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晶體結構空間群表優(yōu)質資料(可以直接使用，可編輯優(yōu)質資料，歡迎下載）Symbolsofthe230CrystallographicSpaceGroups晶系(Crystalsystem)點群(Pointgroup)空間群(Spacegroup)國際符號(HM)圣佛利斯符號(Schfl.)三斜晶系1C1P1

CiP

單斜晶系2P2P21C2

mPmPcCmCc

2/mP2/mP21/mC2/mP2/cP21/CC2/c

正交晶系222P222P2221P21212P212121C2221C222F222I222I212121mm2Pmm2Pmc21Pcc2Pma2Pca21Pnc2Pmn21Pba2Pna21Pnn2Cmm2Cmc21Ccc2Amm2Abm2Ama2Aba2Fmm2Fdd2Imm2Iba2Ima2

mmmPmmmPnnnPccmPbanPmmaPnnaPmnaPccaPbamPccnPbcmPnnmPmmnPbcnPbcaPnmaCmcmCmcaCmmmCccmCmmaCccaFmmmFdddImmmIbamIbcaImma

四方晶系4P4P41P42P43I4I41

PI

4/mP4/mP42/mP4/nP42/nI4/mI41/a

422P422P4212P4122P41212P4222P42212P4322P43212I422I4122

4mmP4mmP4bmP42cmP42nmP4ccP4ncP42mcP42bcI4mmI4cmI41mdI41cd

2mP2mP2cP21mP21cPm2Pc2Pb2Pn2Im2Ic2I2mI2d

4/mmm

三方晶系3P3P31P32R3

PR

32P312P321P3112P3121P3212P3221R32

3mP3m1P31mP3c1P31cR3mR3c

mP1mP1cPm1Pc1RmRc

六方晶系6P6P61P65P62P64P63

P

6/mP6/mP63/m

622P622P6122P6522P6222P6422P6322

6mmP6mmP6ccP63cmP63mc

m2Pm2Pc2P2mP2c

6/mmm

立方晶系23P23F23I23P213I213

mPm3Pn3Fm3Fd3Im3Pa3Ia3

432P432P4232F432F4132I432P4332P4132I4132

3mP3mF3mI3mP3nF3cI3d

mmPmmPnnPmnPnmFmmFmcFdmFdcImmIad

1P12P-13P24P215C26Pm7Pc8Cm9Cc10P2/m11P21/m12C2/m13P2/c14P21/c15C2/c16P22217P222118P2121219P21212120C222121C22222F22223I22224I21212125Pmm226Pmc2127Pcc228Pma229Pca2130Pnc231Pmn2132Pba233Pna2134Pnn235Cmm236Cmc2137Ccc238Amm239Abm240Ama241Aba242Fmm243Fdd244Imm245Iba246Ima247Pmmm48Pnnn49Pccm50Pban51Pmma52Pnna53Pmna54Pcca55Pbam56Pccn57Pbcm58Pnnm59Pmmn60Pbcn61Pbca62Pnma63Cmcm64Cmca65Cmmm66Cccm67Cmma68Ccca69Fmmm70Fddd71Immm72Ibam73Ibca74Imma75P476P4177P4278P4379I480I4181P-482I-483P4/m84P42/m85P4/n86P42/n87I4/m88I41/a89P42290P421291P412292P4121293P422294P4221295P432296P4321297I42298I412299P4mm100P4bm101P42cm102P42nm103P4cc104P4nc105P42mc106P42bc107I4mm108I4cm109I41md110I41cd111P-42m112P-42c113P-421m114P-421c115P-4m2116P-4c2117P-4b2118P-4n2119I-4m2120I-4c2121I-42m122I-42d123P4/mmm124P4/mcc125P4/nbm126P4/nnc127P4/mbm128P4/mnc129P4/nmm130P4/ncc131P42/mmc132P42/mcm133P42/nbc134P42/nnm135P42/mbc136P42/mnm137P42/nmc138P42/ncm139I4/mmm140I4/mcm141I41/amd142I41/acd143P3144P31145P32146R3147P-3148R-3149P312150P321151P3112152P3121153P3212154P3221155R32156P3m1157P31m158P3c1159P31c160R3m161R3c162P-31m163P-31c164P-3m1165P-3c1166R-3m167R-3c168P6169P61170P65171P62172P64173P63174P-6175P6/m176P63/m177P622178P6122179P6522180P6222181P6422182P6322183P6mm184P6cc185P63cm186P63mc187P-6m2188P-6c2189P-62m190P-62c191P6/mmm192P6/mcc193P63/mcm194P63/mmc195P23196F23197I23198P213199I213200Pm-3201Pn-3202Fm-3203Fd-3204Im-3205Pa-3206Ia-3207P432208P4232209F432210F4132211I432212P4332213P4132214I4132215P-43m216F-43m217I-43m218P-43n219F-43c220I-43d221Pm-3m222Pn-3n223Pm-3n224Pn-3m225Fm-3m226Fm-3c227Fd-3m228Fd-3c229Im-3m230Ia-3d同濟大學土木工程學院博士學位論文大型空間鋼結構整體吊裝施工方法與控制參數(shù)研究姓名：遇瑞申請學位級別:博士專業(yè):土木工程施工指導教師：羅永峰20080601摘要摘要大跨度鋼結構屋蓋體形龐大、體系復雜，其結構設計與施工安裝是相輔相成、緊密結合的。結構設計的過程中應使得大跨度鋼結構構件滿足強度、穩(wěn)定等要求并應考慮施工的可能性及方便性，施工安裝則應該在實現(xiàn)大跨度鋼結構的優(yōu)雅外觀,滿足其建筑的美學功能的同時，保證其設計預計的幾何和構造條件。整體吊裝法包括整體吊升法、整體提升法和整體頂升法,是目前大跨度鋼結構普遍采用的一種新型施工方法。與早期的高空散裝法以及分條、分塊的安裝方法相比，整體吊裝施工方法具有作業(yè)安全、工期短以及費用低等優(yōu)點.因此，本文將整體吊裝法作為研究的重點.本文總結了大跨度空間鋼結構在采用整體吊裝方法施工時需要解決的關鍵性技術問題。對于一些可以通過先進的施工技術以及現(xiàn)有的計算程序可以解決的問題，闡述了相應的解決方法；而對于那些目前處理方法不是很完善，必須采用新的計算方法，選擇合理的控制參數(shù)進行分析驗算的問題，指出了目前研究方法的不足之處，并在此基礎上確定了本文所要解決的關鍵問題一采用整體吊裝法施工的大跨度空間鋼結構施工過程中的參數(shù)控制問題，即吊點數(shù)量和位置的確定以及同步性控制的問題.