【正文】 段2 （d）竣工狀態(tài) 逐步建模技術(shù)模擬施工過程逐階段建模法是依照擬定的施工方案，根據(jù)工程劃分好n個施工階段。它的基本原理：按照擬定施工順序，確立結(jié)構(gòu)的施工階段，把結(jié)構(gòu)分成n個單元塊，按2…n個階段完成。逐步建模技術(shù)中未裝構(gòu)件的單元將不計(jì)入結(jié)構(gòu)模型中，就不會對結(jié)構(gòu)的整體剛度矩陣產(chǎn)生影響，已安裝與未安裝結(jié)構(gòu)相互之間的影響可以徹底消除了，更可以精確控制施工過程中構(gòu)件的安裝位形。（2）逐步建模分析法逐步建模分析法[48]基本思想為，先制定施工方法及順序，接著依照不同的施工階段計(jì)算結(jié)構(gòu)單元的剛度矩陣并施加相應(yīng)階段的荷載。需附加約束條件才可完全保證構(gòu)件“激活”時處于預(yù)定的位形上。首先依據(jù)設(shè)計(jì)狀態(tài)建立結(jié)構(gòu)的整體模型，然后根據(jù)施工順序控制單元的“生”或“死”來對施工過程進(jìn)行模擬，同時該方法可以非常方便地體現(xiàn)細(xì)微變化對結(jié)構(gòu)的影響。這種應(yīng)變稱之為“漂移”作用，它會對結(jié)構(gòu)下一階段的有限元模型產(chǎn)生影響。一個單元被“激活”的含義，也并非是在模型中直接增添新的單元，而是重新激活單元列表上存在的但在前面階段被“殺死”的單元，即解除其單元“生死”系數(shù)K以達(dá)到恢復(fù)其剛度、質(zhì)量特性的目的。（a）設(shè)計(jì)狀態(tài) （b）施工階段1 （c）施工階段2 （d）竣工狀態(tài)一個單元被“殺死”并非指簡單地從模型中將該單元刪除，而是將其剛度矩陣乘以一個數(shù)值K（106），可稱該數(shù)值K為單元“生死”系數(shù)。隨著施工的不斷進(jìn)行，再“激活”施工階段2的單元并計(jì)算對應(yīng)的結(jié)構(gòu)荷載。首先依照結(jié)構(gòu)的竣工形態(tài)構(gòu)建有限元分析模型，接著 “殺死”全部單元使結(jié)構(gòu)回歸到施工的最初狀態(tài)。其中，“死單元”是指在當(dāng)前階段尚未安裝或?qū)χ黧w結(jié)構(gòu)受力無影響的構(gòu)件，“活單元”是指已經(jīng)在當(dāng)前階段安裝完畢的構(gòu)件。（1）生死單元法結(jié)構(gòu)的施工可以看作是一個將未裝的結(jié)構(gòu)構(gòu)件不斷加入到已裝結(jié)構(gòu)體系中的過程，每個新加入的構(gòu)件會打破原有的結(jié)構(gòu)受力平衡狀態(tài)，導(dǎo)致已有結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)發(fā)生變化，這個過程可以用生死單元法來模擬。而對于結(jié)構(gòu)施工階段結(jié)構(gòu)應(yīng)力的研究，要采取新的技術(shù)方法。直至施工徹底完成之前，結(jié)構(gòu)在每個施工階段都是作為一個臨時體系而存在。在結(jié)構(gòu)體系竣工之前，結(jié)構(gòu)會暫時處于該施工階段下的短暫平衡。 主要構(gòu)件的安裝方法序號構(gòu)件種類吊裝方法優(yōu)點(diǎn)1大跨梁設(shè)置臨時支撐，分段吊裝 充分利用起重機(jī)的 性能，安全可靠2斜柱地面拼裝，整體吊裝 地面拼裝，精確度較 高，保障斜柱質(zhì)量3其它散件 直接吊裝到位；跨 外吊裝，雙機(jī)抬吊 充分利用各種起重機(jī)，吊裝效率高 有限元模型建立 施工過程仿真分析方法伴隨其施工過程的不斷推進(jìn)，結(jié)構(gòu)形態(tài)從無到有、從局部到整體。在大跨梁、斜鋼柱及其它散件安裝過程中，合理調(diào)度起重設(shè)備進(jìn)行施工作業(yè)。每安裝完一根鋼柱，立即校正焊接，以避免產(chǎn)生變形。由于鋼柱的成型狀態(tài)有一定的傾斜角度，因此鋼柱的吊點(diǎn)也區(qū)別于普通鋼柱。兩節(jié)鋼柱放置好后，在每個鋼柱兩側(cè)的馬凳上各焊接一個三角形鐵板，固定鋼柱的位置，防止鋼柱滾落。鋼柱的對接：將馬凳沿一條直線擺放，馬凳位置固定后先進(jìn)行一次標(biāo)高的測量，確保所有馬凳頂部的標(biāo)高保持一致。長度大于6米的鋼柱下墊3處馬凳，長度小于6米的鋼柱下墊2處馬凳。①鋼柱的拼裝由于現(xiàn)場場地限制，現(xiàn)場使用馬凳作為臨時拼裝平臺。 （a）攬風(fēng)繩加固 （b）腳手架加固 （c）槽鋼加固 懸挑區(qū)域斜鋼柱的安裝（1）斜鋼柱的安裝施工階段，懸挑區(qū)域7根斜柱子的安裝較為復(fù)雜。第二道措施采用腳手架加固，連接點(diǎn)由四根1m腳手管搭制，再用八根6m腳手管與地面連接，形成一個穩(wěn)固的支撐系統(tǒng)。（2）斜柱支撐加固方法為了提高施工過程中的安全性，對臨時支撐采用三重加固措施。其中3個支撐點(diǎn)位于L04層（1116號點(diǎn)），2個支撐點(diǎn)位于L05層（118號點(diǎn)），剩余13個支撐點(diǎn)均位于L03層頂以下。 大跨梁下支撐位置A1地塊懸挑區(qū)上部按電影院設(shè)計(jì)，為滿足其建筑功能及造型的需要，需要在大跨梁上起柱。臨時支撐的拆除是一個結(jié)構(gòu)內(nèi)力重分布，由施工階段向設(shè)計(jì)狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過程。通過設(shè)置監(jiān)測點(diǎn)對整個安裝過程進(jìn)行跟蹤測量（包括位移及內(nèi)力）；針對臨時支撐卸除過程，根據(jù)計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果，按照“先卸受力最大的支撐點(diǎn)”的原則進(jìn)行，合理選擇卸除時機(jī)，并對整個卸除過程進(jìn)行監(jiān)測；采用變形預(yù)調(diào)的方法控制鋼梁撓度。