多层大悬挑钢结构施工全过程仿真分析研究.pdf

建筑结构学报Journal of Building Structures 第 33 卷 第 4 期 2012 年 4 月 Vol. 33No. 4Apr． 2012 011 文章编号 1000-6869 2012 04-0087-08 多层大悬挑钢结构施工全过程仿真分析研究 杨维国 1，洪国松2，王明珠3，杨国莉4，张国军3，王 树 3，段有恒1，葛家琪3，周文胜2 1． 北京交通大学 土木建筑工程学院，北京 100044; 2． 浙江精工钢结构有限公司，浙江绍兴 312030; 3． 中国航空规划建设发展有限公司，北京 100120; 4． 内蒙古鄂尔多斯市伊金霍洛旗政府投资基本建设办公室，内蒙古鄂尔多斯 017200 摘要 内蒙古伊旗全民健身体育中心工程上部结构采用多层大悬挑结构。大悬挑桁架根部应力高度集中， 是结构的关键部 位; 位于悬挑桁架上弦处的楼板受拉、 下弦处的楼板受压， 楼板浇筑时机对结构体系受力、 楼板本身受力状态有非常大的影 响。采用 Midas/Gen 软件建立有限元模型， 通过单元的 “激活” 与 “钝化” 建立施工过程的力学模型， 对主体结构的施工安装 过程、 楼板刚度形成次序及关键构件安装次序进行计算模拟， 分析了施工过程中结构内力变化及变形， 得到了最佳施工安 装方案。该方案在临时支撑部分卸载后安装悬挑根部构件， 使关键构件内力得到优化， 有效解决悬挑根部应力集中问题; 在临时支撑完全卸载后浇筑桁架上弦处楼板， 有效地减小了位于桁架上弦处混凝土楼板的拉力。 关键词 多层大悬挑结构;施工模拟;内力重分布;施工次序 中图分类号 TU393. 304文献标志码 A Simulation analysis of construction process of multistory large cantilevered steel structure YANG Weiguo1，HONG Guosong2，WANG Mingzhu3，YANG Guoli4，ZHANG Guojun3，WANG Shu3， DUAN Youheng1，GE Jiaqi3，ZHOU Wensheng2 1． School of Civil Engineering，Beijing Jiaotong University，Beijing 100044，China; 2． Jinggong Steel Building Group，Shaoxing 312030，China; 3． China Aviation Planning and Construction Development Co．，Ltd，Beijing 100120，China; 4． Government Investment Basic Construction Office of Ordos Ejin Horo Banner，Inner Mongolia Autonomous Region， Ordos 017200，China AbstractThe mian structure of the National Fitness Center in Ejin Horo Banner，Inner Mongolia is a multistory large cantilevered structure． The stress is highly concentrated at the end of the cantilevered truss which is the key part of the structure． The upper floor of the cantilevered truss is subjected to tension and the lower floor of cantilevered truss subjected to compression． The concrete pouring sequence of the floor has a great impact on the internal force of whole structure and itself． This paper used Midas/Gen to set up finite element model and achieve mechanical simulation by ‘ activation’and‘ passivation’element． Then simulation of construction procedure，sequences of floor stiffness ing and installation order of key