摘要：随着我国建筑工程技术的不断发展以及建筑结构材料的不断更新，当前，我国工程领域中钢结构施工及应用情况也越来越多，尤其是在大型公共建筑施工中，对钢结构施工的应用表现非常广泛，在促进建筑结构形式的不断更新以及促进建筑结构施工的技术水平不断提升等方面，均起到了十分显著的作用和影响。值得注意的是，随着钢结构施工数量与施工应用的不断增加，针对钢结构施工的力学分析及其控制技术研究也越来越多。本文将结合当前国内外的大型复杂钢结构工程的设计与施工情况，通过建立一体化协同时变分析系统，对大型复杂钢结构工程施工中的力学分析与控制等有关问题进行论述，以为有关工程实践及研究提供参考。
关键词：大型；复杂钢结构；施工；力学分析；控制；新技术；研究
随着社会经济的快速发展与科学技术水平不断提升，我国的钢材生产量也不断提升，逐渐居于世界前列，为国内各项工程建设及有关行业发展提供了充分的材料支持。其中，钢结构作为建筑工程中较为常见的一种结构形式，随着我国钢材产量的不断提升，其在建筑结构施工中的应用也越来越多，比如国内比较著名国家体育场以及中央电视台大楼、深圳体育中心、深圳证券大厦等，都属于较为典型的大型钢结构建筑，它与普通建筑相比，在建筑结构设计上所面临的挑战和设计要求更高，并且对建筑结构的施工工艺与技术要求也明显提升，尤其是在进行建筑结构施工的力学模拟分析与控制技术研究中，需要对多个方面的各影响因素及问题进行综合考虑，已经不仅局限于传统建筑的结构改变等概念问题的设计分析层面，而需要从时间向空间上转变对建筑结构设计中的有关问题进行分析和考虑，从而确保钢结构建筑在建筑设计与施工中的安全性、合理性和可靠性，进而对建筑工程施工建设的质量和效益进行保障。为此，下文将结合国内外大型复杂钢结构建筑的设计与施工情况，通过建立一体化协同时变分析系统，并利用该系统对大型复杂钢结构建筑的施工力学分析及其控制新技术等有关问题进行研究，以供参考。
1一体化协同时变分析系统及其应用分析
一般情况下，在进行较为复杂的结构施工中，需要通过有限元模型建立以及针对复杂结构的具体施工过程进行模拟分析、施工控制、对成型结构进行评估等多个环节与过程的综合分析和考虑，从而对复杂结构的施工开展可行性与安全性、有效性进行评价判断，确保其在具体施工中的结构安全以及受力、位形等符合复杂结构施工的安全技术标准和要求，避免复杂结构施工中的各种安全问题和隐患发生。其中，一体化协同时变分析系统在进行复杂结构的有限元分析模型建立应用中，能够从结构的时变特性上对其进行综合考虑和分析，其中包含结构材料以及边界条件、结构荷载等时变内容。比如，某采用筒中筒结构形式的混合结构工程中，其外框筒的结构形式设计为钢管混凝土，核心筒为混凝土结构，并且对外框筒和核心筒之间采用水平伸臂的钢绗架以及楼板、梁进行连接，根据该混合结构工程的具体情况，由于其在施工过程中混凝土核心筒会产生相应的收缩徐变，引起内外筒结构之间的高差产生，从而对其结构构件的受力形成影响。针对这一情况，在具体施工分析中，就需要通过进行能够实现该混合结构中混凝土收缩徐变模拟分析的有限元单元分析模型建立，以在相应的模拟分析下对其结构受力变化及施工合理性进行评价和判断，从而确保该结构施工的安全与顺利实施。如下图1所示，即为能够用于复杂结构施工分析的一体化协同时变分析系统的具体结构示意图。
图1一体化协同时变分析系统的结构示意图
值得注意的是，采用该分析系统进行复杂结构的施工分析应用中，该系统中根据不同工程类型及其施工方案，分别设置有相对应的施工分析模块，因此，进行实际结构施工的分析应用作用优势十分显著。
2大型复杂钢结构施工的力学分析及控制新技术研究
