程的應(yīng)力及變形特點，可以為工程實踐提供良好的借鑒。 復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)施工監(jiān)測研究現(xiàn)狀由于復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)體系龐大復(fù)雜，多樣化的結(jié)構(gòu)施工方式、復(fù)雜的結(jié)構(gòu)施工工藝都會對施工過程中結(jié)構(gòu)的受力產(chǎn)生影響。與此同時，這些因素它們又是相互聯(lián)系的，也會增大結(jié)構(gòu)施工階段應(yīng)力分析的難度。除此之外，在施工過程中更存在著許多未知的因素，都會造成結(jié)構(gòu)在施工期間的安全性能降低，嚴(yán)重的情況會導(dǎo)致復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)在施工中發(fā)生塌陷、失穩(wěn)破壞等事件。為了了解施工過程中結(jié)構(gòu)實際受力狀態(tài)及變化情況、為了施工全過程結(jié)構(gòu)的安全性得到保證，施工監(jiān)測的研究和應(yīng)用進(jìn)入了一個高速發(fā)展期。上世紀(jì)80年代初，日本在建造Yokohama橋和Chichby橋時，以先進(jìn)的計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)為平臺，研發(fā)了一套自動監(jiān)測系統(tǒng)。在此套系統(tǒng)中，可以快速比對分析施工過程中設(shè)計預(yù)期值與實測參數(shù)。采用此項技術(shù)，可以大幅度提升工程施工進(jìn)度，并提高工程施工過程的安全性和構(gòu)件安裝精度，為施工監(jiān)測技術(shù)提供了良好的借鑒[23]。上世紀(jì)80年代末，美國在數(shù)座橋梁上布置監(jiān)測設(shè)備，通過環(huán)境荷載、局部應(yīng)力狀態(tài)的監(jiān)測結(jié)果，并與設(shè)計結(jié)果進(jìn)行比對分析，可以實時監(jiān)視工程的施工質(zhì)量和評定橋梁使用年限內(nèi)安全狀態(tài)。在1995年，美國政府更是在90座大壩上安置了監(jiān)測設(shè)備，取得了良好的經(jīng)濟(jì)及社會效益。通過借鑒國外的先進(jìn)技術(shù)，自上世紀(jì)90年代初開始，國內(nèi)的一些重要的橋梁上也布置了監(jiān)測系統(tǒng)以監(jiān)測施工及施工階段的安全性能。香港首先在新建成的汲水門等橋上安裝了 “結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)”，通過監(jiān)測外來荷載(如車輛荷載、風(fēng)荷載等)對橋梁受力的影響以確保橋梁在運營階段的安全性能。我國內(nèi)地，主要在長江沿線的幾座重要大橋，如南京長江大橋、江陰長江大橋上面安裝了不同的傳感器，通過監(jiān)測大橋運行過程中的各種情況的反應(yīng)，以保證其使用過程中的安全性[24，25]。歐進(jìn)萍院士等人針對渤海的海洋平臺研究開發(fā)了安全監(jiān)測系統(tǒng)，可以實時監(jiān)測整個海洋平臺的運行情況，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益及社會效益[26]。李愛群和丁幼亮[27]采用小波分析等實現(xiàn)了潤揚大橋的損傷預(yù)警，并且以此技術(shù)為基礎(chǔ)編著了《工程結(jié)構(gòu)損傷預(yù)警理論以及應(yīng)用》。在大型復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測系統(tǒng)中，業(yè)界都還缺少系統(tǒng)的理論體系研究和較大規(guī)模的應(yīng)用實例，目前已應(yīng)用的技術(shù)絕大多數(shù)都是直接監(jiān)測工程中特定構(gòu)件的靜態(tài)工作狀態(tài)。