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据统计，施工期间钢结构发生坍塌的事故数量占总坍塌事故数量的70%左右。对钢结构，尤其是其关键部位，进行施工过程的模拟可以提前发现潜在问题，有效避免坍塌事故的发生。目前国内外对于大型钢结构的施工方法主要有整体提升法、累积滑移法、分块( 分段) 吊装法和高空散装法等，施工方法主要根据现场施工条件和钢结构的结构形式综合分析后确定，合理的施工方法不仅可以保证建筑满足施工质量要求，而且可以有效保证施工的安全，降低造价。大型复杂钢结构在安装过程中，变形规律和内力变化是非常复杂的，研究变形规律内力变化特征是保证钢结构施工安全的前提条件。建筑竣工时的几何形态和受力状态主要受时间效应和路径效应的影响，大型复杂钢结构施工中结构所受的主要荷载为施工荷载和结构自重，因此为满足设计要求，选择合理的施工方案可以使施工荷载和结构自重在可控范围内有序增加，以保证整个施工过程的安全。
本文以沈阳文化艺术中心的巨型钢桁架屋盖安装为研究对象，利用SAP 2000 软件建立了该屋盖的有限元模型，并针对该屋盖的结构特点分6 个步骤对施工过程进行了详细模拟，研究了各个阶段关键位置的竖向变形和水平变形，研究成果可为同类工程建设提供参考。
沈阳文化艺术中心的建筑外形设计灵感来自钻石，呈多面晶体状，建筑总面积为14 148平方米，高31. 25米，宽58. 21米，长120. 57米，该建筑共4 层，其中地上3 层、地下1 层。该公共建筑可用作商业演出，配备齐全，有休息室、化妆间、餐厅及大小两个剧场，可同时容纳3 000 名观众。该结构的屋盖采用矩形钢桁架结构形式，屋盖钢桁架的最大跨度为38米，南北方向为大悬挑，其中北向和南向的悬挑长度分别为19. 5米和12米。屋盖钢桁架的截面形式为H型钢截面和箱型截面两种。该建筑的效果如图1所示。
图1 沈阳文化艺术中心建筑效果
该音乐厅屋盖具有施工精度要求高、杆件受力复杂、结构形式复杂、结构尺寸大、承受荷载大等特点。按结构划分原则，此结构为巨型钢结构。具体施工特点如下:
1) 该结构各个拆撑点的荷载量平均值大于1 600 kN，拆撑荷载较大。拆撑过程为了保证结构上各个测点的变形等比例变化，有效避免支承点超载、焊缝超应力撕裂和结构出现偏载等情况的发生，需要保持拆撑过程的同步性。
2) 3 层中空玻璃幕墙组成了该结构的外围护结构，因此相比于一般情况，该建筑的荷载大且对结构后期变形的要求较高。为了减小幕墙的安装强度，消除安装偏差，确保整体刚度的实现，需要严格按照图纸进行施工。
3) 该巨型钢桁架屋盖结构施工难度非常大，其结构不属于常规构造，且自重、设备荷载和装修荷载相互叠加后较大，平均荷载高达8. 5 kN/m2。
4) 由于楼面区域包含南向和北向大跨度悬挑端，悬挑端布置有活动空间且楼面的结构主要为钢筋桁架楼承板，因此该结构有较高舒适度要求，对荷载状态下的振动控制和变形要求非常高。
5) 该屋顶结构呈水晶多面体状、桁架为非规则形式、空间节点多且部分桁架为倾斜放置，结构跨度大，因此该结构的桁架定位和安装较为困难，且结构受力复杂、需要焊接的节点非常多，部分空中焊接工作施工难度大。
综上，为了保证施工安全、施工精度和施工质量，对施工过程的模拟并确定最终施工方案和施工顺序是非常必要的。
本文节选自：徐松芝. 某公共建筑巨型钢桁架屋盖安装过程模拟分析[Ｊ]. 钢结构，2018，33（7）：89-93.
该篇文章刊载于《钢结构》2018年第7期，如需购买请点击以下链接：
