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［摘要］為確保海峽文化藝術中心戲劇廳上部鋼結構的施工方案安全可行，采用MIDAS/GEN有限元程序進行施工安裝及卸載全過程分析。結果表明:在整個安裝過程中，胎架的變形和應力均在合理范圍內，卸載后結構各項指標也均滿足規范要求，說明該結構施工方案合理、可行。建議對卸載過程主體結構的變形和應力進行監測，出現異常情況及時預警，確保卸載過程主體結構的安全。

［關鍵詞］數值模擬;施工過程;監測

近年來，復雜結構越來越多且造型呈現出多樣性、奇特性。如何確保這些結構在成型過程中的體系平穩過渡、安全轉換往往是施工控制的關鍵。因此，施工過程力學分析是必不可少的［1－3］。對整個施工過程的應力及變形進行計算從而制定合理安全的施工方案，確保結構施工的安全。本文結合海峽文化藝術中心戲劇廳上部鋼結構的施工，利用MIDAS/GEN有限元程序對施工安裝及卸載過程進行數值仿真分析［4－9］，以期為施工安全提供技術參考和依據，確保施工方案安全可行。

1工程概況

海峽文化藝術中心項目的設計起點與靈感來源于福州市市花—茉莉花，其主建筑由歌劇廳、音樂廳、戲劇廳、影視中心、藝術博物館、中央文化大廳等單體組成，單棟建筑外形似“茉莉花花瓣”，按照扇形組合排列形成城市雕塑和茉莉花的形象，整體以“五片帆、一朵花”為理念，造型酷似一朵潔白的茉莉花(如圖1所示)，將成為閩江畔的夢幻建筑群。本工程戲劇廳(見圖1)地上鋼結構主要包括網架支撐柱、屋面桁架、各類支撐、焊接球網架、勁性鋼骨結構、舞臺鋼結構、屋面鋼梁、鋼樓梯、坡道鋼結構等，桁架上、坡道處、屋頂鋼梁處及追光室一層還鋪有壓型鋼板，結構形式多樣，如圖2和圖3所示。

2施工過程仿真分析

2.1MIDAS/GEN有限元分析模型。采用MIDAS/GEN有限元程序進行施工階段模擬分析，建立的計算模型為一整體模型，但考慮各個施工階段的影響，即程序會根據所定義的施工各個階段控制數據進行分析，在圖1海峽文化藝術中心項目分布示意圖圖2單層網架屋面結構分析某一施工階段時，程序將會凍結該施工階段的所有構件及后期需要加載的荷載工況，本階段完成狀態下的結構內力和變形，在下一階段程序會自動考慮(累加模型)，從而可以真實地模擬施工的動態過程。計算模型中梁、柱、斜撐構件均采用MIDAS/GEN軟件中的梁單元，樓板采用板單元進行模擬，建立的有限元分析模型如圖4所示。考慮節點重量等，取1.2倍的結構自重;施工過程的活載取1.5kN/m2。2.3數值模擬結果及分析。限于篇幅，圖5～圖11僅給出某些施工過程的結構變形和應力計算結果。根據以上分析結果進行統計，可以繪制出應力和變形隨施工步驟的變化曲線，如圖12所示。由圖12可知，整個施工過程中，應力和變形的變化趨勢基本一致，結構變形的最大值為32.6mm，出現在卸載之后，但卸載前幾個施工步驟變化并不明顯，一是卸載時采取分級卸載的方法，二是主體結構接近成形時的剛度較大，因此胎架卸載后位移變化較小。此外，結構的應力水平也比較合理，隨著施工過程應力基本呈階梯型增加，而在胎架最后應力突降，這是由于最大應力出現在胎架上，最大值為128.6MPa(第49步工況)，而當胎架卸載后，主結構的最大應力僅為76.0MPa，遠小于材料屈服強度，結構安全。

3結論及建議

復雜結構在成型過程中涉及到結構體系平穩過渡和安全轉換，文中采用MIDAS/GEN有限元數值模擬分析得到了施工過程關鍵部位最大應力和變形變化曲線，計算結果表明:整個施工過程中，胎架的變形和應力均滿足規范要求，且卸載后主體結構處于安全狀態，驗證了該施工方案合理、可行，從而為指導施工提供參考和依據。建議施工過程應進行必要的變形和應力監測，尤其在支撐胎架卸載過程，以確保施工過程安全。

作者:陳華 單位:福州新區開發投資集團有限公司