高世峰等[28]在浙江美術(shù)館的施工過程中，采用振弦式應(yīng)變計對施工過程進(jìn)行了應(yīng)力監(jiān)測，并通過傳感設(shè)備獲取施工階段的應(yīng)力應(yīng)變特性；浙江大學(xué)的羅堯治教授等[29]采用了先進(jìn)的光纖光柵技術(shù)實施應(yīng)用于施工過程的監(jiān)測；夏峰林、高博青等[30]采用振弦式傳感器進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)測，在杭州大劇院鋼網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)施工過程中得到了運用；同濟(jì)大學(xué)的張慎偉、張其林等人[14]采用EM型傳感器對中國航海博物館施工階段中鋼索應(yīng)力進(jìn)行了監(jiān)測；東南大學(xué)[31]在南京國際展覽中心鋼屋蓋的鋼拱架（單重達(dá)120T）吊裝過程，采用DH5932動態(tài)應(yīng)變儀進(jìn)行了實時監(jiān)測；彭明祥和張棍等人[32~34]對CCTV主樓的合攏施工階段進(jìn)行了應(yīng)力和應(yīng)變等多項監(jiān)測，確保了其施工的安全性；在廣州國際會議展覽中心 [35]施工中通過利用各類先進(jìn)測量儀器對張弦桁架的施工進(jìn)行了變形監(jiān)測；在北京奧運會主體育場館“鳥巢”的施工過程中，曾志斌和張玉玲等人 [36，37]采用應(yīng)力應(yīng)變和溫度監(jiān)測系統(tǒng)對結(jié)構(gòu)的卸載階段進(jìn)行了全過程監(jiān)測，既體現(xiàn)“科技奧運”的主旨，也保證了整個奧運會階段的監(jiān)測任務(wù)的圓滿完成，在業(yè)界產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響?？傮w來說，施工人員針對施工現(xiàn)場的具體情況，選定出最合適的監(jiān)測技術(shù)及方法。繼而通過技術(shù)方法對施工階段是重要環(huán)節(jié)或重要構(gòu)件進(jìn)行實時監(jiān)測，掌握其動態(tài)變化規(guī)律，進(jìn)而掌握影響施工安全、控制工程質(zhì)量的關(guān)鍵要素在施工過程中的變化規(guī)律，并以此規(guī)律為依據(jù)對下一階段的施工方案進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，以保證工程施工順利完成、竣工形態(tài)滿足設(shè)計要求。 復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)施工方法復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜多變也決定了其施工方法的多樣。在工程實踐中，勞動者及工程師們依靠他們的智慧，因地制宜地創(chuàng)造出眾多的施工方法，不同的施工技術(shù)方法都其對應(yīng)的工程適用領(lǐng)域和技術(shù)特點。因此，對于每個不同的建筑，都會存在著一個不同的結(jié)構(gòu)體系，合理制定施工方法將直接關(guān)系到工程的施工安全性、進(jìn)度、竣工質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)成本。以下將對復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)的部分施工方法的進(jìn)行簡單的說明和介紹。 高空散裝法高空散裝法[38，39] 指的是將建筑結(jié)構(gòu)的散拼構(gòu)件運送至設(shè)計位置，并總拼成一個整體的施工方法。該方法又可以分為全支架法和懸挑法。其中全支架法最為常用，適用于一般的散件拼裝過程；而懸挑法則將部分結(jié)構(gòu)懸挑并將小構(gòu)件運送至高空進(jìn)行總拼的情況，從而起到了節(jié)省支架的目的。相比全支架法，懸挑法可以節(jié)約施工成本，但也要求懸挑部分結(jié)構(gòu)的剛度須滿足一定要求。高空散裝法的優(yōu)點是可以用簡單的起重運輸設(shè)備對構(gòu)件進(jìn)行垂直運輸，如果單個構(gòu)件的質(zhì)量輕，不使用起重設(shè)備亦可完成拼裝，該施工方法適用范圍廣泛、受場地限制少。缺點是施工現(xiàn)場的高空作業(yè)多，工程質(zhì)量不易保障，施工階段更要預(yù)先搭設(shè)拼裝支架，會耗用大量的建筑材料。