大跨度钢结构施工过程的结构分析方法研究王新亮

大跨度钢结构施工过程的结构分析方法研究王新亮

王新亮

河北建设集团股份有限公司河北省保定市071000

摘要：与其他施工用料相比，钢结构的稳定性更强，所以钢结构在过去的几十年里受到了广泛使用。但一些问题的存在在施工过程中不可避免，比如一些零部件安装的稳定性和结构的安全性等。如果在施工过程中，施工人员充分利用施工力学来研究分析大跨度钢结构，有以下两点优势，第一，团队能够高效快速的研究出最佳的施工措施，第二，能将大跨度钢结构分析结果和施工实测的数据结果进行对比，能更顺利地开展施工。本文主要是对大跨度钢结构施工过程中的结构分析方法进行探索与分析，对主要施工部门有一定的参考价值。

关键词：大跨度钢结构；结构分析；施工力学；研究

二十一世纪以后的建筑工程都向高层建筑不断发展，但是，建筑这个行业发展不太成熟，因为这些建筑工程的跨度还相对较小，而且这些跨度较小的建筑结构受力和大型建筑相比也不算大，所以，建筑施工完成前后的情况相似，无法做出更加明显的对比。因为施工受力，大跨度钢结构在施工过程中一部分可能会发生变形，尽管这些情况在施工之前就能预测得知，但如果在施工过程中不采取措施预防这些情况的发生，那最后成型的钢结构可能与先前的设计有所不符，而且会引起结构的不稳定和不安全。所以我们非常有必要进行一些大跨度钢结构的研究分析。

1大跨度钢结构施工力学概述

这些年来，我们经常会接触到关于大跨度结构的施工，建筑工程快速高效的发展离不开这写，但是，实施大跨度结构对于施工团队现有的技术来说有一定的难度。日常建筑工程的实施过程很容易，能够进行整体性施工，但大跨度施工可不行。它是一个阶段性的过程，当然也是一个连续性过程。阶段性和连续性这两个概念都不难理解。在施工受力方面，每个不同的施工阶段，我们都需要赋予不同的力量。因为每个过程结构的受力都不同。所以，每个阶段的材料变形都会有差别。综上所示，对大跨度结构进行受力分析非常必要。施工者一定要对大跨度结构施工中的每个环节点都要进行研究，只有在这样的前提下，施工完的建筑结构才能更加安全且稳定。

当相关工作人员进行力学分析时，可以采用先进的时间冻结法，按照有限元分析的步骤重新开始输入和划分，然后将上一次的结果作为下一次的数据，但和样做还是有一定的局限，计算量大大增加。因此我们必须认真考虑如何提高计算效率。当下，在这方面已经有很多计算方法被提出来了，其中有三种比较重要。第一种是一般单元法，我们可以通过单元的增加或减少来改变求解区域，但也有缺点，使用这种方法时网格需要不断进行分割。第二种是拓扑变化法，求解者可以通过拓扑原理使得求解区域根据时间来变化，但使用这种方法时间的变化次数不能太多，若是次数太多，会严重影响计算效率。第三种就是时变单元法，如果选择这种方式的话，我们必须保持离散网格不会发生变化，但是数值积分不会改变。以上三种方法在一定程度上都存在一些问题，还需要我们进行进一步的讨论。

2大跨度钢结构的施工特点

大跨度钢结构的刚度很强，因为这种刚度较强，所以发生变形的可能性也会大大降低，因此能够从线性理论这一方面仔细考虑变形这一问题，通过这个来解决力学问题。换一种说法，也就是要当大跨度钢结构处于变形量较少的时候来计算问题。索网，膜结构这些都包括在柔性结构内，他们的抗弯抗剪能力较弱，它们的构成形状也都取决于受力分布情况。为了避免外来力量对其自身产生的影响，大跨度钢结构就通过自身的变形来避免其影响。目前这个时代，建筑行业发展速度越来越快，因此大跨度钢结构的应用也会越来越广泛，这应该算是建筑行业发展的一种趋势。所以当下，从事这一行业的建筑设计师必须将施工结构分析方法运用到实际的建筑设计中来，使得建筑结构更加稳定，也进一步提升了其安全性。

