浅谈弦支穹顶结构施工工艺及模拟方法

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摘 要：弦支穹顶结构是一种刚柔结合的新型复合空间预应力结构，在其施工过程中，因存在拉索的力，如果施工人员在施工过程中没有对其力学性能进行全面分析，其受力状态也就会受到一定的影响，影响到工程的施工质量。因此我们很有必要对该结构的施工技术进行全面分析。本文重点研究弦支穹顶结构，从其施工技术、施工全过程模拟方法两个方面着手进行深入研究，并试着论证了其计算模拟方式在保证弦支穹顶结构施工质量与稳定性中的重要性作用。

关键词：弦支穹顶结构；施工技术；全过程；模拟方法

在现代化社会发展中，经济水平、技术水平得到了显著的提高，促进了建筑行业的健康发展。弦支穹顶结构是现代化建筑工程施工中常见的一种结构形式，其施工技术也相对比较成熟，这一结构施工也就是利用张拉预应力索而进行一系列施工的一种技术。简单的说，弦支穹顶结构在施工过程中，施工人员的研究的重点也就是对张拉力全过程的分析。但是从当前的实际情况来看，很多学者在对其进行研究的过程中，并没有将全过程模拟对施工工艺的影响考虑在其中，这就导致其张拉模拟计算方法与实际工程的施工无法保持一致，最终影响到工程的施工质量。因此我们很有必要对其进行深入分析。本文基于对弦支穹顶结构施工技术的分析，提出了包括施工顺序、预应力张拉施加形式、临时支撑系统以及预应力张拉形式在内的四大关键施工环节模拟参数，并借助于相应的时变模型与计算程序，现对其做详细分析与说明。

一、弦支穹顶结构施工技术的概述

我们对大量弦支穹顶结构的建筑工程结构进行研究与分析，结果发现，弦支穹顶结构在施工过程中的受力情况取决于其施工技术，因此在对该结构进行施工的过程中，施工人员首先需要对其施工技术进行全面分析，从而实现对张拉全过程进行模拟算法的分析。一般来说，要想达到这一目的，就需要我们注意到以下几个方面的问题：首先，弦支穹顶结构在实际施工过程中，必须要严格按照杆件拼装、结构张拉、结构吊装等步骤进行施工；其次，在施工过程中，施工人员需要在结构的预应力张拉方面施加形式，以保证结构的施工质量，使其受力情况达到均衡；其施加形式主要包括张拉环向索、张拉径向索、顶升撑杆三个方面；再次，在实际施工过程中，施工人员应该在结构中设置满堂脚手架、临时台架等临时支撑系统；第四，施工人员还需要在结构中设置预应力张拉形式。只有注意到以上几个方面的问题，才能够保证弦支穹顶结构的施工质量，达到理想的施工效果。

二、弦支穹顶结构施工全过程的模拟方法

众所周知，从弦支穹顶结构施工技术的本质上看，其施工全过程中的张拉施工过程具有一定的时变性，也就是说，在实际施工过程中，其中涉及到的杆件数量、荷载作用力等各种参数都会随着实际情况的变化而变化。从另一个角度来讲，如果我们将结构最初的应变作用力当做结构参数的另一种表现形式，那么当施工人员将这些参数引入到计算模型之后，其拉账过程也就具有一定的时变性，此时整个结构在分析过程中，其模拟内容、预拉力、荷载作用力等各方面的参数都具有一定的差异。其主要体现在以下几个方面：1）在弦支穹顶结构使用之初，施工人员可将结构几何参数模拟为建筑设计集合，将结构张拉过程中的集合参数模拟为放样集合；2）在弦支穹顶结构使用过程中，施工人员需要将其中的基本构件参数模拟为网壳、撑杆以及张拉索，将结构张拉过程中所涉及到的基本构建参数模拟成网壳、临时支撑系统等；3）在弦支穹顶结构使用过程中，预拉力参数模拟为不变的数值，在张拉过程中，预拉力数值则模拟为变化的数值；4）在弦支穹顶结构使用过程中，施工人员可将荷载参数模拟为变化的值，而在张拉过程中，其荷载参数则模拟为不变的数值。通过这一分析我们也就可以清楚的看到，弦支穹顶结构施工全过程的模拟重点应注意到以下几个方面。

1、对于临时支撑数值模拟的分析

在建筑工程施工过程中，通过弦支穹顶结构的施工如果临时支撑作用力产生一定的变化，必然会导致结构参数在模拟过程中变边界特性发生变化。由此看来，为了保证临时支撑数值在模拟过程中的精准性，我们一般都必须要对模拟变边界特性进行合理分析，保证其取值的重要性。一般来说，只有在弦支穹顶结构施工过程中才会出现临时性支撑形式，而当弦支穹顶结构张拉过程中不断拱起并达到主体结构的整体性之后，临时性支撑系统也就会逐渐被施工人员所拆除，从而保证工程顺利进行，此时我们将临时支撑系统的受力状态与轴向压力的承受能力进行分析，这样也就能够保证临时支撑数值模拟的精准性，达到了理想的施工效果。

2、对于施工顺序及张拉施加数值模拟的分析

一般来说，技术人员在对计算模型进行分析的过程中，在确定结构荷载作用力、预应力施加形式、各个参数的模拟过程、临时支撑数值模拟结构等过程中，都或多或少对弦支穹顶结构施工顺序的模拟产生一定的影响。因此为了更好地确定数值，技术人员一般会采用选取前进法对其施工顺序进行模拟与确定。而对张拉形式与张拉作用力进行模拟的过程中，技术人员则需要由内而外对其张拉过程进行分析，采用施加初应变方法对其进行模拟与确定。

3、张拉过程控制变量的确定分析

在张拉施工逐步推进的过程中，弦支穹顶结构将逐渐与临时支撑部件相脱离并逐步成形，这也就使得结构变形相对于张拉作用力的敏感性有所减少。一般推荐选取以预应力及变形作用力所组合形成的双重控制变量作为张拉过程基本控制变量。

4、张拉全过程算法分析

在借助于SCAP张拉全过程分析程序的应用基础之上，其模拟算法的主要步骤可以归纳为以下几个方面：①借助于SFP程序对弦支穹顶结构主体进行施工找形；②依照找形阶段所获取的放样态更新数值对数值计算模型予以分析；③在引入弦支穹顶结构施工阶段模型初应变作用力的基础之上施加相应的外荷载作用力；④在几何非线性计算方式的作用之下以此获取弦支穹顶结构施工各阶段的控制索力及节点控制位移模拟参数结果。

三 结束语

在弦支穹顶结构施工过程中，由于其中存在张拉索构件，导致其力学性能及其使用阶段的力学性能产生较大的影响，直接影响到弦支穹顶结构的施工质量。为了避免这一问题，提高弦支穹顶结构的施工质量，本文采用了全过程模拟方法，并对其进行浅要分析，相信能够给予相关技术人员一定的参考。

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