，在北京奧運會主場館“鳥巢”即采用散裝法施工。 國家體育場結(jié)構(gòu)施工高空散裝法在施工階段，影響結(jié)構(gòu)體系的受力性能包括以下環(huán)節(jié)：①結(jié)構(gòu)安裝順序的確定；②各個結(jié)構(gòu)標(biāo)高的核定；③臨時支架結(jié)構(gòu)的強度卸載及拆除方法。因此，在結(jié)構(gòu)施工之前，需要依據(jù)施工現(xiàn)場的實地條件制定多種施工安裝方案，并對臨時支架結(jié)構(gòu)進(jìn)行強度、穩(wěn)定及變形驗算，使其均能滿足規(guī)范要求。再對各種施工方案進(jìn)行數(shù)值模擬分析，以確定安全可行、快速便捷、經(jīng)濟(jì)環(huán)保且使結(jié)構(gòu)最終的內(nèi)力與變形狀態(tài)最為合理的方案。 分條安裝法分條安裝法[40]是指按照結(jié)構(gòu)的組成特點將其整體劃分成直線型條狀或平面型塊狀單元，使用起重設(shè)備按照順序依次吊裝至設(shè)計位置進(jìn)行總體拼裝，從而完成結(jié)構(gòu)整體的安裝方法。其主要特點: ①大部分拼裝、焊接工作都需要地面進(jìn)行，高空作業(yè)量很少，更加利于控制工程的質(zhì)量；②僅需要少量的拼裝支架，節(jié)約工程成本；③根據(jù)場地已有起重設(shè)備的起重能力決定分條或分塊單元重量，做到了靈活多變，并可有效降低成本。在分條安裝法施工過程中，影響結(jié)構(gòu)體系及施工系統(tǒng)受力性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)包括:①劃分桁架或網(wǎng)架單元；②需要對網(wǎng)架或桁架的撓度進(jìn)行調(diào)整，這要求施工人員在施工中采取預(yù)起拱措施，用來保證施工完成后結(jié)構(gòu)標(biāo)高滿足預(yù)期要求；③嚴(yán)格控制網(wǎng)架尺寸。首先需驗算吊裝單元及起重設(shè)備的起吊能力；根據(jù)施工現(xiàn)場條件建立有限元模型，并依據(jù)施工方案進(jìn)行數(shù)值仿真分析，確定經(jīng)濟(jì)合理、安全性高且使結(jié)構(gòu)最終狀態(tài)下內(nèi)力與變形最為合理的拼裝順序。，福建省漳州市后石電廠圓形煤場網(wǎng)殼工程的施工中就采用該方法。 高空滑移法高空滑移法[41~43]指的是根據(jù)施工方案將滑軌在特定的位置安好，并利用滑軌將結(jié)構(gòu)滑移至預(yù)先設(shè)定的位置，再將結(jié)構(gòu)單元在設(shè)計位置拼裝成整體的方法。高空滑移法的操作大部分是在高空中移動安裝構(gòu)件，且諸多設(shè)備布置于建筑結(jié)構(gòu)的四周，施工階段受建筑物結(jié)構(gòu)內(nèi)部作業(yè)的影響非常小?；葡虏康氖┕て脚_可同時進(jìn)行其它結(jié)構(gòu)的施工，從而實現(xiàn)空間范圍內(nèi)的平行施工，可以大幅度節(jié)約工期。由于構(gòu)件通過滑軌緩慢地運送至安裝位置，不需要大型起重機(jī)或牽引設(shè)備就可以實現(xiàn)，有利于控制施工成本。，在北京奧林匹克籃球館的施工中就采用該方法，設(shè)置了特定的滑移軌道對結(jié)構(gòu)進(jìn)行安裝。在滑移法施工過程中，影響施工過程中結(jié)構(gòu)受力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)包括：①頂錐點數(shù)量和布置位置的確定；②滑移軌道數(shù)量及位置的確定；③滑移過程中會存在著軌道卡住構(gòu)件的情況，這就要求在施工中要緩慢平穩(wěn)地滑移，且每隔一段時間監(jiān)測待裝構(gòu)件與滑軌的相對位置，以保障滑移過程的同步協(xié)調(diào)性；④結(jié)構(gòu)梯形邊界條件的變化。 整體安裝法整體安裝法[44]是指依照結(jié)構(gòu)的最終成型狀態(tài)，將結(jié)構(gòu)在胎架或地面上整體拼裝完成后，再用起重設(shè)備運送至目標(biāo)位置進(jìn)行安裝的施工方法。常采用的方法包括：整體吊裝法、整體提升法、整體頂升法。