【正文】 的施工順序，定義出結(jié)構(gòu)體系的施工階段。⑤根據(jù)結(jié)構(gòu)在施工階段的受力特點，選擇合適的荷載組合，并對結(jié)構(gòu)進行分析。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。為了更加真實地模擬施工階段結(jié)構(gòu)體系的受力及變形情況，除了準確合理地設定結(jié)構(gòu)的節(jié)點、單元和邊界條件，更要重點考慮以下幾個方面:①結(jié)構(gòu)組的劃分：根據(jù)不同類型定義出不同的結(jié)構(gòu)組。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。懸挑區(qū)域的施工時正值秋季，期間晝夜溫度變化不大，溫度應力對結(jié)構(gòu)的作用不大，可不考慮；參閱相關(guān)論文[21]，風荷載對網(wǎng)格鋼框架結(jié)構(gòu)作用力也很小，長沙北辰A1地塊在鋼結(jié)構(gòu)完工后再安裝玻璃幕墻，在鋼結(jié)構(gòu)施工中僅有鋼柱豎向截面、鋼梁截面受風荷載作用，故對施工階段進行分析時，風荷載的作用也可忽略不計；施工階段要考慮已裝構(gòu)件的重量，即考慮其自重；因現(xiàn)場施工中，大部分采用汽車吊或者履帶吊進行跨外吊裝，施工機械對結(jié)構(gòu)影響不大，施工中考慮施工荷載，即可以按照結(jié)構(gòu)自重的15%進行取值。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?，F(xiàn)將北辰三角洲A1地塊懸挑區(qū)域施工過程模擬分析為CS1~CS10，共十個階段：CS1階段：2節(jié)鋼柱對接安裝；CS2階段：其它節(jié)鋼柱對接安裝；CS3階段：L01層構(gòu)件安裝；CS4階段：L02層構(gòu)件安裝；CS5階段：L03層構(gòu)件安裝；CS6階段：L04層構(gòu)件安裝，1119號支撐卸除；CS7階段：L05層構(gòu)件安裝；CS8階段：L06層構(gòu)件安裝；CS9階段：L07層構(gòu)件安裝；CS10階段：L08層構(gòu)件安裝，卸除剩余13個支撐。 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。針對懸挑區(qū)域受力的特殊性，結(jié)構(gòu)的臨時支撐需要卸除，應力復雜；整體上部結(jié)構(gòu)構(gòu)件較多，在每階段安裝完成后，都會對下部構(gòu)件的受力及變形產(chǎn)生較大的影響。 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。LO8層安裝完畢、臨時支撐完全拆除后，在施工階段荷載組合作用下，位于懸挑邊緣的梁上起柱。鋼結(jié)構(gòu)在施工階段，主要承受豎向荷載，豎向變形最大。LO8層結(jié)構(gòu)安裝結(jié)束后，在施工階段荷載組合作用下，位于結(jié)構(gòu)的懸挑邊緣區(qū)域。結(jié)構(gòu)單元在施工階段的變形大小會關(guān)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(guān)鍵節(jié)點進行仿真監(jiān)測就有著重要的意義。具體位置及仿真位移監(jiān)測點編號。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。 （a）L03層 112號仿真監(jiān)測點位移 （b）L02層 1316仿真號監(jiān)測點位移 （c）L01層 1720號仿真監(jiān)測點位移 （d）L00層 21號仿真監(jiān)測點位移、結(jié)構(gòu)位移值在CS5~CS6階段、CS9~CS10階段斜率最大，即位移值在上述階段增長較快，臨時支撐的卸除期間位移變化較快大。 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。其中CS5~CS6階段、CS9S~CS10階段即為結(jié)構(gòu)臨時支撐拆卸階段，數(shù)值增長率最大。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。臨時支撐與主體結(jié)構(gòu)的連接關(guān)系，也在此卸除過程中由約束狀態(tài)逐漸變?yōu)槊撾x狀態(tài)，即主體結(jié)構(gòu)則由支撐狀態(tài)逐漸轉(zhuǎn)為單獨承載狀態(tài)，而臨時支撐由承載狀態(tài)逐漸轉(zhuǎn)為無載狀態(tài)。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。因此，采用合理的有限元模擬分析，對臨時支撐卸除過程十分重要的。為最不利支撐，將最先卸除。 L04層安裝完成后支撐應力圖采取優(yōu)先卸除最不利支撐的方法，所以優(yōu)先卸除13號支撐；13號支撐卸除完畢后，計算剩余支撐應力比，繼續(xù)卸除12號支撐；12號支撐卸除完畢后，繼續(xù)卸除10號支撐；10號支撐卸除完畢后，繼續(xù)卸除11號支撐；11號支撐卸除完畢后，再卸除9號支撐。 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。繼續(xù)卸除3號支撐，3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5號支撐，5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。繼續(xù)卸除7號支撐，7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。 8號支撐卸除完成后支撐應力圖8號支撐卸除完畢后。可以考慮118號支撐同時卸除，118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。卸除完畢后，結(jié)構(gòu)達到最終狀態(tài)。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。整個卸除過程得到了有限元軟件的驗證，是可行的。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。否則，若構(gòu)件在加工階段不進行任何的預處理并直接依照設計位置進行安裝，施工結(jié)束后結(jié)構(gòu)的位形可能會與設計要求存在較大的差距，不滿足建筑美觀性、適用性的要求。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。