【正文】 tion analysis methods and construction monitoring for the structure are of great significance during the construction process, which provide references for construction simulation analysis of similar cantilevered steel works. Key Words：Complex steel structure。當今社會，鋼結(jié)構(gòu)建筑的多少，往往可以標志著一個國家或者地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展水平。 建筑結(jié)構(gòu)生命周期圖鋼結(jié)構(gòu)能夠依照設計要求順利地建造完成，并正常投入使用就具有十分重要的意義。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。范重等人[18]基于生死單元技術，對 “鳥巢”施工階段的臨時支撐體系的反力進行了計算，并估算了臨時支撐卸載階段鋼結(jié)構(gòu)的變形量。 復雜鋼結(jié)構(gòu)施工監(jiān)測研究現(xiàn)狀由于復雜鋼結(jié)構(gòu)體系龐大復雜，多樣化的結(jié)構(gòu)施工方式、復雜的結(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。在1995年，美國政府更是在90座大壩上安置了監(jiān)測設備，取得了良好的經(jīng)濟及社會效益?？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)測技術及方法。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)件運送至高空進行總拼的情況，從而起到了節(jié)省支架的目的。 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，使用起重設備按照順序依次吊裝至設計位置進行總體拼裝，從而完成結(jié)構(gòu)整體的安裝方法。由于構(gòu)件通過滑軌緩慢地運送至安裝位置，不需要大型起重機或牽引設備就可以實現(xiàn)，有利于控制施工成本。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。在施工現(xiàn)場實習期間，依據(jù)施工現(xiàn)場的人、料、機配置情況，對商業(yè)區(qū)斜鋼柱安裝選擇制定合理的施工方法。期間對懸挑區(qū)域臨時支撐卸除進行模擬仿真。北辰三角洲的西北區(qū)（命名A1地塊）包括酒店、商業(yè)、寫字樓等綜合公共建筑共計32萬m2。其次，根據(jù)結(jié)構(gòu)特點和施工方案確定結(jié)構(gòu)施工過程的不同階段，不同施工階段的劃分必須保證結(jié)構(gòu)施工過程的分析進度，然后適當控制階段數(shù)量，減少結(jié)構(gòu)施工工程分析的工作量。懸挑區(qū)域同時存在部分超重鋼梁截面尺寸大，安裝困難。采用計算機仿真分析整個懸挑區(qū)的安裝過程，包括位移分析、支撐及卸除過程分析。大跨梁下支撐點1113號點在L04安裝完后即可拆除，剩余支撐待懸挑區(qū)域鋼結(jié)構(gòu)全部完工，并形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)體系后開始卸除。所用馬凳現(xiàn)場用槽鋼直接制作。需要對吊點進行合理的設計，在吊裝之前應根據(jù)斜柱子的角度，計算出最合適的吊點，以方便現(xiàn)場的安裝。當結(jié)構(gòu)進入下一個施工階段時，新加入的構(gòu)件或荷載會使結(jié)構(gòu)處于一個不同的平衡狀態(tài)。生死單元法可以理解為通過修改單元的剛度矩陣來模擬施工過程中構(gòu)件的安拆。整個施工過程中，雖然“死”單元的物理、力學特性為零，但它仍會跟隨“活”單元發(fā)生應變。這樣依照施工順序一邊建立模型一邊求解結(jié)構(gòu)的應力應變，可以有效地模擬仿真施工全過程。 有限元模型建立要點北辰三角洲A1地塊懸挑區(qū)結(jié)構(gòu)的不同的施工階段受力明確，需要對每個施工階段完成后的結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)進行分析。③根據(jù)工程的施工順序，定義出結(jié)構(gòu)體系的施工階段。A1地塊有限元分析中，對臨時支撐、應力監(jiān)測點、位移監(jiān)測點進行了劃分，最終達到方便MIDAS/Gen分析操作的目的。 不同施工階段的有限元模型采用MIDAS/Gen對安裝過程進行模擬，并建立每個階段的結(jié)構(gòu)模型。鋼結(jié)構(gòu)在施工階段，主要承受豎向荷載，豎向變形最大。懸挑區(qū)域21個仿真監(jiān)測節(jié)點不同施工階段具體的位移值。