3大跨度钢结构施工的力学原理及方法

3.1大跨度钢结构施工的力学原理

时变结构力学通常会分为以下三个方面：快速时变力学，慢速时变力学，还有超慢速时变力学。慢速力学这其中包含了施工力学。在建筑实施发展过程中，结构会不断发生变化，相关工作人员能够开展静动力分析，换一种说法，就是要探索理解其工作的时候存在的每一种可能出现的状态，并且研究其每一个状态中结构是否稳定。当然，在这一过程中，施工人员必须开展一些临时的支撑系统，和本来的结构能够完美的融合。这些都是我们需要花费精力去研究探索的。如果是想要使得这种大跨度钢结构和设计师提出的想法相同，那么必须要有详细的施工结构分析和一些精细的计算，这些工作都是不可避免的。相关施工人员必须按照结构设计的标准来探索最佳的施工方案。只有这样，工程的安全性和稳定性才能获得一定的保障。但是，不可避免的是，在施工过程中一定会出现一些典型问题，比如体育馆的一些整体吊装这种，只有设置很多节点，才能保证其稳定性的这种需要消耗大量的人力和物力的事情，所以相关工作人员必须高度重视这些存在的问题，及时处理解决。

连续性在大跨度钢结构的施工中非常重要，上一阶段的内力和移动位置对后期会产生很大的影响。设计者和施工者必须分析透彻每个时期的内力和移动距离才能保证最后结构的稳定性和安全性；除了这些之外，在开始施工后的每个阶段，温度，约束等各方面的指标都会受到一定程度的影响，所以相关工作人员只有必须要严格跟踪数据，最后才能显现出最真实的结果。当下，有限元的发展非常快速，比如MSC,ANSYS等都能完成对于有差别的结构的计算，而且相对完善，因为这一点，才有了更加强大的平台。但是这一平台不能实施跟踪这一措施，所以当下我们必须发展一条二次开发的道路。

拉格朗日列式在力学分析过程中使用比例非常之大，这种方法广泛应用于增量非线性分析，可以追踪到物体每个节点的改变，对于相关的施工者来说，大跨度钢结构的改变是一件非常重要的事情，构成其结构的任何一样东西加强之后刚度矩阵也会随之发生一定的改变，此时使用增量迭代的方法开始计算，将增加构件以前的结构状态当作基础，增加以后的结果当作最终状态。如此，就能全面的探索这个增加构建对结构带来的消极影响。相反，若是将减少构件以前的结构状态作为基础，在进行一系列的计算，这样就能得出最终的减少以后的结果，从而把其当作最终状态。但是，当遇到外界因素发生变化而必须要进行统一处理的时候，必须实时调整移动距离的列阵。

3.2大跨度钢结构施工的力学方法

根据四点原则可以更加确切的表明新增节点和构建的正确位置，一般情况下，通过前两点的原则能很清楚的表明，新增构建的尺寸和建的模型是一样的，在后两点原则之中又能够表明，新增构建的尺寸会发生变化，因此施工构件的过程中相关工作人员必须充分考虑问题，将这一问题考虑全面。若是工作人员考虑的不周到，构件能否顺利安装将会受到影响，除此之外还会产生一定的内力，影响结构。但总的来说，这种计算方法的效率还算高。

4总结

综上所述，对于分析大跨度钢结构的施工，施工力学这一方法具有很重要的价值和意义。第一方面，它能提高大跨度钢结构在施工过程中的安全指数，也能提高建筑结构整体的稳定性和安全性。所以，由此可得出结论，相关的设计者必须充分掌握钢结构力学分析原理，接着分析大跨度钢结构的具体施工过程，然后讨论出最佳的施工方案，使得在建筑行业能够广泛应用大跨度钢结构。

参考文献：

[1]孙伟.大跨度钢结构施工过程的结构分析方法研究[J].厦门工学院,2015.

[2]田黎敏.大跨度空间钢结构的施工过程模拟分析及研究[D].西安建筑科技大学，2010.

[3]李贵平.浅谈大跨度钢结构施工过程中的结构分析方法[J].化学工程的装备，2010.