但臨時支撐的拆除是一個結(jié)構(gòu)內(nèi)力重分布的過程，施工中應(yīng)采取必要的方法、手段以保證臨時支撐卸除階段結(jié)構(gòu)整體的安全性。較重鋼柱同樣采用分段運(yùn)輸至現(xiàn)場拼接后整體吊裝，斜柱接口處設(shè)置圓管標(biāo)準(zhǔn)節(jié)支撐。既可以減低高空拼接的難度，又可以保證安裝精度。此部分區(qū)域的鋼柱、鋼梁撓度控制要求高。 工程施工方案中的關(guān)鍵技術(shù)懸挑區(qū)域的鋼柱最重達(dá)44t，超重鋼柱運(yùn)輸?shù)跹b困難。第七，根據(jù)結(jié)構(gòu)狀態(tài)監(jiān)測結(jié)果了解實(shí)際狀態(tài)與階段控制目標(biāo)的差異，進(jìn)而修正施工流程、施工方法和計(jì)算模型。第五，施工過程中對結(jié)構(gòu)狀態(tài)（幾何形態(tài)、內(nèi)力等）進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，并按照不同階段的控制目標(biāo)進(jìn)行對比。第三，運(yùn)用現(xiàn)代結(jié)構(gòu)分析手段，對結(jié)構(gòu)體系的施工全過程進(jìn)行分析，全面了解結(jié)構(gòu)施工過程中幾何（線形）、應(yīng)力、穩(wěn)定性和安全性的演化規(guī)律?？傮w控制目標(biāo)是保證建筑功能正常發(fā)揮。需要設(shè)定合理的技術(shù)方法以保證工程的安全、合格。 北辰三角洲A1地塊懸挑區(qū)域圖，北辰三角洲A1地塊的商業(yè)區(qū)一層到四層設(shè)有“V”造型鋼柱，上部鋼結(jié)構(gòu)靠“V”造型柱進(jìn)行支撐，形成部分懸挑結(jié)構(gòu)。其中商業(yè)部分區(qū)段為6層，局部9層。 工程概況北辰三角洲位于湖南省長沙市開福區(qū)，西臨湘江，北依瀏陽河，東靠芙蓉北路，南抵319國道城區(qū)段。找到實(shí)測值與仿真分析理論值之間的偏差，分析產(chǎn)生偏差的原因。其余支撐在主體結(jié)構(gòu)全部完工并形成穩(wěn)定體系后，開始卸除。商業(yè)懸挑區(qū)域共采用18個臨時支撐，其中3個支撐位于L04層，2個支撐位于L05層，剩余13個支撐均位于L03層頂以下。每一個施工步驟結(jié)束后，用有限元軟件分析計(jì)算結(jié)構(gòu)的位移、支撐點(diǎn)應(yīng)力比。（3）施工過程仿真分析基于有限元軟件MIDAS/Gen，對懸挑區(qū)鋼結(jié)構(gòu)施工過程進(jìn)行仿真分析。監(jiān)測點(diǎn)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。（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(jì)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(diǎn)，每個監(jiān)測點(diǎn)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(diǎn)，每個監(jiān)測點(diǎn)對稱布置4支應(yīng)變儀，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)測。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(shí)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(diǎn)和適用范圍進(jìn)行歸納。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)。施工過程中結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)與設(shè)計(jì)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?，F(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(jì)標(biāo)高，最后補(bǔ)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。 深圳信息學(xué)院游泳館屋蓋梁實(shí)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。比起其它安裝方法，整體安裝法具有以下優(yōu)點(diǎn)：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(shí)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。 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(yùn)送至目標(biāo)位置進(jìn)行安裝的施工方法。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?；葡虏康氖┕て脚_可同時進(jìn)行其它結(jié)構(gòu)的施工，從而實(shí)現(xiàn)空間范圍內(nèi)的平行施工，可以大幅度節(jié)約工期。 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(jì)位置拼裝成整體的方法。首先需驗(yàn)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。其主要特點(diǎn): 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。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。 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(qiáng)度卸載及拆除方法。