本文詳細介紹了目前在進行施工力學問題分析時可以采用的四種方法以及相應分析方法的適用范圍和局限性。根據采用整體吊裝方法施工的大跨度空間鋼結構在施工過程中的特點,指出了結構在施工狀態(tài)與設計階段的力學分析之間存在的“四點差異",并結合所研究問題提出了本文擬采用的力學分析方法。本文以國外確定履帶式起重機運行軌跡的計算流程“randomguess”為基礎,并考慮鋼結構整體吊裝過程中吊點問題的特點,提出了用于確定并優(yōu)化吊點的修正的“randomguess”計算流程.以一榀空間桁架為計算模型,利用修正的“randomguess''流程分析計算結構的最少吊點數(shù)量及最優(yōu)位置，將計算結果與確定簡單梁構件吊點位置的傳統(tǒng)分析方法得到的結果相比較，說明了修J下的“randomguess”計算流程是一種較好的解決結構吊點問題的分析方法,并得出解決單榀空間桁架吊裝過程中吊點問題的相關結論.摘要本文選取四角錐體系網架為計算模型，以結構形式、跨度、附加荷載及吊點的設置方式為主要影響因素，以結構構件的應力比和結構撓度為評價指標,分別分析各個因素對結構在整體吊裝過程中所需要的吊點數(shù)量的影響。為了綜合分析各因素的影響,以正交理論為準則,建立48種標準網架計算模型，并采用修正的“randomguess"流程,計算各個標準網架采用整體吊裝方法施工時所需要的最小吊點數(shù)量。以最小二乘法為理論基礎，采用Matlab編制程序,對已有的計算結果進行線性回歸,得出了大跨度網架在采用整體吊裝法施工過程中所需要的最少吊點數(shù)量的計算公式。本文針對吊點不同步問題可能對結構自身受力的影響，提出了大跨度網架結構整體安裝施工過程中吊點提升不同步限值的計算分析流程“non-synchronismlimitation”。以跨度、吊點的設置方式、吊點的數(shù)量以及相鄰吊點間距離為影響因素,分別分析各因素對吊點提升不同步限值的影響，并通過計算分析結果確定各因素與吊點提升不同步限值之間的相互關系。為了綜合分析各個因素的影響，以正交理論為準則,建立162種標準網架計算模型，并采用“non-synchronismlimitation”計算流程,分析各個結構采用整體吊裝方法施工時吊點不同步提升限值,并對已有的計算結果進行總結回歸，得出了大跨度網架結構整體安裝施工過程中吊點提升不同步限值的計算公式。本文根據整體吊裝施工方法的特點,提出采用該方法施工的大跨度空間網架結構合理的施工流程。在此基礎上,結合結構施工過程中的具體情況,找出網架施工主要階段需要解決的關鍵技術問題,并根據各個問題的特殊性指出用以解決相應問題所采用的技術手段、構造措施以及力學分析方法等。本文認為,在施工前采用本文的回歸公式計算結構的吊點數(shù)量和位置以及不同步限值,可以在保證施工安全性的基礎上提高其經濟性。關鍵詞:大跨度空間鋼結構，整體吊裝施工方法,吊點數(shù)量和位置,同步性控制，修正的“randomguess”計算流程,線形回歸，“non-synchronismlimitation”計算流程IIAbstractAbstractLong-spansteelroofusuallyhasacomplexstructuresystem.Thedesignandconstructionofthestructurearetightlyrelatedwitheachother。ThedesignensuresthecomponentsofthesnllctIlretomeetwiththerequirementsofstrengthandstability.However,greatattentionshouldalsobegiventoitsconstructionprocess，sinceotherrequirementsshouldalsobemet,forexample,theeleganceoftheappearance,thatis,theaestheticfunctionwhichcanonlyberealizedthrough11igh—qualityconstruction.Wholes咖cturelifting，atpresent,isacommonlyusednewmethodintheconstructionoflong-spansteelstructures。Comparedwiththeoldmethodofsinglememberassemblinginhighdesignpositionandthemethodofpartitionedblockassembling，wholestmctureliftingmethodhastheadvantagesofsafetyinconstruction,shortconstructionperiodandlowconstructionexpenses.Therefore，wholestructureliftingmethodistakenasthemainresearchobjectiveinthisdissertation。Basedonalotofpreviousresearchesandreferences，somecrucialtechnicalproblemsofthewholes缸uctureliftingmethodintheconstructionoflong-spanspatialsteelstructIⅡ1esaresummarized.ForthoseproblemsthatCallbesolvedbymeansofmodemadvancedconstructiontechniquesandthepresentcomputerprograms，thecorrespondingsolvingmethodsarelisted.Forthoseproblemsthatareinneedofmoreadvancedtechniquesandmustbeanalyzedandcalculatedwithnewtheoreticalmethods，thedisadvantagesofthepresentmethodsarepointedout。Atthesametime,theresearchaimsofthisdissertationareproposed—-theparametercontrolduringtheconstructionofthelong-spanspatialsteels仃1Jctl】resusingwholestructureliftingmethod，thatis,thenumberandlocationofliftingpointsandthesynchronizingcontroloflifting.Fourpresently-usedmethodsinanalysisoftheconstructionmechanicsandcommentsontheirrelativeapplicablefieldsandlimitsaresummarizedinthisIIIAbstractdissertation。