通過有限元模擬分析，及時了解各構(gòu)件的內(nèi)力和位移變化情況，保證構(gòu)件安裝完成后應力和位移符合施工規(guī)范、滿足設計要求。為最不利支撐，將最先卸除。繼續(xù)卸除4號支撐，4號支撐卸除完畢后，在施工階段荷載組合作用下，剩余支撐的應力比。繼續(xù)卸除2號支撐，2號支撐卸除完畢后，在施工階段荷載組合作用下，剩余支撐的應力比。剩余支撐的應力比均較小。為使結(jié)構(gòu)位形在施工完成后能夠滿足預期要求，施工階段必須對各構(gòu)件的加工和安裝位形進行控制。 （a）設計位形 （b）安裝位形1 （c）安裝位形2 （d）成型位形 豎向規(guī)則結(jié)構(gòu)安裝變形預調(diào)示意圖對于傾斜結(jié)構(gòu)，則與豎向規(guī)則結(jié)構(gòu)不盡相同。鋼柱：L03Z1，L03Z2，鋼梁：L03L1，L03L2，L03L3，L03L4，L03L5。同時竣工時，結(jié)構(gòu)的位形滿足預期目標；良好控制竣工時懸臂底部的撓度，即懸臂底部在結(jié)構(gòu)自重及其它相關荷載的作用下呈水平或稍微上翹的形態(tài)；施工階段建筑的各類輔助設備可以安裝就位并投入使用；施工完成后，各結(jié)構(gòu)樓面能夠保持水平狀態(tài)。將采用MIDAS/Gen對結(jié)構(gòu)臨時支撐的卸除環(huán)節(jié)進行了進一步的分析，再按照“優(yōu)先卸除最不利支撐”的原則依次進行卸除。根據(jù)現(xiàn)場施工安全性的需要，在懸挑區(qū)和大跨梁下設置臨時支撐，并且支撐卸除時必須對關鍵點構(gòu)件進行應力、位移監(jiān)測，確保結(jié)構(gòu)安全施工。 振弦式應變儀結(jié)構(gòu)示意圖BGK－4000振弦式應變計常用于監(jiān)測構(gòu)件表面的應變。即可以通過測量儀器中鋼弦的頻率變化，進而了解待測構(gòu)件的應力變化。監(jiān)測點手架 （a）平面布置圖 （b）仿真模型布置 L00層應力監(jiān)測點（共計6個點）②根據(jù)結(jié)構(gòu)的特性，在L02層商業(yè)結(jié)構(gòu)斜柱頂端布置振弦式應變傳感器。在測量中，應重點考慮溫差、日照對結(jié)構(gòu)變形的影響。每次監(jiān)測結(jié)束后，分析監(jiān)測數(shù)據(jù)、監(jiān)測結(jié)果和已有成果，得出的變形規(guī)律及發(fā)展變化趨勢等信息。 （a） L00層斜鋼柱柱腳編號 （b）L01層斜鋼柱柱頂編號按照不同的施工階段，采用振弦式應變儀對8處應力監(jiān)測點進行施工監(jiān)測，所得實測值與有限元理論模擬值如下表所示。隨施工進度確定頻次，擬一周監(jiān)測一次，當變形趨勢明顯異?；蚪咏畲笤试S變量時增加變形監(jiān)測的頻次，每三天監(jiān)測一次。所以，盡量安排在早晨8:00以前或下午6:00以后進行測量，以更準確的獲取結(jié)構(gòu)的應力變化?，F(xiàn)場實際施工時，重點監(jiān)測結(jié)構(gòu)應力較大的施工階段，即從其結(jié)構(gòu)的L03層頂鋼結(jié)構(gòu)安裝完成時開始，直到L08層鋼結(jié)構(gòu)安裝就位并焊接完成，臨時支撐全部卸除。（3）應力監(jiān)測點布置方案 應力監(jiān)測的主要選取位置是柱頂、柱端、大跨梁、懸挑梁[58,59]，這些位置應力最為集中，有一定的代表性，通過對這些位置的應力監(jiān)測可以了解到結(jié)構(gòu)體系整體的變化，從而保證結(jié)構(gòu)體系在施工階段的安全性。 （2）應力監(jiān)測原理儀器的鋼弦在出廠時存在著初始應力，對應著初始頻率。振弦式應變計與待測鋼構(gòu)件的熱膨脹系數(shù)相同，所以很少需要溫度校正。而施工監(jiān)測是復雜空間鋼結(jié)構(gòu)施工控制的重要保障措施，實時監(jiān)測結(jié)構(gòu)的狀態(tài)參數(shù)，保證結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量。其次，詳細介紹了單元生死法及逐步建模分析法的基本原理及特點。 L03層頂部分構(gòu)件安裝坐標計算名稱設計坐標(mm)預調(diào)值(mm)安裝坐標(mm)編號XYZΔXΔYΔZX1Y1Z1L03Z1216 890147 18635 500216 147 35 L03Z2234 090147 18635 500234 147 35 L03L1216 890153 56235 500216 153 35 L03L2225 490155 78635 500225 155 35 L03L3234 090155 78635 500234 155 35 L03L4242 290147 18635 500242 147 35 L03L5225 490147 18635 500225 147 35 預調(diào)值計算建立在有限元分析的基礎上，從空間X、Y、Z三個方向進行預調(diào)。