frame members were taken，and the inner force and deation at the construction procedure were analyzed． On this basis，the best construction scheme was obtained． The scheme can optimize the internal force of key element and solve stress concentrate problems at the end of cantilevered truss by installation elements at the end of cantilevered truss after several steps of uninstall temporary supports． It can also reduce the tension at the upper floor of cantilevered truss by pouring the upper floor of cantilever truss after uninstall temporary supports completely． Keywordsmultistory large cantilevered structure;construction simulation;internal force redistribution;construction process 基金项目 国家自然科学基金项目 51178041， 50808011 ， 中国航空规划建设发展有限公司资助项目 技 10 研- 19 。 作者简介 杨维国 1973 ， 山西五台人， 工学博士， 副教授。E- mail ywg2000 gmail. com 收稿日期 2011 年 10 月 78 0引言 内蒙古伊旗全民健身体育中心， 一层平面形状 为正八边形， 最大尺寸为 89 m 89 m， 二层及屋面向 外悬挑呈正方形， 最大平面尺寸为 120 m 120 m， 二 和三层之间沿径向设置大悬挑桁架、 屋面放射状布 置大跨度钢管相贯桁架， 通过外网格将悬挑桁架及 屋面悬挑桁架联系为整体， 共同工作， 总体形成多层 大悬挑结构体系 见图 1 。悬挑桁架共 20 榀， 悬挑 桁架最大悬挑长度 43 m。 图 1内蒙古伊旗全民健身体育中心实际工程图 Fig． 1Actual structural drawing of the National Fitness Center in Ejin Horo Banner，Inner Mongolia 施工过程是结构逐步成形、 荷载逐步累加的近 似连续过程， 由于变化缓慢， 施工过程的结构受力一 般采用 “慢速时变力学” 对施工连续过程采用时间离 散的时间冻结法近似处理 ［1 ］。施工模拟常采用有限 元法， 通过单元的 “激活 ” 、 “钝化” 实现逐步加载及卸 载过程。把施工时间离散成几个时间点 即施工阶段 或施工步骤 ， 在每一个时间点“激活” 对应的构件或 荷载， 按照静力方法进行计算， 实现逐步加载的过程。 施工安装和卸载的过程相当于对一个既有的静 定结构体系逐步增加约束和荷载的过程， 后续增加 的约束和荷载往往在前一次加载变形结束后逐步进 行 施工时不可能将所有构件同时安装完成 ， 后续 增加约束和荷载的顺序不同 即施工安装和卸载次 序不同 会对施工和设计荷载作用下结构构件的内 力分布、 结构刚度等产生重要影响。在没有临时支 撑的情况下， 先安装的构件一般较早参与受力， 内力 和变形较大， 后安装的构件参与受力晚， 因而内力和 变形也较小。 对于多层大悬挑结构， 结构的受力状态和变形 状态与施工方案密切相关， 且悬挑结构施工大多采 用临时支撑， 临时支撑的拆除过程和拆除时机对结 构的受力有非常大的影响 ［2-5 ］。设计人员提出结构 最终工作状态而要求施工人员确定施工方案， 最终 很难完全满足设计要求， 且有安全隐患。基于这个 特点， 应将施工方案纳入到多层大悬挑的结构设计 中， 进行一体化分析， 根据施工方案对设计进行调 整， 同时对施工方案进行优化。 本文对内蒙古伊旗全民健身体育中心的多层大 悬挑结构进行施工全过程仿真， 通过对结构的施工 安装过程、 楼板刚度形成次序及关键构件安装次序 进行计算模拟， 分析施工过程中及结构成形后结构 构件内力的变化特点及规律， 对关键构件内力峰值 进行调整， 确定结构的最佳安装方案。 1施工安装及临时支撑卸载过程 内蒙古伊旗全民健身体育中心工程实际施工安 装全过程分为 4 个阶段， 每阶段又分为若干步骤 见 图 2 。