Basedonthespecialcharacteristiesoftheconstructionprocessofthelong—spansteelstructureswithwholestructureliftingmethod,“fourdifferences’’inmechanicsanalysisbetweentheconstructionperiodandthedesignperiodarepointedout.Then,theoreticalmethodadoptedinthisdissertationisproposed。Accordingtothespecialfeaturesofliftingpointproblems,amodified‘'randomguess”algorithmisproposedinthedissertation。Thisnewmodified“randomguess’’algorithmisbasedontheoriginal“randomguess’’algorithm,whichiswidelyusedoverseas,inobtainingtheoperationtraceofcranes.Along-spanspatialtrussistakenascalculationmodel.Theminimumnumberofliftingpointsandthebestlocationsoftheliftingpointsinthetrussarecalculatedwiththemodified“randomguess’’algorithm。Then，theresultsarecomparedwiththosegotbythetraditionalmethodwhichiscalculatedforlocatingtheliftingpointsofthebeam。Fromthiscomparison，aconclusionCanbedrawnthatthemodified‘‘randomguess’’algorithmisabettermethodinsolvingtheproblemofliftingpointsforthestructures.Thepyramidgridspatialtrussesaretakenasthelong—spanspatialstructuremodelsforconstructioncalculation.Theform,span,additionalloadofstructuresandthepositionstyleoftheliftingpointsaretakenasmainfactors。Thestressratioofthestructuralmembersandthedeflectionofthestructuresduringconstructionaretakenasevaluationindex。Then,theeffectsofeachfactoronthenumberofliftingpointsrequiredinthewholestructureliftingareanalyzedrelatively。Inordertoconsidertheeffectsofallfactorstogether，theorthogonaltheoryistakenascriterionfordesigning48standardtrussmodels.Theminimumnumberofliftingpointsforeachtrussduringliftingiscalculatedwiththemodified“randomguess”algorithm。Afterthis,basedontheleastsquaremethodandMatlabprogram,linearregressionaboutthecalculatedresultsisconducted.Aformulaforcalculatingtheminimumnumberofliftingpoints,whichisrequiredintheconstructionprocessoflong—span鰣dstructureswhenthewholestructureliftingisapplied,isderived。Consideringthepossibleeffectscausedbythenon-synchronismoftheliftingpoints,anon—synchronismlimitationalgorithmforliftingpointsinwholestructureliftingprocessisproposed.Thespanofthestructure,positionstyleoftheliftingpoints，numberoftheliftingpointsandthedistancebetweenadjacentliftingpointsIVAbstractaretakenasmainfactors.Theeffectsofeachfactoronthenon-synchronismoftheliffingpointsareanalyzedrespectively。Fromthenumericalresults，therelationsbetweenthefactorsandthenon—synchronismofliftingpointsarefound.Inordertoconsidertheeffectsofallfactorstogether,theorthogonaltheoryistakenascriterionfordesigning162standardtrussmodels.Thenthenon—synchronismlimitationalgorithmisadoptedtocalculatethenon—synchronismlimitationofeachstructure,foewhichthewholestructureliftingmethodisadopted.Theregressionofthecalculatedresultsisconducted.Aformulaforcalculatingthenon—synchronismlimitationoftheliftingpointsduringconstructionprocesswhenthewholestructureliftingmethodisadoptedforthelong—spanspatialtrussesisobtained。Basedonthecharacteristicsofthewholestructureliffingmethod,arationalconstructionflowdha】噸isputforwardforthelong—spangridstructureswhenthewholestructureliftingmethodisadopted。