現(xiàn)依據(jù)MIDAS/Gen有限元分析結(jié)果，得到結(jié)構(gòu)在自重下作用的位移值。也就是說，為了使結(jié)構(gòu)竣工狀態(tài)的位形能夠與目標位形保持一致，需要在施工階段采取特定的措施來控制，而最常用的控制方法就是對結(jié)構(gòu)的施工設置變形預調(diào)值。懸挑區(qū)域共布置18處臨時支撐，其卸除順序為：在LO4層安裝完畢后，依次卸除1119號支撐。 8號支撐卸除完成后支撐應力圖8號支撐卸除完畢后。繼續(xù)卸除6號支撐，6號支撐卸除完畢后，在施工階段荷載組合作用下，剩余支撐的應力比。 L04層安裝完成后支撐應力比支撐號910111213LO4層安裝完畢13號點卸除完畢/12號點卸除完畢//10號點卸除完畢///11號點卸除完畢////9號點卸除完畢/////在完成913號支撐點的卸除工作后，繼續(xù)安裝結(jié)構(gòu)的上部構(gòu)件，到L08層安裝完成之后，在施工階段荷載組合作用下，繼續(xù)卸除余下所有支撐。北辰三角洲A1地塊懸挑區(qū)域，臨時支撐點數(shù)量較多且分布廣泛，單點支撐應力比較大。 L00層斜鋼柱柱腳布置圖依照不同的施工階段， 選取AAA5三處斜鋼柱柱腳，采用有限元軟件計算其節(jié)點應力比。結(jié)構(gòu)單元在施工階段的變形大小會關系到施工安裝及竣工質(zhì)量，基于有限元軟件MIDAS/Gen，對結(jié)構(gòu)體系的關鍵節(jié)點進行仿真監(jiān)測就有著重要的意義。 施工過程仿真結(jié)果及分析北辰三角洲A1地塊施工過程計算中，通過獨立建模并分析10個施工階段，可以了解結(jié)構(gòu)體系的受力及變形情況。綜上，考慮到施工階段的特殊性，施工仿真模擬分析中對結(jié)構(gòu)的荷載取值與設計規(guī)范是有很大的差距的。⑥在結(jié)構(gòu)分析驗算完成后，合理激活預先設定的結(jié)構(gòu)組，可以方便查看結(jié)構(gòu)構(gòu)件結(jié)果文件，諸如“應力值”、“撓度值”等結(jié)果。軟件基于有限元理論對結(jié)構(gòu)的整體或局部構(gòu)件進行理論分析及設計，可以定性定量分析結(jié)構(gòu)體系的受力及變形狀態(tài)。每個施工階段的有限元方程為：施工第一階段 （） （）施工第二階段 （） （）…… ……施工第n階段 （） （）式中: 為到施工階段時，結(jié)構(gòu)的總剛度矩陣； 為到施工階段時，結(jié)構(gòu)的總位移向量；為到施工階段時，結(jié)構(gòu)的總節(jié)點荷載向量；為到施工階段時，結(jié)構(gòu)桿單元的剛度矩陣；為到施工階段時，結(jié)構(gòu)的幾何矩陣；為到施工階段時，結(jié)構(gòu)的內(nèi)力向量。但對于大型復雜的結(jié)構(gòu)類型，采用生死單元技術進行仿真模擬結(jié)構(gòu)的施工全過程會存在一定的問題。如此反復操作直至結(jié)構(gòu)達到竣工狀態(tài)，可實現(xiàn)分析施工全過程變目的。目前常用是有限元仿真分析法，主要包括生死單元法和逐步建模分析法。可以采用履帶吊跨外吊裝，履帶吊雙機抬吊等措施。標高固定后，將兩節(jié)對接的鋼柱分別放置在馬凳上。第三道措施用[10的槽鋼將支撐與鋼柱進行連接，拉條高度設置在支撐高度的2/3以上?，F(xiàn)對北辰三角洲A1地塊臨時支撐的布置進行介紹：（1）臨時支撐布置位置 斜柱支撐位置示意圖，斜柱支撐布置于斜鋼柱接口處，共布置7處支撐，方便斜鋼柱的對接安裝，增加施工過程中的安全性。在進行大跨梁安裝時，應合理布置臨時支撐點，以保證整個施工過程的安全。第六，根據(jù)階段控制目標，通過預變形，預起拱等技術對施工過程中結(jié)構(gòu)幾何形態(tài)、內(nèi)力與穩(wěn)定等進行控制。懸挑區(qū)域結(jié)構(gòu)形式復雜、施工面積大、工程整體工作量大、單體構(gòu)件較重、空間定位困難，施工難度很大。（4）理論模擬值與實測值對比分析工程采用振弦式應變儀對指定監(jiān)測點的應力進行實時監(jiān)測，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果與有限元分析結(jié)果進行分析比對。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)。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。常采用的方法包括：整體吊裝法、整體提升法、整體頂升法。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。在北京奧運會主場館“鳥巢”即采用散裝法施工。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系到工程的施工安全性、進度、竣工質(zhì)量及經(jīng)濟成本。歐進萍院士等人針對渤海的海洋平臺研究開發(fā)了安