第 1 阶段为安装地下结构、 中间楼层看台结 构， 钢框架- 支撑结构; 第 2 阶段为安装主桁架及临时 支撑; 第 3 阶段为屋面桁架安装、 外斜交网格结构安 装、 拆除临时支撑及楼板浇筑; 第 4 阶段为张拉索穹 顶， 建筑内部装修阶段。 图 2施工过程步骤图 Fig． 2Construction procedures 每榀悬挑桁架均设置施工临时支撑， 支承在悬 挑桁架适当部位 见图 3 。为精准模拟施工全过程 结构力学性能， 将临时支撑建入计算模型中 见图 2b、 2c ， 并对临时支撑与主体结构连接处采用只压 不拉连接单元进行模拟。实际工程中在临时支撑与 结构之间安装沙箱， 通过沙箱中沙子的减少实现卸 载过程。经分析得出， 临时支撑的卸载分 4 步完成， 采用同步等比卸载方式拆除临时支撑， 桁架 STR- 1、 STR- 2、 STR- 3 包括与其对称的部位 每步的卸载量 分别为 6. 5 mm、 8 mm 和 12 mm。 88 图 3临时支撑布置图 Fig． 3Layout of temporary supports 2基于全过程仿真分析的施工方案 优化 多层大悬挑结构体系的施工安装与支撑卸载过 程直接影响结构体系的最终力学响应与安全性能。 结构安装与卸载次序对结构力学响应产生影响的关 键因素有三部分 ①支撑卸载前的几何构型， 主要构 件安装次序、 后装杆件的分布及数量; ②支撑卸载前 楼板的浇筑状况， 这关系到卸载前结构的刚度与所 承受的荷载; ③临时支撑的卸载步骤。上述关键因 素的优化组合以施工措施安全可行同时对结构安全 有利为原则。本文采用有限元分析软件 Midas/Gen 对本工程进行分析。 依据工程实际施工安装全过程， 全过程仿真分 析计算可划分为 10 个施工步 见表 1 ， 考虑该结构 的对称性， 取桁架 STR- 1、 STR- 2、 STR- 3 进行分析， 关 键杆件位置见图 4。 表 1主要施工步骤 Table 1Main construction procedures 施工阶段施工步施工内容 第 1 阶段第 1 步地下结构、 看台及核心筒 第 2 阶段第 2 步临时支撑， 悬挑桁架 第 3 阶段 第 3 步 安装斜交网格、 屋面桁架， 下弦处楼板浇筑 第 4 步临时支撑第一步卸载 第 5 步临时支撑第二步卸载 第 6 步临时支撑第三步卸载 第 7 步 临时支撑完全卸载， 上弦处楼板浇筑 第 4 阶段 第 8 步安装索穹顶 第 9 步建筑内部装修荷载 第 10 步建筑外部装修荷载 2. 1临时支撑施工方案选择 对于多层大悬挑钢结构， 支撑安装的过程实际 图 4悬挑桁架及关键杆件位置图 Fig． 4Position of key elements and cantilevered trusses 上是边界约束条件的不断变化并引起结构内力重分 布的过程。通过有支撑方案、 无支撑方案与不考虑 施工过程的方案进行分析， 确定施工安装过程对结 构性能及安全的影响。 为验证施工安装过程对结构力学性能的影响， 采用如下方案进行分析 方案一， 无临时支撑分步加 载; 方案二， 有临时支撑分步加载; 方案三， 一次加载 成形 一般设计采用的方法 。 设计荷载作用下三种分析方案中桁架 STR- 3 端 部竖向位移有很大差异， 方案一为 249. 2 mm， 方案二 为 161. 8 mm， 方案三为 152. 2 mm。方案三 一次加 载 的桁架 STR- 3 端部竖向位移最小， 方案一的位移 较方案三增大 63， 可见为了满足结构变形的要求， 无临时支撑的方案是不合理的。方案二的位移较方 案三增大 9. 6 mm， 因此即使采用临时支撑， 结构变形 也大于设计的结构位移。比较方案一和方案二分析 结果可知， 多层大悬挑结构加设临时支撑是施工变 形安全控制重要措施。图 5 给出了关键杆件在设计 荷载作用下的内力。 由图 5 结构在设计荷载下关键杆件的轴力与弯 矩分析可知， 从方案一到方案三， 轴力与弯矩均呈减 小趋势。对于关键杆件 21016， 方案一比方案三轴力 增大了 14. 7， 方 案 二 的 比 方 案 三 轴 力 增 大 了 3. 8。可见对于多层大悬挑结构施工加设临时支撑 可有效降低结构最终受力， 但采用结构一次成形、 一次 加载的常规计算方法计算的关键构件的内力偏小。 进一步分析表明， 在施工中设置临时支撑能够 减小结构的的竖向位移、 楼板内力以及杆件内力。 加设临时支撑是施工过程安全及结构使用过程安全 的必要保证。按照常规结构设计采用的一次加载设 计方法对多层大悬挑结构设计偏于不安全。 2. 2楼板刚度形成次序 桁架上、 下弦处楼板在竖向荷载作用下分别受 98 a设计荷载下关键杆件轴力图 b设计荷载下关键杆件弯矩图 图 5不同方案关键杆件内力图 Fig． 