Then，consideringthespecialsituationsinthepracticalprocessofconstruction,thecrucialtechnicalproblemsincriticalstepsoftheconstructionarefoundout.Accordingtotheparticularitiesoftheproblems,somecorrespondingconstructionmethodsandmechanicsanalysismethodsareputforward.Thenaconclusionisdrawnthatiftheregressionformulasareadoptedincalculatingthenumberandlocationoftheliftingpointsandnon—synchronismlimitationbeforethelifting,theconstructionprocedurewillbesafeandeconomical.KeyWords：long-spanspatialsteelstructure,wholestructureliftingconstructionmethod,thenumberandlocationofliftingpoints，thesynchronizingcontrol,modified‘'randomguess”algorithm，linearregression，non-synchronismlimitationalgorithmV同濟大學學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明:所呈交的學位論文,是本人在導師指導下,進行研究工作所取得的成果.除文中已經注明引用的內容外,本學位論文的研究成果不包含任何他人創(chuàng)作的、已公開發(fā)表或者沒有公開發(fā)表的作品的內容。對本論文所涉及的研究工作做出貢獻的其他個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本學位論文原創(chuàng)性聲明的法律責任由本人承擔。學位論文作者簽名：》奄吝年6只魄El學位論文版權使用授權書本人完全了解同濟大學關于收集、保存、使用學位論文的規(guī)定,同意如下各項內容：按照學校要求提交學位論文的印刷本和電子版本；學校有權保存學位論文的印刷本和電子版，并采用影印、縮印、掃描、數(shù)字化或其它手段保存論文;學校有權提供目錄檢索以及提供本學位論文全文或者部分的閱覽服務;學校有權按有關規(guī)定向國家有關部門或者機構送交論文的復印件和電子版;在不以贏利為目的的前提下,學校可以適當復制論文的部分或全部內容用于學術活動。學位論文作者簽名：》咄年6只16El第1章緒論1.1引言第1章緒論我國大跨度空間鋼結構自上個世紀五六十年代開始建造并不斷發(fā)展，其結構形式逐漸趨向多樣化，從最初的網架、網殼發(fā)展到預應力網格結構、空間管桁結構、膜結構、張弦結構等;截面形式從早期的圓鋼管，發(fā)展到現(xiàn)在廣泛采用的箱型鋼、H型鋼等；節(jié)點也出現(xiàn)了諸如相貫節(jié)點和鑄鋼節(jié)點等復雜的形式。隨著經濟的發(fā)展與社會的進步,大型空間鋼結構已經成為我國發(fā)展最迅速、最活躍、最具特色的建筑類型之一【l】【21。要推廣大型空間鋼結構的應用,必須考慮設計和施工兩方面的要求。在結構設計的過程中應使得大跨度鋼結構構件滿足強度、穩(wěn)定等要求并應考慮施工的可能性及方便性,施工安裝則應該在實現(xiàn)大跨度鋼結構的優(yōu)雅外觀,滿足其建筑的美學功能的同時，保證其設計預計的幾何和構造條件。工程與科學技術的發(fā)展使得大型復雜鋼結構的設計簡單可行，但由于結構的復雜性、施工方法的多樣性、施工過程各種因素相互影響,使得對結構的施工過程進行合理的計算分析變得十分困難。因此,迫切需要系統(tǒng)研究大型空間鋼結構的施工技術及其相關分析計算理論,使其施工過程建立在科學、定量分析、虛擬現(xiàn)實的基礎上,從而確保施工過程的工藝先進、安全可靠、經濟合理。1。2大跨度空間鋼結構的施工方法現(xiàn)代大跨度空間鋼結構可分為三類:剛性結構體系、柔性結構體系以及剛柔組合結構體系,不同結構體系在其建造成型過程中所采用的施工方法也不盡相同。在施工過程中,為了保證大跨度空間鋼結構的安全性及經濟性,必須針對不同的結構體系選擇合理的施工方法。1.2。1剛性大跨度空間鋼結構的施工方法剛性大跨度空間鋼結構是指無需對結構施加預應力,其本身便具有足夠的第1章緒論剛度和空間穩(wěn)定性的結構,如網架、網殼以及空間桁架等.目前,凄類結構的施工主要采用以下幾種方法：11高空散裝法高空散裝法是將小拼單元或敞件（單根桿件及單個節(jié)點值接在設計位置進行拼裝的方法,有全支架和懸挑法兩種。全支架法多用于散件拼裝，而懸挑法則多用于小拼單元在高空總拼的情況。由于小拼單元或散件是在高空進行拼裝,因此在施工過程中無需用大型的起重設備，而需用大量的腳手材料p】。工程應用：奧運主體育場—-鳥巢結構，如圖I1所示。幽11采用高空散裝法施工的鳥巢結構21分條或分塊安裝法分條或分塊安裝法是指將結構分成條狀或塊狀單元，然后分別由起重設各吊裝至高空毆計位置就位,最后再連成整體的安裝方法。分條或分塊安裝法中大部分的焊接和拼裝工作在地面進行,在提高工程質量的同時節(jié)省了大部分拼裝支架?？７椒ㄟm用于分割后的單元具有足夠剛度并能夠保證自身的幾何不變的結構的施_丁，否則應采取l臨時加固措施n工程應用:國家大劇院㈡如圖12所示.熟a主要構件地面預拼裝b1主要構什安裝圖12采HJ分條或分塊法施工的國家人劇院31整體吊裝施工方法一第1章緒論整體吊裝施工方法足指結構在地面上總拼后。采用吊午、液壓千斤頂系統(tǒng)以及纜索等起重機具，將結構安裝就位的施工方法Ⅲ。工程應用:北京西客站=E站房鋼門樓q如圖1.3所示。^圖l3采用整體吊裝法旆工的北京西客站主站房鋼門樓41滑穆法滑移法是指將分條的結構單元在事先設置的滑軌上單條f或逐條滑移到設計位置并拼接成整體的安裝方法。按滑行方式分為單條滑移法和逐條累積滑移法;按滑移過程中摩擦方式可分為滾動式滑移和滑動式滑移；按滑移過程中移動對象可分為胎架滑移和結構主體滑移;按滑移軌道布置方式可分為直線滑移和曲線滑移：按滑移牽引力作用方式分為牽日F法滑移和頂推法滑移.結構的施工一般是架空作業(yè),可以與下部其他施工平行立體進行.并且對建筑物內部施工影響較小,因此可以縮短施工周期。另外，采用該方法施工無需大型起重設備和牽引設備口】。工程應用：重慶江北國琢機場航站主樓【6】，如圖14所示。圖14采用槽移法施i的重慶江北國際機場航站主樓51攀達穹頂（pantadorae體系施工方法攀達穹頂體系施工方法雖早是由日本法政大學教授川口衛(wèi)所提出的。在旆工過程中，首先暫不安裝某些部位的桿件，使結構處于一種可以折疊的狀態(tài),第1章緒論然后用液壓頂升或者是采用向穹頂內吹氣施加氣壓的方法把結構安裝到設計標高位置，最后連上前面未安裝的桿件，此時一個幾何可變的機構即被“鎖住”并變成了一個穩(wěn)定的幾何不變結構m嗍。攀達穹項體系施工方法的基本原理如圖1。5所示吼圈15攀逃穹順體系施工方法的基本原理工程應用：R本奈良大會堂。6折疊展開法折疊展開法的施工原理與攀達穹頂（pantadome體系施工方法較為相似，在施工初期需要去掉結構中的某些桿什,將結構在地面上折替起來,然后將結構提升到設訓高度,最后補上未安裝的構什，使結構在整個施上過程葉1經歷機構一結構的變化過程。但是與更適合于雙曲率結構旌_【=的攀達穹頂體系施工方法相比，折疊展開法更適用于單曲率結構.T程應用：河南省鴨河u電廠干煤棚柱面網殼【”】,如圖1.6所示。7臨時塔提升法嘲圉L6南附鴨河口電廠干煤柵網殼結構施工過程第1章緒論巴克明斯特?富勒(BuckminsterFuller采用的臨時塔方法首先在穹頂?shù)闹行慕ㄒ粋€I臨時塔,從塔頂上用鋼絲繩懸掛起同心拼裝好的穹頂?shù)囊徊糠郑S著組裝的進行,穹頂也逐漸被提升起來【l¨.工程應用:美國夏威夷市某穹頂。8針對局部單雙層網殼結構的特殊施工方法局部單雙層網殼結構是在雙層網殼的基礎上應用等強度殼體理論而形成的一類大跨屋蓋結構,在等強度殼體的較薄區(qū)域設置單層網殼，較厚區(qū)域則采用上下弦層曲率相同的雙層網殼，在單、雙層的交接處建立剛度漸變區(qū)。