重庆大剧院悬挑钢结构施工工况分析
摘要：本文介绍了重庆大剧院大悬挑钢结构的施工安装步骤，并使用SAP2000 V14和MIDAS/GEN7.3.0软件对整个结构施工过程（包括加载与卸载过程）进行了验算。整体施工模拟验算考虑了构件、荷载及边界条件的分步加载、分步卸载以及变形的逐步累积。通过施工分析得到各阶段结构的变形、应力及支座反力，验证了安装方案的可行性，也为现场安全施工提供依据，可供类似工程参考。
关键词：悬挑结构施工工况分析验算  变形  临时支撑
    重庆大剧院作为国内重点剧场工程，其结构为复杂空间结构，给结构设计、施工安装带来很大的困难和挑战。而作为本工程重中之重的是结构HJ3（如图2中所示的悬挑桁架）、SRC结构（与HJ3垂直且相连的钢骨混凝土结构，如图2的L轴线和H轴线右侧第一跨位置）及大悬挑下挂结构部分。其中HJ3最高就为13.6米，悬挑约43米，桁架下悬挂6层楼面，悬挂的楼面标高分别为8m、12m、16m、22m、26m、3lm，HJ3的顶标高为43. 58m。为了保证此部分钢结构在施工加载与卸载阶段的可靠性和安全度，对本部分结构进行施工阶段模拟施工工况分析验算是十分必要。结构整体三维图见图1．悬挑结构施工阶段立面图见图2：
1  施工阶段结构受力分析的必要性
    目前结构设计一般只针对使用阶段的结构进行分析，结构设计计算都是建立在结构使用阶段的力学模型上，此时结构已经形成一个整体，能够协同工作。而实际钢结构的自重等恒荷载是在施工过程中逐步加在结构上的，竣工时恒荷载产生的内力和变形也是由各施工步的效应依次累积而成，不同的施工方法和施工顺序，最后结构体系的内力和位移是不同的。对于一些大型复杂项目，安装顺序、施工措施等因素对竣工时结构的内力和位移状态有很大影响，甚至有些结构可能会在施工过程中由于结构丧失稳定性或发生强度破坏而导致工程坍塌事故。现代大型复杂项目的建设要求设计人员须对结构的施工过程进行分析，同时施工人员须预测和控制施工过程中结构内力和变形的发展和变化，以保证施工过程中结构的安全性以及竣工状态结构的内力和变形满足设计要求。
    施工阶段，整体钢结构的荷载主要是自重和临时施工荷载、风荷载、温度效益、施工误差等，由于这些荷载都很小，施工阶段主要考虑自重和临时施丁荷载的影响。施工阶段时构件处于弹性变形阶段，可以利用叠加原理。
    本工程悬挑结构在施工加载阶段，在悬挑结构的下部设置临时钢支撑，构件安装时，承载与稳定均能得到保证；主要是针对在施工卸载阶段，需要分级卸载临时钢支撑的反力，并通过对监测点的位移控制，来达到分级卸载的效果，避免一次性卸载可能导致结构瞬间受力而破坏失稳的可能，使悬挑结构缓慢进入正常使用阶段。
    总之，施工阶段验算可以为施工过程提供安全精确的数值结果，指导施工过程。
2施工分析方法
    本文整体施工阶段分析采用通用设计软件SAP2000 V14和MIDAS/GEN7.3.0完成。
分析的步骤如下：
    (1)建模。并把同一施工阶段内产生或消失的单元、荷载及边界条件指定为一个组，其中边界条件包括杆件端部的约束释放条件。临时支撑也需按阶段指定为组。
    (2)揩定徐变和收缩等材料特性。钢结构材料强度没有时间效应，不需要定义徐变和收缩材料特性。
    (3)连接已经定义的时间依存性材料和一般材料的性质。
    (4)按照实际施工顺序，利用预先定义
的单元组、边界条件组、荷载组来定义施工阶段。并指定每个施工阶段的持续时间。
    (5)定义钢结构施工分析条件，进行结构分析。
    (6)查看钢结构施工阶段分析结果。
    施工过程整体分析中考虑了以下荷载工况条件：
    (7)钢结构自重；
    (8)钢结构施工荷载；内力计算时取0.2倍的结构白重（含构件吊装动力系数）。
3施工阶段监测点布置
    在悬挑结构施工前，相邻框架结构己安装完成，相邻屋架己安装、焊接完成以及屋架整体支撑系统己完成，且SRC混凝土强度达到28天设计强度，也就是作为本悬挑结构侧向支撑的混凝土结构构件（剪力墙、混凝土梁柱、混凝士楼板）己浇注完成并达到设计强度。在这种情况下，同时保证5个临时钢支撑（1  #～5#，从右向左）正确设置并同时受力，为了解结构施工过程情况设置10监测点，如图3所示。
4钢结构施工工况模拟条件、边界约束和构件刚度假定
    (1)按照施工蓝图建立屋架、桁架、楼面梁、屋架间支撑系统的SAp2000模型；
    (2)对SRC钢结构位置采用混凝十等效刚度模拟钢骨绪构，保证与原结构刚度基本一致。
    (3)将SRC钢结构的位置调整指31. 000标高楼面位置。
    (4)在对应的SRC结构位置设置竖向连接杆件。
    (5)恳挑钢结构间的刚接联系梁改成两端铰接。
    (6)楼面主次梁与周边混凝土结构进行边界连接及屋面支撑系统与周边混凝土结构进行连接，并完全按照施工蓝图的要求设置边界条件，刚接的位置设置刚接，铰接的位置设置铰接。