不同的結(jié)構(gòu)類別、不同的施工順序都會對構(gòu)件的安裝預調(diào)值的產(chǎn)生影響，對于豎直規(guī)則結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件在重力作用下會產(chǎn)生變形，對于大型復雜鋼結(jié)構(gòu)建筑，這類變形效果更加明顯。 （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。相反，傾斜方向外側(cè)柱軸向壓力相對較小，相應的軸向變形比較小。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。以懸挑區(qū)域LO3層頂部分構(gòu)件變形預調(diào)為例進行介紹。鋼柱：L03Z1，L03Z2，鋼梁：L03L1，L03L2，L03L3，L03L4，L03L5。（a）X向變形預調(diào)值（mm）（b）Y向變形預調(diào)值（mm）（c）Z向變形預調(diào)值（mm） LO3層頂部分構(gòu)件有限元變形預調(diào)值構(gòu)件鋼柱：L03Z1，L03Z2，鋼梁：L03L1，L03L2，L03L3，L03L4。 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(chǔ)上，從空間X、Y、Z三個方向進行預調(diào)。鋼柱的預調(diào)通過控制柱頂標高來實現(xiàn)，鋼梁的標高通過控制相連鋼柱的牛腿標高或控制梁頂標高來實現(xiàn)。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(guān)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)。對于施工中的重點難點，設置了一系列的構(gòu)造措施。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。然后，通過MIDAS/Gen計算選定節(jié)點的應力或應變值。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。3 北辰三角洲A1地塊懸挑結(jié)構(gòu)施工監(jiān)測 引言施工過程中影響結(jié)構(gòu)體系達到設計理想狀態(tài)的因素很多，如有限元模型中的節(jié)點、單元、連接方式、材料類型與實際的差異，理想化的模擬仿真施工環(huán)境和現(xiàn)實環(huán)境之間的差異，參差不齊的施工水平、不同的施工方法對結(jié)構(gòu)的影響，施工階段的其它偶然因素的影響等。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。 懸挑結(jié)構(gòu)施工監(jiān)測為了確保結(jié)構(gòu)在施工和使用過程中的安全性能，更為結(jié)構(gòu)的安全評估、壽命評估提供有效的依據(jù)，需要對結(jié)構(gòu)進行施工過程的監(jiān)測。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(guān)鍵點構(gòu)件進行應力、位移監(jiān)測，確保結(jié)構(gòu)安全施工。振弦應變計采用BGK－4000振弦式應變計。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。可以適應在各種不同的環(huán)境下長期監(jiān)測結(jié)構(gòu)構(gòu)件的應變變化。 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。北辰三角洲A1地塊的施工過程中，可以先確定安裝桿的長度后，再清理干凈粘貼表面，然后在鋼結(jié)構(gòu)上粘貼安裝塊，等到張拉之前將安裝桿裝上。 （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。施工操作中，當應變計安裝完畢后時，應變計的保護管會隨待測構(gòu)件的變形而變形，保護管中鋼弦的拉力隨之發(fā)生變化。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。對于通常的項目，可用手持式便攜應變采集系統(tǒng)，便可以測得振弦式應變儀的頻率，不會受場地條件的限制，施工成本低。（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。在施工中，現(xiàn)場總計共布置32支振弦式應力傳感器，具體布置方案如下：各監(jiān)測點及臨時支撐位置如下圖所示：①根據(jù)結(jié)構(gòu)的對稱性，在L00層商業(yè)結(jié)構(gòu)斜柱柱腳布置振弦式應變傳感器。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。監(jiān)測點手架 （a）平面布置圖 （b）仿真模型布置 L02層應力監(jiān)測點（共計2個點）（4）監(jiān)測時間安排，施工人員對A1區(qū)懸挑結(jié)構(gòu)的施工進行過程監(jiān)測?，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。如在臨時支撐卸除階段或大跨梁安裝階段，將測量頻率提升到每天測試一次，及時了解構(gòu)件的內(nèi)力變化情況。在測量中，應重點考慮溫差、日照對結(jié)構(gòu)變形的影響。因而為了保持監(jiān)測應力測量的結(jié)果的一致性，并將溫差、日照對施工控制的影響降低到最小限度，應盡量選擇溫度變化小的時候進行測量時。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。將對A1地塊懸挑鋼結(jié)構(gòu)在臨時支撐拆除過程中、拆除后的位移變形進行監(jiān)測。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。在工程的懸挑部位，共計布置21個點以對構(gòu)件撓度進行監(jiān)測，其監(jiān)測點位置的選取與有限元仿真監(jiān)測點一致。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。在鋼結(jié)構(gòu)安裝完成且焊接完畢后，監(jiān)測點的位移為20mm~30mm，結(jié)構(gòu)位形與設計位形較為吻合，變形預調(diào)效果良好。 （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。 （a） A1節(jié)點應力對比圖 （b） A2節(jié)點應力對比圖 （c）A3節(jié)點應力對比圖 （d）A4節(jié)點應力對比圖 （e）A5節(jié)點應力對比圖 （f）A6節(jié)點應力對比圖 （g）B1節(jié)點應力對比圖