這類結構的安裝以前一直采用傳統(tǒng)的高空散裝法,近幾年工程技術人員針對結構特點對施工方法作了較大改進,提出了滑移腳手架安裝法和雙層骨架一單層網殼分別提升法【12】。①滑移腳手架安裝法滑移腳手架安裝法又稱活動支架安裝法。其施工過程是先在高空拼接形成骨架(即雙層網殼部分，然后在搭設的活動支架臺上對稱循環(huán)地安裝單層網殼,從而完成整個結構的拼裝.施工時為控制結構的撓度一般需加設少量臨時支撐.工程應用:廣東省新興縣體育館。②雙層骨架——單層網殼分別提升法利用這種方法時首先要提升骨架，提升前在地面分塊拼接好雙層骨架，然后利用周邊剛度較大的混凝土柱來做提升塔（或加臨時短柱進行起吊,接著再用拔桿直立提升單層網殼，最后在高空將單層網殼與雙層骨架拼裝起來。工程應用：廣西省桂平市體育館。1.2。2預應力大跨度空間鋼結構的施工方法預應力大跨度空間鋼結構屬于剛柔組合結構體系，工程上常見的有預應力網架(殼、斜拉網架(殼、張弦梁(拱、預應力桁架、弦支穹頂?shù)葞状箢?。對于此類結構而言,施工方法不但影響結構安裝時的應力狀態(tài)，而且將決定結構的最終應力【l31.下面以目前較為流行的張弦梁、弦支穹頂結構為例闡述預應力大跨度空間鋼結構的施工方法。1張弦梁結構的施工張弦梁結構(BeamStringStructure是由上弦剛性拱(或組合桁架、撐桿以及5第1章緒論下弦柔性索組成的自平衡預應力結構.在旌工過程中.張弦梁結構的上弦剛性拱粱可在地面組裝后。再吊至設計位置安裝或搭設滿堂腳手架至設計標高在高空原位拼裝:其下部拉索則可以按照掛(穿索斗索桿節(jié)點固定斗張拉索一張弦粱形狀調整這一步驟進行施工。通常情況下,結構對預應力的輸入比較敏感,因而預應力的施加要分步進行,以免施加預應力（如超張拉liq-使結構產生過大的內力或變形Ⅲ1。工程應用：廣州國際會展中心、哈爾濱會展體育中心，如圖17所示.槲鵠麟a1Jl州國際會議展覽中心b哈爾濱會展中心圖17張弦粱結構1程施I實例2弦直穹頂結構的施工弦支穹頂結構的構成理念來自于張拉整體體系(Tense印tySystem及單層球面網殼【”］。改結構體系的特點是通過給環(huán)索和斜索施加合理的預應力來減小和控制單層網殼的變形和構件的內力，降低外環(huán)梁的推力,增加單層網殼穩(wěn)定性,防止結構產生過大變形,從而充分發(fā)揮柔性結構良好的抗震性能和剛性結構良好的抗風性能。弦支穹頂結構的施工方法困內尚處在探索研究階段,目前多采用先安裝上層兩殼部分后進行環(huán)向索張拉的方法。其上部兩殼結構可以采用耵述剛性空間結構的埔工方法；下部索的張拉施工則任上部網殼安裝后進行，由rF部索為空蚓布置且相互聯(lián)系,兇而其張拉需要預先計算并確定合理的張拉控制方案。欠跨比小的弦支穹頂結構的上部單層網殼剛度相對較小、穩(wěn)定性差，因此該部分小能聚用整體安裝的方法，甭則網殼可能還末安裝好就失穩(wěn)倒塌?，F(xiàn)階段推薦采用的施工方法是把整個結構沿徑向按網殼桿件及拉索布置劃分成數(shù)圈,每圈為一個施‘【單兀。每個施工步完成。個施T單元的安裝及張拉,這樣在每一圈安裝且張拉完成后,都形成一個穩(wěn)定且有定承載能力的結構,該結構本身就可以作為下一圈施工時的腳手架，后續(xù)結構部分可以在前面結構的基第1常緒論礎上進行施工安裝及張拉，從而實現(xiàn)分步無腳手架施工安裝【"l。工程應用：沌口體育館,如圖l—8所示.固1.8沌口體育館弦支穹頂結構工程施工實例1。2.3柔性大跨度空間鋼結構的施工方法柔性鋼結構包括懸索結構、索網結構、索穹頂、索桁架、整體張拉結構、膜結構、索膜結構等。該類結構必須通過施加預張力才能成形,結構的受力性憊依賴T—自身的形狀，且結構單元只能受拉【m.與預應力結構相同，柔性鋼結構中單元的預應力施加與控制是施工的重點㈣。1索結構的施工懸索結構采用高強鋼索和輕質屋面材料制成,其自重較輕，安裝時不需要大型起重設備及腳手架，因此安裝方便,施工費用較低.但是由于鋼索本身是柔性材料.在自然狀態(tài)下沒有剛度，故必須施加一定的預應力才能賦予其一定形狀,成為在外荷載作用下具有必要剛度的穩(wěn)定結構。懸索結構的一般施工順序是：①建立支撐結構（柱、圈梁或框架并預留索孔或設置連接耳板:②把經預｛t并按照準確長度準備好的鋼索架設就位；③將鋼索調整到規(guī)定的初始位置并安裝錨具臨時固定:@按步驟進行索的張拉并鋪設屋面09]。工程應用：日本天城索穹頂,如圖19所示。、｛、審圖l9口奉天城索穹頂結構第l章緒論2膜結構的旆工膜結構是近二十年才發(fā)展起來的一種新型結構,其安裝方法因結構類型和場地情況的不同而有所區(qū)別.對于剛性邊界的膜結構,可采用就近地面張拉，連同邊界構件一起吊裝的方法;也可采用現(xiàn)場空中拼裝，空中張拉的方法。對于柔性邊界膜結構,一般都采用現(xiàn)場吊裝就位后再逐步張拉的安裝方法.膜結構施T安裝中,膜材的剪裁精度,膜材的張托順序以及預張力的施加方式均是旆工的關鍵技術”o】。工程應用；蕪湖體育場,如圖1_10所示.削llO蕪湖體育場以上方法是口前大跨度空間鋼結構施工的基本方法，它們均具有各自的特點和相應的適用范圍。通常在確定一個特定結構的施工方法時需要參考以F幾個原則【21】：①結構的形狀和結構形式；②工程的成本;③結構的跨度和蘑艟:④施工的安全性：⑤旆工的工期;⑥屋面上的改各安裝情況。1.3整體吊裝施工方法的分類及其應用整體吊裝施工方法包括整體吊升法、整體提升祛和整體頂升法。目前。建筑結構艦模的擴人以及重型機械的應用，使得談方法成為剮性大跨度空劇錒結構施工的首選方法,因此本文將這種施工方法作為研究的重點。‘Jtt，期的高寧散裝以及分條、分塊的安裝方泣相比,整體吊裝施T方法具有以下優(yōu)點[22I：①結構在地面投影位置拼裝，減少高空危險作業(yè)，可以保障施丁人員的安全；②u,以與F部工程同時進行,縮短工期:③減少l臨時支撐,節(jié)約臨時工程的費用;④低能耗，低噪音，具有良好的社會效益和環(huán)境效益.第1章緒論1.3.1整體吊升法1整體吊升法概述整體吊升法是使用較早的一種大跨度空間鋼結構的施工方法，該方法將結構在地面上總拼后，用拔桿或起重機等起重設備將其吊裝就位.由于整體的就位全部依靠起重設備來實現(xiàn),所以起重設備的起吊能力和起重移動控制在整體吊升法中尤為重要【23】。2整體吊升法的施工工序包括以下三個步驟（如圖1.11所示：①設計位置地面組裝結構,做好吊裝準備;②利用提升設備將結構提升至設計標高；③結構安裝完畢后，拆除臨時支撐。疊轷a地面組裝，準備吊升‘\j.八‘、./。,\j，j？、^_\l/IIlIIlb吊升途中‘卜/卜/卜/I『c吊升就位圖1。11整體吊升法的施工工序3整體吊升法的適用范圍【24】①現(xiàn)場方便安裝撥桿等臨時支撐或重型起重設備進場方便的工地；9第1章緒論②當施工方案為采用就地與柱錯位總拼時，應以撥桿為起重設備;③當施工方案為場外總拼時，應采用履帶式、塔式起重機吊裝.4整體吊升法的技術要點①在采用多根撥桿吊裝網架時,必須按照吊裝狀態(tài)、移位狀態(tài)、就位狀態(tài)對結構進行力學分析【25】;②在吊裝時應注意每根撥桿兩側滑輪組夾角相等、上升速度一致，空中移位時,每根撥桿的同一側滑輪組鋼絲繩徐徐放松，防止出現(xiàn)由于兩側水平力不等而推動結構移動或轉動的情況發(fā)生【261;③結構就位時，一側滑輪組應停止放松鋼絲繩而重新處于拉緊狀態(tài)；④采用多根撥桿吊裝時，應盡量做到吊裝同步，即保證各撥桿以均勻一致的速度上升,從而減少結構的不均勻受力【271。