5Internal force of key elements in different schemes 拉和受压。悬挑桁架下弦处楼板抗压刚度很大， 与 下弦桁架杆件的抗压刚度相当， 但上弦处楼板抗拉 刚度很小， 不合理的楼板浇筑顺序可能造成上弦处 楼板在使用过程中被拉裂。而楼板刚度对主体结构 力学性能会产生很大影响。通过改变二层 下弦 处 、 三层 上弦处 楼板刚度形成的次序及钢结构临 时支撑的卸载步骤之间的关系， 使桁架的内力趋于 合理， 从而确定楼板的最佳浇筑时机， 减少上弦处楼 板的拉力。 2. 2. 1二层楼板浇筑时机 在三层 上弦处 楼板未浇筑的前提下， 研究二 层 下弦处 楼板浇筑与临时支撑卸载步骤的关系， 对如下方案进行对比分析。 方案 1 临时支撑卸载前浇筑二层楼板 方案 2 卸载第一步后浇筑二层楼板 方案 3 卸载第二步后浇筑二层楼板 方案 4 卸载第三步后浇筑二层楼板 方案 5 完全卸载后浇筑二层楼板 对比各个方案中完全卸载时悬挑桁架 图 4 杆 件的内力与桁架 STR- 3 端部的竖向位移， 主要结果 如图 6 ～7 及表 2 所示， 可以看出 1 在施工过程中， 桁架 STR- 3 端部的竖向位移 逐渐增加。在完全卸载阶段， 方案1 的竖向位移最小， 方案1 ～5 的竖向位移比为 1∶ 1. 20∶ 1. 20∶ 1. 22∶ 2. 16∶ 2. 17。从结构变形性能控制方面考虑， 方案 1 最优。 2 从方案 1 到方案 5， 关键杆件的轴力与弯矩 均呈现增加趋势， 且在方案 4 与方案 5 中出现了杆件 轴力与弯矩大幅增加的现象。轴力最大杆件 22016， 前三个方案轴力相差很小， 方案 4 与方案 5 的轴力比 前 3 个方案约增加了 80。从结构构件弹性承载力 安全性设计方面考虑， 方案 1 最优。 3 二层楼板以受压为主。从方案 1 到方案 5， 二层楼板压力依次减小， 且均处于楼板受压承载力 范围内。 以上分析可知， 二层楼板的刚度形成时机对结 构的竖向位移、 杆件内力、 楼板自身内力产生很大的 影响。二层楼板提前浇筑能使其尽早进入受力状 态， 从而有效减小结构的竖向位移、 杆件内力。 图 6不同方案桁架 STR- 3 端部竖向位移 Fig． 6Vertical displacement at the end of STR- 3 in different schemes a完全卸载时关键杆件轴力 b完全卸载时关键杆件弯矩 图 7不同方案关键杆件的内力图 Fig． 7Internal force of key elements in different schemes 表 2不同方案完全卸载时二层楼板内力峰值 Table 2Maximun internal force of the second floor in different schemes after unloading 方案号12345 压力/ kNm －1 466445363349228 2. 2. 2三层楼板浇筑时机 二层楼板以受压为主， 从以上分析可知， 二层楼 09 板宜在卸载前浇筑。三层楼板位于为悬挑桁架的上 弦处， 在竖向荷载作用下受拉， 因此选择三层楼板浇 筑时机以减小三层楼板的最大拉力为主要目标。 在支撑卸载前浇筑二层楼板的前提下， 对三层 楼板的浇筑时机选如下方案进行分析。 方案 6 临时支撑卸载前浇筑三层楼板 方案 7 卸载第一步后浇筑三层楼板 方案 8 卸载第二步后浇筑三层楼板 方案 9 卸载第三步后浇筑三层楼板 方案 10 完全卸载后浇筑三层楼板 对比各个方案设计荷载作用下构件的内力及楼 板的内力， 结果见表 3 及图 8， 不同方案各施工全过 程桁架 STR- 3 端部竖向位移如图 9 所示。 表 3设计荷载作用下二、 三层楼板内力峰值 Table 3Maximun internal force of the second and the third floor under design load 方案号678910 二层压力/ kNm －1 1 132 1 0651 0421 0531 063 三层拉力/ kNm －1 740685639588461 a设计荷载作用下关键杆件轴力 b设计荷载作用下关键杆件弯矩 图 8不同方案关键杆件内力图 Fig． 8Internal force of key elements in different schemes 分析表 3、 图 8 ～9 可知 1 在设计荷载作用下， 随着三层板浇筑时机的 推迟， 三层板的拉力减小。三层楼板浇筑方案 6 ～ 10 的拉力比为 1. 60∶ 1. 48∶ 1. 39∶ 1. 27∶ 1。可见方案 10 对减小三层楼板拉力最有利。 2 设计荷载作用下二层楼板以受压为主， 各个 方案均处于楼板受压承载力范围内。随着三层楼板 安装时机的推迟， 二层楼板的内力有小幅度减小。 