根据上述对一体化协同时变分析系统及其在复杂结构施工分析中的应用论述，结合较为复杂的大型钢结构工程施工开展的实际情况，由于其施工开展中是以钢结构的“力”和“形”作为重点控制内容，而在一些刚性结构的施工中，由于施工企业多注重对“形”的控制，在“力”的控制上表现明显不足，再加上“力”本身在结构中的隐蔽性特征，导致对“力”的控制重视不足情况下，极容易引起各种结构施工安全及隐患问题发生，从而对整个工程的施工质量和效果产生不利影响。
以绿地中心·杭州之门二期项目中钢拱连桥及其钢结构悬垂屋面工程的施工情况为例，该项目中的办公塔楼是一座对称双塔结构办公楼，其办公楼底部是由一座最大跨度为75m、高度为34m的钢结构连拱桥及高度为65m的悬垂屋面钢结构进行连结，钢连桥的桥体是由大跨度钢拱与附属桁架组成，包含宴会厅与人行桥面两个不同的功能分层。此外，该项目中的钢结构悬垂屋面是由网状的刚性构件通过在两座塔楼之间“悬挂”形成，屋面形状呈逐渐倾斜、远离塔楼状，屋面结构的竖向支座设置在塔楼的第22层；对两座塔楼之间的悬挂屋面与墙面结构进行分类，主要包括悬垂屋面以及边界构件、悬挂幕墙三个不同的结构组成部分，该项目中的悬垂屋面几何形状基本是由全部重力荷载转换成网状单元的轴向拉力进行传递，对其整体表面可分解成关于两座塔楼呈中心对称的四个不同组成部分，各部分沿塔楼之间的方向设置有24条单元线和与其相互垂直的20条单元线。如下图1所示，即为以绿地中心·杭州之门项目建设的整体效果示意图。
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图1绿地中心·杭州之门项目建设的整体效果示意图
根据上述工程项目的具体情况，在进行该项目中钢拱连桥与钢结构悬垂屋面施工时，由于其钢结构形式较为特殊，并且施工难度较大，缺乏相应的施工经验与理论数据支持，导致其施工组织与开展的难度相对较大，因此，在具体施工中需要通过对施工全过程的有效模拟分析与计算验证，为施工开展提供相应的动态数据与量化指标支持，确保其施工建设的质量和结构安全等。此外，在上述大跨度钢结构工程的安装与卸载施工中，其施工方法以及顺序、质量等，都会对钢结构的内力变形产生相应的作用和影响，其中，钢结构安装施工后，其结构的内力状态属于施工临时支撑卸载工况的初始状态，根据这一情况，在对钢结构工程施工卸载全过程的模拟分析中，需要从钢结构的安装环节进行，对其上述初始态的结构内力位移情况进行确定基础上，实现钢结构安装施工等工作环节的结构内力变形及影响明确，为钢结构工程施工的顺利开展及其施工质量提供保障。结合上述钢拱连桥与钢结构悬垂屋面的结构体系特点，在具体施工中，经综合分析与考虑，对其施工开展的具体工序和流程确定如下：悬垂屋面网格结构安装、东西两端水平拉杆支撑安装、南北两侧侧墙杆件安装等，其中，在进行悬垂屋面网格结构的构件安装施工中，根据其构件类型不同可划分成东西两端的箱型悬挂封边梁以及由H型钢梁与圆管短柱组成的网格基本安装单元、H型连接梁、南北两侧箱型封边梁等不同结构部分，然后按照其具体施工要求和标准进行施工操作，以确保其整体施工质量和效果。
3结束语
总之，对大型复杂钢结构施工力学及其控制新技术研究，并对其在有关工程中的应用进行论述，有利于促进大型复杂钢结构工程施工中的力学分析及控制技术研究不断提升，从而促进有关结构工程及其施工建设的质量效果提升，推动钢结构设计在我国有关工程施工中的进一步推广和应用，不断提高我国的工程建设与施工技术水平。
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