1.3.2整體提升法11整體提升法概述整體提升法可以分為單提結構法、升梁抬升法和滑模法。單提結構法是結構在設計位置組裝后,利用安裝在柱子上的小型設備將整個結構提升到設計標高以上,然后下降、就位、固定【2引。升梁抬升法是結構在設計位置地面組裝，同時安裝支承結構裝配的圈梁,把結構支座擱置于此圈梁中部，在每個柱頂上安裝上提升設備，這些設備在提升圈梁的同時,抬著結構升至設計標高【29】。升網滑模法是結構在設計位置地面組裝,柱子則采用滑模施工，結構的提升需要利用安裝在柱內鋼筋上的滑模用千斤頂或勁性配筋上的升板機,一邊提升網架,一邊升模板澆筑柱子【30】.2整體提升法的施工工序包括以下三個步驟（（如圖1.12所示①地面組裝結構，安裝提升設備;②將結構從地面提升到設計標高就位；③拆除提升設備,完成結構安裝。a地面組裝，準備提升10第1章緒論JL］【]‘】C了‘【了C丁^,CD■口、J口A’‘j■，b提升途中3C1CZ一，v、,?VⅣ、￡■Cc提升就位圖1.12整體提升法施工工序31l整體提升法的適用范臥31】①適用于底部為群柱點支承的大跨度空間鋼結構；②由于使用的提升設備一般較小,因此該方法適用于場地狹窄時的施工;4整體提升法的技術要點①應對結構的施工過程進行分析，校核桿件的截面,對危險的部位進行必要的加固；②對吊點的同步性進行嚴格的控制，避免出現(xiàn)某些吊點受力過大的情況;③對可能出現(xiàn)的風載做好驗算工作,準備好應急方案;④根據現(xiàn)場的情況布置好提升設備并驗算其負荷能力。1。3.3整體頂升法1整體頂升法概述整體頂升法是將結構在地面拼裝成整體,然后用千斤頂將結構整體頂升到設計標高的安裝方法。與提升法不同,頂升法的千斤頂安置在結構的下面，另外在頂升過程中應采取導向措施,以免結構發(fā)生偏移轉動【32】。2整體頂升法的施工工序包括以下三個步驟(（如圖1。13所示①在離地面一定高度的地方組裝結構，安裝頂升設備和導向設備;②在導向設備的引導下頂升結構到設計標高;③將結構和支座連接好，拆除頂升設備和導向設備。第1章緒論a地面組裝,準備頂升b頂升途中●—JLc頂升就位圖1.13整體頂升法施工工序3整體頂升法的適用范圍①最適用點支撐的網架的施工；②隨著工業(yè)技術的發(fā)展，液壓頂升設備的能力得到了長足的進步，整體頂升法越來越多地應用于大跨度空間鋼結構的安裝【33】.4整體頂升法的技術要點①當利用結構柱作為頂升支架時，應驗算柱子在施工過程中的穩(wěn)定性【34】；②頂升法的千斤項安置在結構的下面,在頂升過程中應采取導向措施，以免結構發(fā)生偏移轉動；③對整個施工過程應進行全程的監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象應及時做出調整。整體吊裝法是一種特別適用于大跨度網格結構施工的方法,在整個施工過程中要盡量做好某些意外情況的應急準備,并避免在惡劣的天氣情況下進行吊裝工作。同時由于結構的組裝工作全部在地面進行,還應該協(xié)調好其與土建等其他分部工程之間的關系。12第1章緒論1.4大跨度鋼結構整體吊裝施工方法的研究現(xiàn)狀早在二十世紀五十年代國外便采用整體吊裝法對大跨度空間鋼結構進行了施工并取得成功，積累了一些經驗,但由于技術保密等原因，一直沒有公開的技術資料【351。國內學者對于整體吊裝施工方法及施工控制的研究早期主要集中在橋梁工程的相關領域【36H3引，而對大跨度空間鋼結構的相應研究則較少。由于大跨度空間鋼結構在整體吊裝施工過程中表現(xiàn)出的力學問題和橋梁工程有較大的差異,使得對于橋梁工程領域的研究不能被借用，從而導致我國對于大跨度空間鋼結構整體吊裝施工方法的研究相對滯后。從20世紀90年代起，我國才開始對大型鋼結構整體吊裝施工技術進行研究,并先后應用于上海東方明珠廣播電視塔鋼天線桅桿超高空整體提升、北京西客站主站房1800t鋼門樓整體提升、北京首都機場四機位機庫和東方航空公司雙機位機庫、上海大劇院6075t鋼屋架整體提升,MFGA會展中心鋼結構屋蓋整體吊裝等一系列重大建設工程【5】【39H431,雖然施工最終獲得了成功,但其中存在的技術性、經濟性等問題并未得到很好解決。因此,迫切需要針對結構在實際施工過程遇到的具體問題提出系統(tǒng)性的解決方案。目前，國內外大型結構的建造主要集中在中國。因而，關于大型鋼結構施工安裝技術的發(fā)展，中國的技術水平以及研究相對較為先進,國外因建設工程少而相對較為滯后.1。4.1大跨度空間鋼結構在整體吊裝過程中存在的技術性問題目前，國內外的很多學者都曾指出不同形式的大跨度空間鋼結構在整體吊裝施工過程中存在的一些問題及相應的注意事項。通過查閱大量的文獻,這里總結出以下9個大跨度空間鋼結構整體吊裝時需要解決的關鍵性技術問題【4】[421【刪.【58】：1結構拆撐過程的模擬分析；2提升吊索的垂直度保證；3施工中可能存在的突發(fā)問題對結構性能的影響；4在施工過程中存在的剛體位移和彈性變形的耦合問題的影響；5施工過程中提升速率變化引起的動力效應對結構的影響;6'吊點的數(shù)量和位置的確定t,13第1章緒論7吊裝過程中各吊點移動不同步及其對結構內力和位移的影響;8_施工中的變邊界問題的模擬計算方法;9整個施工過程的動態(tài)模擬。根據對于各個問題解決程度的不同，可以將上述問題分為兩大類。一類是可以通過一定的施工手段、先進的施工技術以及現(xiàn)有的計算程序加以解決的問題;另一類則是目前的處理方法尚不完善，必須采用新的計算方法，選擇合理的控制參數(shù)進行分析驗算的問題。1。4。2第一類施工問題相應的解決方法上一節(jié)中的前5個問題屬于第一類施工問題,對于該類問題目前已經形成了較為成熟的解決方案，并己成功的應用于實際的施工過程中.以下將對各個問題相應的解決方法加以論述。1’結構拆撐過程的模擬分析在大跨度空間鋼結構整體吊裝施工過程中常常需要增加一些臨時支撐與結構一起組成一個穩(wěn)定可靠的工作系統(tǒng)。在永久結構成型以后，這些臨時支撐將會被拆除掉。此時，拆撐造成的內力重分配可能會對結構的局部受力產生較大的影響.在施工過程中，施工人員所采取的拆撐方案不同，拆撐過程對結構內力的影響程度也不盡相同,因此拆撐的方案設計以及在拆撐過程中結構受力分析方法的選擇都是十分關鍵的問題。文獻【59]認為在設計結構的拆撐方案時應該考慮以下幾個原則:①受力體系轉化引起的內力變化應是緩慢的過程；②參與受力的各桿件應處于彈性狀態(tài)并逐漸趨近設計狀態(tài)，不允許結構構件出現(xiàn)永久變形；③各支撐點的卸載變形應當協(xié)調;④拆撐應易于控制、安全可靠。同時該文獻還提出了分析拆撐對結構構件內力影響的方法,即MEKA法。MEKA法又稱生死單元法，通過“激活"或者“殺死"在計算模型中已經存在的單元來改變結構的剛度矩陣，從而表征各個單元對結構受力的影響。這種方法由于建立在功能強大的ANSYS平臺之上,應用比較簡單,結構在不同施工階段的內力和變形的分析可以采用同一個計算模型完成，大大地節(jié)省了時間,提高了效率。2提升吊索的垂直度保證文獻[60】中指出，整體吊裝施工過程中保證提升吊索的垂直度主要是基于以14第i章緒論下兩個方面的要求：①錨具對吊索垂直度的要求；②提升架以及纜風系統(tǒng)對吊索垂直度的要求。如果鋼絞線垂直偏移較大,將對提升架以及纜風系統(tǒng)產生較大的水平分力，對整個提升系統(tǒng)不利。同時，文中列出了測控提升吊索垂直度的三個方法：①在結構提升的過程中,用經緯儀全程跟蹤鋼絞線的水平偏移量,設定邊界值；②用全站測距儀測量結構的提升高度并列出結構提升高度與其水平滑移距離的對照表；③設置導向裝置。