3 在设计荷载作用下桁架 STR- 3 端部竖向位 图 9不同方案桁架 STR- 3 端部竖向位移 Fig． 9Vertical displacement at the end of STR- 3 in different schemes 移达到最大。各个方案的竖向位移曲线相差很小， 在设计荷载作用下相差仅 5 mm。说明楼板三层浇筑 时机对结构的竖向变形影响很小。 4 从图 8 可以看出， 在设计荷载作用下， 方案 6 ～10 关键杆件的轴力与弯矩变化不大。各杆件轴 力基本保持不变， 弯矩最大的杆件 23010 弯矩有小幅 度增加， 方案 10 比方案 6 增加了 2. 4。说明三层 楼板浇筑推迟对结构关键杆件的轴力及弯矩影响 不大。 总之， 三层楼板浇筑时机对于竖向位移及关键 杆件内力影响很小， 但较早浇筑会大幅度增加自身 楼板的拉力。故三层楼板过早进入工作状态对于整 体结构是不利的， 宜在临时支撑完全卸载后浇筑。 2. 3关键构件的安装次序 由大悬挑桁架的分析结果可知， 大悬挑根部杆 件的应力很大， 是比较危险的关键部位， 在设计过程 中， 一般采用加大构件截面的常规设计方法。但加 大构件截面致使杆件的刚度增加， 该部位会产生更 大的应力集中， 通常很难有效减少结构内力。因此 可通过调整某些关键杆件的安装与临时支撑卸载的 顺序， 通过滞后关键构件 应力较大的位置 的安装， 达到内力分布均匀及应力优化的目的。本文通过施 工全过程仿真分析选择合理的关键杆件安装步骤， 优化结构关键部位的最终受力状态和安全性能。 桁架 STR- 1 的杆件 23010 处弯矩很大， 屋面桁架 杆件 50021 的轴力及弯矩较大， 应力集中， 难以满足 承载力设计要求。为缓解杆件 23010 和 50021 的受 力状态， 将杆件 23013 和 50021 作为后装杆件 杆件 位置见图 4 。 不同安装方案的主要计算结果如图 10、 11 及表 4 所示。分析计算结果可以看出 1 由表 4 和图 11 可知， 杆件的后装对桁架 STR- 3 端部竖向位移影响不大， 最大竖向位移出现在 设计荷载作用下。随着后装杆件安装时机的推迟， 19 图 10不同安装方案桁架 STR- 3 端部竖向位移 Fig． 10Vertical displacement at the end of STR- 3 in different schemes 竖向位移也逐步增大。在 U0 D0 的情况下， 桁架 STR- 3 端部竖向位移最小， 为 167 mm; 在 U3 D3 的 情况下竖向位移最大， 为 177 mm。说明杆件后装会 引起桁架端竖向位移增大， 但仍能满足规范要求。 表 4设计荷载作用下不同安装方案桁架 STR- 3 端部竖向位移及部分杆件内力 Table 4Vertical displacement at the end of STR- 3 and internal force of key elements under design load 安装方案位移/mm 杆件 21016 杆件 23010 杆件 50021 N /kNM / kNmN /kNM / kNmN /kNM / kNm U0 D0167. 027 102. 426 882. 219 526. 263 258. 85 705. 0285. 3 U0 D1171. 227 270. 627 218. 017 663. 357 241. 85 926. 1299. 1 U0 D2173. 327 342. 327 371. 016 743. 154 388. 86 024. 5305. 8 U0 D3175. 327 413. 927 523. 915 823. 951 535. 76 121. 8312. 5 U1 D0167. 927 126. 426 909. 519 684. 664 112. 25 013. 6239. 8 U1 D1172. 027 291. 127 239. 417 849. 258 126. 15 269. 3249. 7 U1 D2174. 127 362. 727 392. 416 929. 555 273. 45 367. 8256. 5 U1 D3176. 127 434. 427 545. 316 009. 252 420. 45 464. 3263. 2 U2 D0168. 427 139. 526 924. 219 768. 364 567. 94 645. 3224. 8 U2 D1172. 527 304. 127 254. 217 933. 558 582. 44 901. 7234. 7 U2 D2174. 527 373. 827 403. 917 028. 