比起其它安裝方法，整體安裝法具有以下優(yōu)點：①在地面或胎架上整體拼裝完成，減少了高空作業(yè)量，提高安全性能；②可以依照施工現(xiàn)場的實際情況，選取提升設(shè)備，既可以采用拔桿或者起重設(shè)備進(jìn)行吊裝，也可以采用千斤頂進(jìn)行頂升，非常靈活方便；③整體安裝法對臨時支撐需求較少，有利于節(jié)約成本。，深圳信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院游泳館的屋蓋鋼結(jié)構(gòu)施工就是先在地面上將桿件焊接成屋蓋梁，再采用整體吊裝法將其吊裝到設(shè)計位置處進(jìn)行連接安裝。 深圳信息學(xué)院游泳館屋蓋梁實際施工圖 折疊展開安裝法折疊展開安裝法[45]廣泛應(yīng)用于網(wǎng)殼等大跨度鋼結(jié)構(gòu)的施工，其基本方法是將網(wǎng)殼體系中的某些特定桿件拆掉，使結(jié)構(gòu)由原先的靜定體系變成一個可變體系。將網(wǎng)殼在地面上折疊起來，可以盡可能的降低結(jié)構(gòu)安裝的高度。，現(xiàn)場施工人員可以在靠近地面的高度對構(gòu)件進(jìn)行安裝，然后通過起重設(shè)備提升等方法將處于折疊狀態(tài)的網(wǎng)殼沿其豎向自由度提升到設(shè)計標(biāo)高，最后補齊尚未安裝的那部分桿件，使結(jié)構(gòu)形成一個靜定體系并最終成型。 （a）地面安裝，準(zhǔn)備提升（b）提升過程（c）提升就位 折疊展開施工法施工示意圖 本文的主要研究內(nèi)容復(fù)雜空間鋼結(jié)構(gòu)的施工的過程中通常會伴隨著受力特性和結(jié)構(gòu)形態(tài)的變化，各個施工階段的邊界及荷載條件也會發(fā)生轉(zhuǎn)變。施工過程中結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)與設(shè)計狀態(tài)存在著明顯的差異，造成各施工階段的應(yīng)力、位移變化。采用施工過程仿真分析與施工監(jiān)控就具有重要的理論意義和工程實用價值。位于湖南省長沙市的北辰三角洲的西北區(qū)（命名A1地塊）大型商業(yè)綜合體是一個復(fù)雜空間鋼結(jié)構(gòu)。本文針對這部分A1地塊項目懸挑區(qū)域，進(jìn)行施工全過程仿真分析與施工監(jiān)測，有如下的研究內(nèi)容:（1）復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)的安裝方法分析復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)的施工方法很多，對于不同形式、類別的結(jié)構(gòu)，所選用的安裝方法也是不同的。通過查閱有關(guān)復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的書籍，結(jié)合實際工程，對常用的和不常用安裝方法進(jìn)行概括和總結(jié)，并對各個方案的特點和適用范圍進(jìn)行歸納。在施工現(xiàn)場實習(xí)期間，依據(jù)施工現(xiàn)場的人、料、機(jī)配置情況，對商業(yè)區(qū)斜鋼柱安裝選擇制定合理的施工方法。（2）施工過程監(jiān)測對結(jié)構(gòu)的商業(yè)區(qū)懸挑區(qū)的施工過程采取監(jiān)測：懸挑區(qū)域總計布置32支BGK4000振弦式應(yīng)變儀，其中商業(yè)區(qū)L00層結(jié)構(gòu)柱腳設(shè)置6個監(jiān)測點，每個監(jiān)測點對稱布置4支應(yīng)變儀；L01 層商業(yè)區(qū)結(jié)構(gòu)斜柱頂端設(shè)置2個監(jiān)測點，每個監(jiān)測點對稱布置4支應(yīng)變儀，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)測。此外，在A1地塊懸挑區(qū)域施工階段對構(gòu)件撓度進(jìn)行監(jiān)測，工程共擬定4個監(jiān)測基準(zhǔn)點，共計布置21個撓度監(jiān)測點。監(jiān)測點設(shè)置在構(gòu)件變形量大的位置，如在懸挑梁、大跨梁的正面或側(cè)面。在結(jié)構(gòu)施工階段獲取可靠的監(jiān)測結(jié)果，方便判別結(jié)構(gòu)不同施工階段的受力狀態(tài)和性能，為下一階段施工方案的制定提供依據(jù)。（