31施工中可能存在的突發(fā)問題對結構性能的影響文獻[611中指出了針對提升過程中的意外情況(大風、雷雨、停電等可以采取如下措施：①掌握短期內天氣預報；②保證電力供應協(xié)調;③提升控制系統(tǒng)應具有超差或斷電停機保護功能;④一旦高差超差，系統(tǒng)自動停機,系統(tǒng)進入安全行程狀態(tài)后，檢查超差停機原因；⑤具有防止結構在提升過程中因風載荷而產生擺動的措施（如滑輪、纜風繩等。4在施工過程中存在的剛體位移和彈性變形的耦合問題對結構的影響結構在整體施工的過程中會存在一個相當大的剛體位移，因此,有人會認為剛體位移和結構構件彈性變形的同時存在而產生的耦合效應將使得結構中某些構件的內力發(fā)生變化。從理論上對這一問題進行計算與分析具有一定難度,這主要是因為傳統(tǒng)的基于位移的有限元方法只能應用于動定的結構系統(tǒng),而不能對這種混合變形問題進行求解。當結構中某點處的剛體位移超過限度時,會導致總體剛度矩陣奇異而使得計算無法進行下去。表面看來剛體位移和彈性變形的耦合對結構的作用是一個很棘手的問題,但是在實際的施工過程中,這一問題是可以通過采取相應的施工手段來避免的。一般的做法是：在起吊的初始階段通過分步加載的方法使整個結構只發(fā)生彈性變形而并不產生剛體位移,當結構達到設計要求的形態(tài),并且各吊點的提升力達到設計值時再進行整體提升.當結構升起后,則需要嚴格控制速度使提升緩慢進行,這樣就使得結構在只存在剛體位移而不會存在額外的彈性變形。換言之，在整體施工的過程中是可以通過采用合理的施工方式將剛體位移和彈性變形分開考慮的,這在施工行業(yè)里被稱之為“姿態(tài)控制"。5施工過程中提升速率變化引起的動力效應對結構的影響大跨度空間鋼結構的整體吊裝施工是一個相對慢速的過程【62】,通常情況下需要幾天甚至十幾天，因此在吊裝過程中速率對結構的動力影響是可以忽略的。15第l章緒論然而，吊裝機具在啟動和制動瞬間對結構的動力影響是必須考慮的。文獻［63】指出,在設備啟動或制動時產生的沖擊荷載作用下,結構構件的受力與采用靜力分析方法得到的結果是有一定差別的,但是由于阻尼的存在，結構構件最終的內力和位移都趨近于靜力分析方法的相應計算結果。為了安全起見,文中建議通過將結構的靜力分析結果乘以1。2～1.6的動力系數(shù)來考慮設備啟動或制動時對整個結構的動力影響.上述的各個問題是在大跨度空間鋼結構整體吊裝施工過程中較為常見的問題，其相應的處理方法具有一定的通用性,可以被其他類似工程借用。1.4.3第二類施工問題目前的處理方法及其局限1.4.1節(jié)中提到的9個關鍵性技術問題中后4個屬于第二類施工問題。其中吊點的數(shù)量和位置的選取以及吊裝過程中吊點不同步限值的確定屬于參數(shù)控制問題;施工中變邊界問題的模擬計算屬于結構體系轉換問題；施工過程的動態(tài)模擬則屬于仿真問題。本節(jié)將在闡述目前對于第二類施工問題的處理方法的基礎上指出相應問題的研究局限.11整體吊裝過程中參數(shù)控制問題的研究現(xiàn)狀及研究局限由于吊點的數(shù)量和位置的選取以及吊裝過程中吊點不同步限值的確定問題與結構本身的一些參數(shù)有關，因此將其歸為參數(shù)控制問題。(1吊點的數(shù)量和位置確定問題的研究現(xiàn)狀與研究局限如何選擇吊點是任何一項整體吊裝施工工程都無法避免的問題,結構體系的不同決定了吊點選取的原則也不盡相同.文獻［49］中，選取吊點時考慮到便于在鋼屋蓋整體提升就位后能夠順利安裝支承鋼柱牛腿這一問題,將提升點布設在12根鋼柱處。文獻[52】中,結構屋蓋由沿徑向呈輻射狀分布著的24榀主桁架與環(huán)向10榀桁架正交組成。在施工過程中吊點的選取原則是：①保證屋蓋整體結構受力合理;②保證各提升工具受力相同且不產生側向剪力;③保證土建支撐面不被破壞并兼顧節(jié)省材料。文獻[54］qh,鋼結構屋蓋為投影面積達46000m2的管桁架結構，在進行施工的過程中以現(xiàn)有吊機的起吊能力作為參考,在主桁架吊裝時采用四個吊點.同時考慮到主桁架在施工過程中要進行翻身而且桁架本身側向穩(wěn)定性差這一工程16第l章緒論特點,最終又另外設置了四個輔助吊點.文獻[64】中，結構屋蓋為大跨度網架，在進行吊點數(shù)量的選擇時以提供的施工機具的提升能力為基礎，選取了24個吊點.吊點位置的選擇原則是減小起重機回轉半徑，并盡量在網架單元桿件受力均衡和形體對稱的部位布置吊點,從而保證桿件不處于超應力狀態(tài)。文獻[65】介紹了長126。6m、重150t的張弦桁架的整體吊裝。文中以桁架中各桿件特別是吊點附近桿件內力不超過允許值,并盡量減少桁架變形以及使吊裝時桁架的受力工況接近吊裝后工況為原則設置吊點位置。最終將吊點設置在張弦桁架兩端緊靠支座處的上弦桿上,為四點吊。文獻[66】介紹了總長140m、重154t的大跨度張弦鋼桁架的吊裝。由于結構重心約在屋蓋主桁架高度的1/3處,為防止桁架變形過大甚至破壞，且滿足吊機能夠在中間行走這一要求，在選擇吊點時考慮了以下因素：①吊點應盡可能靠近節(jié)點；②因采用的塔吊型號不同，吊機性能與起吊能力有一定差別，吊點的設置必須能同時滿足不同吊機回轉半徑、起吊能力及吊機行走的要求；③兩端吊點的中心不得低于桁架自身的重心，以免因桁架平面外的穩(wěn)定性不足而造成桁架的側向傾覆。文獻［67】中，提升結構為直徑150m、面積18240m2、高跨比為1/10的雙層網殼.安裝成型后整個結構支承于周邊傾斜的V字型鋼柱上,施工過程中該工程采用了分步提升逐步擴展主體的施工方法.施工前根據結構的自身情況以及現(xiàn)有的提升機具情況確定了吊點的數(shù)量和位置.我國的鋼結構設計規(guī)范(GB50017。2003的第8.6。5條明確規(guī)定:對大跨度屋蓋結構應進行吊裝階段的驗算,吊裝方案的選定和吊點位置等都應通過計算確定,以保證每個安裝階段屋蓋結構的強度和整體穩(wěn)定。然而,從上述參考文獻所涉及的內容不難發(fā)現(xiàn)，目前絕大多數(shù)大跨度鋼結構在進行整體吊裝施工時都是以安裝機具的能力或者與下部土建的施工配和情況等非結構因素為原則確定吊點的數(shù)量與位置。僅有少數(shù)工程在根據現(xiàn)場情況確定吊點位置后考慮了由于吊點的設置對結構構件內力和變形的影響，卻沒有工程從結構本身的受力特點出發(fā)，分析其在進行整體吊裝時應采用的最優(yōu)的吊點數(shù)量以及最合理的吊點位置。文獻［68】以單榀拱架為計算模型,分別對采用一至四個吊點進行吊裝時的拱架進行了力學分析。從計算結果可以看出，如果吊點的選擇不合理，會發(fā)生諸如被吊結構中局部桿件由于應力比超限而發(fā)生強度或者穩(wěn)定破壞以及被吊結構17第1章緒論整體變形過大而不能準確安裝的問題。該文獻雖然分析了吊點數(shù)量和位置選取的不同對結構構件內力的影響,并得到了所選結構在施工過程中理想的吊點數(shù)量,然而其并未分析吊點數(shù)量和位置的確定與結構的一些固有屬性之間的關系.(2整體吊裝過程中吊點的同步性控制問題的研究現(xiàn)狀與研究局限吊點的同步性控制是大跨度空間鋼結構整體吊裝施工過程中最為關鍵的一項技術。由于此類結構冗余度一般很大(多次超靜定，因此由于吊點同步性控制不當而引起的吊點相對位置的改變將會帶來結構構件內力的變化,從而使得局部構件發(fā)生強度破壞或失穩(wěn),更有甚者會導致整個結構在旌工過程中產生傾覆現(xiàn)象。目前很多文獻都提到了保證提升同步性對于大跨度空間鋼結構整體吊裝的重要性,并根據工程的具體情況提出了相應的同步性控制方法。