855 745. 05 018. 4239. 3 U2 D3176. 527 445. 527 556. 816 109. 352 892. 35 115. 0246. 0 U3 D0168. 927 152. 526 939. 019 852. 065 023. 74 277. 0209. 7 U3 D1173. 027 317. 227 268. 918 017. 159 038. 24 533. 5219. 7 U3 D2175. 027 386. 927 418. 617 113. 056 201. 34 649. 8224. 3 U3 D3177. 027 456. 527 568. 316 208. 753 363. 94 766. 9228. 8 常规设计方法152. 226 551. 826 431. 118 235. 560 487. 55 231. 8275. 2 注 U 代表上部后装杆件 50021， D 代表下部后装杆件 23013; 0 代表杆件在支撑卸载前安装， 1 ～3 分别代表第一到第三步支撑卸载后安装。 2 由表 4 和图 11 可知， 杆件的后装对杆件 23010 和 50021 的内力影响很大。随着下部杆件 23013 安装时机的推迟， 在设计荷载作用下， 杆件 21016 内力略有增加， 但增长幅度均较小; 关键杆件 23010 轴力与弯矩均减小， 轴力最终降幅为 18. 9， 弯矩降幅为 18. 5。故杆件 23013 在完全卸载后安 装能在其他关键杆件内力增幅不大的情况下有效减 小杆件 23010 轴力与弯矩。 3 由表 4 可知， 若杆件 23013 在支撑完全卸载 后安装， 随着上部杆件 50021 安装时机的推迟， 杆件 23010 的内力有小幅的增长。杆件 50021 轴力最终 a不同安装方案杆件 23010 弯矩 b不同安装方案杆件 50021 轴力 图 11不同安装方案关键杆件内力 Fig． 11Internal force of key elements in different schemes 减小 22. 1， 其中杆件 50021 支撑第一步卸载后安 装自身轴力减幅可达 10. 7。为了使杆件 50021 应 力及稳定性满足设计要求， 选择杆件 50021 在支撑第 一步卸载后安装为最终方案。 4 表 4 给出了一次加载 常规设计方法 的部 29 分杆件的内力。对于杆件 23010， 方案 U0 D0 未考 虑杆件后装 比一次加载的弯矩增大 4. 3， 方案 U1 D3 考虑杆件后装 比一次加载减少了 15. 3。 对于杆件 50021， 方案 U0 D0 未考虑杆件后装 比 一次加载的弯矩增大 3. 6， 方案 U1 D3 考虑杆件 后装 比一次加载减少了 4. 5。U1 D3 的桁架 STR- 3 端部位移比一次加载的位移增大了 23. 9 mm， 仍能满足于设计要求。 从以上分析可知采用最终方案 U1 D3 杆件 50021 在支撑第一步卸载时安装， 杆件 23013 在支撑 第三步卸载时安装 作为施工方案， 可实现减小关键 杆件内力的目的， 同时这些杆件附近杆件的内力及 结构竖向位移变化幅度很小， 处于安全的范围之内。 3分析结果与实测结果对比 目前， 本工程主体结构施工已经完成， 在施工过 程中对临时支撑卸载及三层楼板浇筑过程中关键杆 件的应变进行监测， 对施工- 卸载全过程进行位移监 测。其中杆件应变的监测通过在杆件截面上下两端 贴应变片来实现， 采用全站仪对施工过程各个阶段 的位移进行测量。本文挑选了两榀桁架下弦后装杆 件下翼缘的应变以及桁架 STR- 2、 STR- 3 端部的位移 和仿真分析值进行比较， 结果如图 12 及表 5 所示。 图 12桁架端部位移分析结果与实测结果比较 Fig． 12Comparison of structural deation between analytical result and measured result 表 5杆件截面下翼缘的应变分析值与实测值 Table 5Analytical value and measured value of strain at the bottom of member section 仿真分析/实测 卸载完成三层楼板浇筑完成 后装杆件 23013 应变/10 －6 －93. 1/ －85. 6－156. 5/ －150. 1 后装杆件 13013 应变/10 －6 －89. 7/ －84. 2－154. 5/ －146. 4 注 杆件 13013 为结构另外一处与桁架 STR- 1 对称的下部后装构 件。 从图 12 可以看出， 位移以及杆件应变的实测值 和仿真分析值吻合的较好， 这说明仿真分析过程是 合理的。