缺點(diǎn)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。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。該方法又可以分為全支架法和懸挑法。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。在工程實(shí)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(diǎn)。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(shí)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(jì)要求。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(jì)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(shí)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(yùn)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(shí)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(xiàng)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(yùn)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(yùn)”的主旨，也保證了整個奧運(yùn)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。李愛群和丁幼亮[27]采用小波分析等實(shí)現(xiàn)了潤揚(yáng)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》。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(yùn)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]。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。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(jì)結(jié)果進(jìn)行比對分析，可以實(shí)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)。在此套系統(tǒng)中，可以快速比對分析施工過程中設(shè)計(jì)預(yù)期值與實(shí)測參數(shù)。為了了解施工過程中結(jié)構(gòu)實(shí)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。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。本文將以此開展研究，分析此類工程的應(yīng)力及變形特點(diǎn)，可以為工程實(shí)踐提供良好的借鑒。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(shí)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(shí)用性、可行性進(jìn)行了驗(yàn)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)。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(diǎn)，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。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。國內(nèi)的學(xué)者結(jié)合大型工程項(xiàng)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。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)。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。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。它是復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)施工領(lǐng)域最為前沿的研究熱點(diǎn)，也是鋼結(jié)構(gòu)施工體系將來要著重發(fā)展的方向。 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。通過計(jì)算機(jī)仿真分析及實(shí)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(diǎn)、難點(diǎn)項(xiàng)目施工項(xiàng)目的建設(shè)；保障了人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。我國的大型復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)正興起一波新的發(fā)展熱潮。從中可知結(jié)構(gòu)在施工階段到使用階段直到老化階段的全過程中，工程施工階段因結(jié)構(gòu)具有不完整性、施工荷載的復(fù)雜性、物理特性的時變性、偶然突發(fā)事件多等一系列特點(diǎn)，使得結(jié)構(gòu)在這個階段的具有很高的風(fēng)險(xiǎn)率。而土木工程施工作