文獻【23]中吊裝的結構為由3片彼此獨立的焊接空心球節(jié)點網架組成的屋蓋.起吊前網架呈水平狀態(tài),由于在吊裝過程中設置的吊點多達24個，同步性控制十分困難.該工程采用控制網架的吊升行程(即豎向位移，觀測網架的水平位移的“等步間歇，觀察糾偏''法控制吊裝同步。另外,作為輔助手段，該工程在四周球節(jié)點位置懸掛吊墜以觀測起吊過程中網架的水平擺動情況,并據此調整各吊點的吊升速度,從而將吊升的不同步控制在規(guī)定的范圍內.文獻【50］中采用液壓同步提升技術對空間桁架進行安裝,在施工過程中設置了一個主動吊點和三個以主動吊點位置為參考的從動吊點，整個施工過程的提升速度通過主動吊點來控制，從而保證提升同步。文獻［64】中介紹了采用多臺汽車吊機進行整體吊裝時保證施工同步性的關鍵技術，具體如下:①對所有吊車司機進行詳細的技術交底，并統(tǒng)一指揮信號,做到步調一致;②所有吊車的站位布置必須與進行吊點受力驗算時采用的計算模型相符合；③吊車起重機起升速度要求一致，起重鋼絲繩的預緊力則需要和起吊力相一致;④吊裝時用水準儀觀測和控制網架的平衡度。在文獻［65】中采用以計算機控制為主，以人工觀察為輔的同步性控制方法。計算機控制是指在起吊過程中,通過位移傳感器將吊裝點提升的距離信息反饋給計算機，計算機根據得到的距離信息和預設的誤差允許值適時調整吊裝速度及吊點偏離位移。人工觀察是指在結構兩端派專人負責觀察結構在吊裝過程中的位置并隨時向控制中心匯報，從而使張弦桁架兩端的高差始終控制在50mm以內。文獻［69］中提升的結構為162mX108m的抽空四角錐網架。施工中采取的同第1章緒論步性控制的方法是：正式起吊前在網架四角分別掛上一把長鋼尺以控制四角高差不超過lOOmm,在提升柱頂安裝標高以下的一段高程中,采用每起吊lm進行一次檢測的方法，并根據四角丈量的結果，采取就高不就低的原則調節(jié)提升力從而保證提升的同步性。文獻［70】中利用“標牌等步法”來控制87mX72m的空間空心球節(jié)點網架結構在進行整體吊裝施工過程中的同步性。具體做法是:①在每根柱的側面用經緯儀定出標準點；②將鐵線一端焊到每根柱所對應的空心球節(jié)點上做為指針；⑨按柱上標尺進行同步起吊。利用該方法保證提升高差不超過吊點間距的1/400.文獻【71]中進行整體吊裝施工的結構為支承于4個鋼筋混凝土簡體結構上的49mX49m的網架,在施工過程中采用了純人工監(jiān)測的方法來保證吊裝的同步性。由總指揮下達命令,在4個鋼筋混凝土筒體處分別設監(jiān)測員負責觀測網架提升高度并隨時與總指揮聯(lián)絡，以便總指揮根據實際情況指揮調整網架高差。若某一吊點與相鄰吊點的高差超過允許范圍，則需調整相應卷揚機的卷繩速度,使這一吊點與其它吊點提升高度相一致.文獻[72]安裝的結構為高lOm的“Y"型柱,文中在介紹柱子的制作、運輸以及如何根據現(xiàn)場情況選取安裝機具的同時，提出采用人工監(jiān)測和儀器導航相結合的方法來保證提升的同步性。上述文獻中所提及的吊點同步性控制的各種方法的共同特點是：在施工過程中僅僅是通過計算機的幫助或人為的觀測手段保證各提升點的位移差不超過規(guī)范規(guī)定的允許范圍，而并未分析吊點提升的不同步對結構構件內力的影響。文獻[73】對于吊點同步性問題的研究有了一定的改進，文中分別計算了12種吊點不同步工況,并將計算得到的結構構件的最大內力和位移結果與平穩(wěn)提升時的結果相對比，從而說明在大跨度空間鋼結構整體吊裝施工時保證吊點提升同步的必要性。然而該文對于吊點不同步問題的研究仍然存在兩個方面的不足:①在泛泛的選取了12種不同步工況后，采用擬靜力的方法分析了處于確定不同步作用下結構構件的最大內力及位移,而并未從結構本身的角度出發(fā)確定結構在吊裝過程中的不同步限值;②該文獻只是分析了吊點的不同步對于選定結構的影響，而卻并未分析不同步情況對一類結構的影響規(guī)律.在過去的15年中，大跨度鋼結構的材料消費占總造價的比例由41％降至26%,而其安裝的花費所占的比例則已經從19%增長至27％f7鍆.如果可以采用一定的方法確定結構在整體吊裝施工過程中的各吊點的不同步限值,那么對于19第1章緒論受不同步影響較小的結構,施工單位可以適當放松施工控制的要求,從而在加快施工進度的同時避免由于過度考慮不同步的影響而帶來的浪費。而對于受不同步影響較大的結構則應采取較為高級的同步性控制方法以保證結構在施工過程中的安全。因此，從結構的角度出發(fā),準確的判定結構在施工過程中吊點的不同步限值對于施工控制方案的確定具有十分重要的意義。綜上所述，目前在解決整體吊裝施工過程中的吊點問題和同步性問題時所采用的一些方法還不能滿足現(xiàn)代大跨度空間鋼結構施工的要求,而且在很大程度上可能會給結構施工帶來安全方面的隱患。2整體吊裝過程中結構體系轉換問題的研究現(xiàn)狀及研究局限大跨度空間鋼結構在整體吊裝施工過程中存在的變邊界問題為結構體系轉換問題中的一種。由于在吊裝過程中結構的邊界條件可能與其在正常使用時的邊界條件不同,因此結構在提升到位的瞬間會發(fā)生邊界條件的變化，這個變化所作用的時間雖然較為短暫,但卻很有可能使結構內部的一些構件內力發(fā)生變化，從而導致其發(fā)生破壞。對于變邊界問題的線性靜力分析,可以采用對計算模型進行邊界條件的等效變換后將各部分結果進行線性疊加的方法得到最終的計算結果。例如,需要解決的問題如圖1.14所示：P{盯——L+P2卜I第一狀態(tài)第二狀態(tài)圖1.14擬解決的問題圖1。13中的第一狀態(tài)，通過結構力學知識可變換為如圖1。15所示的形式:P1P1e1e2—o2卜二—o+弘——式圖1。15第一受力狀態(tài)的結構力學變換圖1.15中0l和02為結構在第一狀態(tài)下支座轉角，此時原問題便可以等效為如圖1。16所示的問題:P1e102P2卜—L一+薩-—心+卜——一圖1。16擬解決的問題等效形式這樣便可以將變邊界問題轉換為簡單的邊界條件不變的靜力問題加以計第1章緒論算。對于變邊界問題的線性屈曲分析可以采用文獻［75】提出的強制約束法加以解決。強制約束法同位移法相似,需要在原有結構上增加附加約束條件.不同的是，強制約束法所施加的附加約束條件不再是未知的，而是將初始結構中求得的某些未知節(jié)點的位移以及該節(jié)點處的應力作為已知的條件施加到最終結構上,以達到“先固定后復原”的效果,從而使得修改后的模型能得到和原有結構在同樣荷載作用下相同的計算結果。采取強制約束法對結構進行線性屈曲分析時,計算模型應該符合下列假設：①構件為彈性體;②側向彎曲和扭轉時,構件截面的形狀不變；③構件的側扭變形是微小的;④不考慮殘余應力的影響;⑤構件在彎矩作用平面內的剛度很大，屈曲前變形對彎扭屈曲的影響可以不考慮。文獻[76]利用強制約束法分析了承受均布荷載作用的變邊界梁的線性屈曲問題，并得到變邊界梁在邊界變化后可以承受的臨界荷載啦與邊界變化前的荷載gl和的之間關系表達式:,式中:2一彳’且“吁l1鼉l11、'“?！?。5肚49≯l召≮7芝#礦c：等EIy（1蒯5—o。25聃644、24Z’’4’D-（等一2，=等剛窨展l—1.5al】日=丁8/.1—4q(字+芋吼fJ,G2+J,2婦反=堂—i-一一Yo其中，EL材料的彈性模量;e一材料的剪切模量;彳一截面面積;乃一截面繞Y軸的慣性矩；乃一截面的翹曲慣性矩；廳一截面的自由扭轉常數(shù);-卜截面繞x軸的彎矩;r均布荷載；M。一截面的約束扭轉力矩;棚布荷載作用位置；我的導師同濟大學羅永峰教授等利用強制約束法分析了國家大劇院鋼網殼在變