同时仿真分析值略大于实测值， 产生此现 象的原因是对于实际结构， 变形是一个缓慢发展的 过程， 测量完成后结构变形仍会有所发展， 但误差在 容许范围之内。可见施工仿真分析可对施工过程进 行较为准确的预测。 4结论 本文分析了内蒙古伊旗全民健身体育中心主体 结构在施工和使用状态下悬挑桁架及其上下弦处楼 板的内力和桁架 STR- 3 端部的竖向位移， 进行了各 种方案的对比， 提出了最优的施工安装方案， 并得出 以下结论 1 采用不同的施工方案会对结构竖向位移、 杆 件内力及楼板内力产生很大的影响。临时支撑的存 在对结构是有利的。结构设计应考虑的施工过程对 结构的影响， 不考虑结构安装过程的一次建模一次 加载法对多层大悬挑结构设计偏于不安全。因此在 设计时采用一次加载的方法应留有一定的安全度， 并按照全过程设计方法进行校核。对多层大悬挑钢 结构进行施工仿真分析是必要的。 2 对于悬挑桁架上下弦处的楼板， 上弦处楼板 受拉， 下弦处楼板受压。采用施工方法调整受拉楼 板拉力是有效的。下弦处楼板宜于卸载前浇筑， 刚 度形成后卸载， 上弦处楼板宜于卸载后浇筑。 3 关键杆件的后装会引起结构竖向位移及周 围杆件内力的小幅增大， 但悬挑端最大位移小于悬 挑长度的 1/200 即 215 mm ， 处于合理范围内。通 过合理的后装杆件的选取及安装顺序的调整可以使 关键杆件的内力峰值降低， 有效缓解多层大悬挑结 构原设计悬挑根部杆件应力高度集中的不利受力状 态， 达到了采用施工方法解决设计问题的目的。 4 对施工过程中关键构件的应力及位移进行 监测， 得出结构实际内力及变形与仿真分析结果吻 合较好。证明了对于多层大悬挑钢结构全过程仿真 模拟的可行性。 参考文献 ［ 1］ 王光远． 时变结构力学［J］ ． 土木工程学报， 2000， 33 6 105- 108． Wang Guangyuan． On machanics of time- varying structure［J］ ．China Civil Engineering Journal， 2000， 33 6 105- 108． in Chinese ［ 2］ 张国军， 葛家琪， 秦杰， 等． 2008 奥运会羽毛球馆弦支 穹顶预应力张拉方案施工过程分析研究［ J］ ． 建筑结 构学报， 2007， 28 6 31- 38． ZHANG Guojun，GE Jiaqi， QINJie， etal．Simulatinganalysisof 39 prestressing construction process of the suspend- dome of the badminton gymnasium for 2008 Olympic Games ［ J］ ． Journal of Building Structures，2007， 28 6 31- 38． in Chinese ［ 3］ 田黎敏， 郝际平， 陈韬， 等． 世界大学生运动会主体育 场施工过程模拟分析［J］ ． 建筑结构学报， 2011， 32 5 70- 77． TIAN Limin，HAO Jiping，CHEN Tao， et al． Simulation analysis on erection procedure of main stadium for the Universiade Sports Centre［J］ ． Journal of Building Structures，2011，32 5 70- 77． in Chinese ［ 4］ 葛家琪， 周顺豪， 谷鹏， 等． 贵阳奥体中心主体育场罩 棚钢结构预应力张拉施工仿真分析研究［ J］ ． 建筑结 构， 2010， 40 12 49- 55． Ge Jiaqi，Zhou Shunhao， Gu Peng，et al．Simulation analysis on prestressing construction of the main stadium in Guiyang Olympic Sports Center［J］ ． Building Structure， 2010， 40 12 49- 55． in Chinese ［ 5］ 范重， 刘先明， 胡天兵， 等． 国家体育场钢结构施工过 程模拟分析［J］ ． 建筑结构学报， 2007， 28 4 134- 143． FAN Zhong，LIU Xianming，HU Tianbing， et al． Simulation analysis on steel structure erection procedure of National Stadium［J］ ． Journal of Building Structures， 2007， 28 4 134- 143． in Chinese 49