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【摘 要】 大型空间结构施工方法的多样化和复杂化，造成施工阶段结构内力分布的复杂性和最终成型结构受力可变性。为确保工程建设安全、经济、顺利地进行，要求在结构建造过程中按照客观条件确定经济合理的施工顺序，有必要针对大型空间钢结构进行施工全过程模拟分析以了解结构在施工阶段的力学特性，同时研究结构施工过程中诸如安装方案安全性等一系列相关问题。
【关键词】 大跨度空间结构；钢结构；结构内力
1.工程概况
新疆国际机场改扩建工程为在原老机场西部扩建。候机楼上部结构三层，分为出港层、进港层和夹层，地下层为出站通道。主候机楼平面投影为T字形，翼缘长175m，腹部宽103m，腹部长约220m。候机楼主要分为三层，其中进港层楼面标高为±0.000mm，出港层楼面标高为9.000m，夹层楼面标高为17.000m，拱形屋面最高点标高为48.000m。
新疆国际机场改扩建工程中央部分屋面拱桁架跨度为67m，拱高23.2m，顶部标高47.2m。拱脚标高24.000m，通过支座落于混凝土结构上。拱桁架截面为正方形，边长2.4m，杆件截面为圆管，截面最大为Φ325×12。拱形屋面总长度为255.4m，跨度为67.0m，结构在L轴线和E轴线偏D轴线方向5.285m处设置了两条伸缩缝，将整个拱形屋面划分为3块独立的钢结构受力体系。
2.施工重点及难点
2.1候机楼拱桁架的现场拼装和运输
中央部分屋面拱桁架弧长达86m，工厂制作时需根据运输要求进行分段，在现场拼装成吊装单元，现场拼接数量较大。同时，由于构件的现场运输需跨越飞机跑道，必须对运输路线进行合理的选择。如何控制拱桁架的拼装质量，同时对运输道路进行合理的布置，是本工程的一大难点。
2.2候机楼钢桁架的现场安装
候机楼拱桁架跨度67m，重量为39t，中央部分南北两侧夹层混凝土结构宽度18m，高度24m，给施工机械的选择带来一定的困难，如何选择合适的吊装机械和吊装方法是本工程的一大重点。
2.3临时支撑的设置
本工程钢桁架采用分段安装的方案，在安装时需要搭设临时支撑架。在设置临时支撑架时需考虑到临时支撑的选型、布置以及与安装方案的结合等。因此现场临时支撑措施是本工程的一个重点。
2.4对已完工混凝土结构的保护
屋面拱桁架施工时，出港层及夹层混凝土结构已经基本成形。在钢结构安装前，对已完工的混凝土结构采取合适的加固措施，保证在吊装过程中产生的施工荷载不会对混凝土结构造成不可逆转破坏，是工程实施过程中的一个重点。
3.现场拼装
高架层桁架及屋面拱桁架由于尺寸较大，采取工厂分段加工制作、现场拼装的方案。拼装完成后使用平板车运至安装部位。
3.1钢结构分段
拱桁架截面为2.4m×2.4m，在工厂进行分片拼装，在现场成拼装3个吊装单元，分段长度分别为26.45米、30.15米、26.45米，分段后的吊装单元重量约为13吨。
3.2拼装胎架的设置
为了保证构件组装的精度，防止构件在组装的过程中由于胎架的不均匀沉降而导致拼装的误差，组装场地要求平整压实、铺设200厚碎石垫层进行压实，再在上面铺设钢路基箱。胎架主受力构件采用20号工字钢制作，横向采用50#角钢拉结，以保证胎架整体稳定性。
3.3拱桁架现场拼装措施
工厂加工分段运至现场后，使用全站仪，将待拼装的桁架轴线放样至地面上，设置拼装胎架，并对胎架的定位和标高进行测量调节。胎架安放完成后将首榀工厂分段1吊至胎架上，然后将分段2吊装至拼装胎架，安装两榀分段桁架间的腹杆，按照上述方法，拼装第二片桁架，连接两榀分段之间的腹杆，经校核无误后可开始焊接。桁架现场拼接时，胎架根据钢架轴线及对接位置进行布置，并在钢架端口焊接定位耳板，作为对接时临时固定措施，对接后将耳板割除磨平。在现场对接过程中，使用全站仪和线锤对钢架的轴线位置进行精确校核。
4.屋面拱桁架现场安装
现场共布置5台移动式塔吊作为主要吊装机械，分别布置于候机楼两侧和9m标高候机楼楼面上。吊车行走路线需进行加固处理。高架层桁架及屋面拱桁架根据吊机的性能进行分段，安装时需搭设临时支撑架。
4.1吊装机械选择及布置
新疆国际机场改扩建工程钢结构工程主要选择2台M630移动式塔吊，2台M440D移动式塔吊，1台C7022移动式塔吊进行安装，其中2台M440D移动式塔吊布置于高架候机室+9.000米标高楼板上，其余塔吊分别布置于高架南北两侧及候机楼西侧停机坪上。M440D塔吊行走路线轨道梁布置及楼面加固处理。
在安装过程中，M440D塔吊传来的施工荷载传力路径依次为：轨道梁→标高9.0m高架层混凝土梁→Φ500×16钢支撑→标高-0.05m进港层混凝土梁→Φ500×16钢支撑→标高-2.5m地下通道混凝土边墙柱。在传力路径中，混凝土结构仅受到局部承压，并不直接承担集中力作用。
經过验算，候机楼混凝土结构的强度达到70%时，即可满足钢结构施工时对混凝土结构局部承压的要求，在下方混凝土结构施工阶段，即需将钢结构临时支撑系统安装到位。
此外，钢梁通过路基箱块架空混凝土楼板之上，路基箱块的高度为150mm，远大于钢梁的最大下挠度（约21mm），可实现混凝土楼板与钢梁完全脱开；且在路基箱块（钢梁支座处）下部采用钢管柱P500×16进行点对点加固，即可实现对对混凝土楼板的保护，使板不直接承受上部支撑架或钢梁传递的荷载。钢梁设置如下图所示：
4.2临时支撑架布置及卸载
屋面拱桁架吊装单元安装时需要搭设临时支撑架。该标准支撑架以每6m为一标准节，采用单片组合，外型基本组合尺寸为2m×2m，可扩展为2m为模数的任意组合。由A、B、C三个组件构成，可在施工中根据需要随意组合，任意扩展。支撑架所有组件均由圆管构成。该标准支撑架立柱采用法兰系统对接，组件B与组件A、C之间采用螺栓连接。这样的设计可方便支撑架的安装、拆除，缩短施工周期，同时也方便支撑架的运输及堆放。拱桁架的设置在拱桁架现场安装分段处，每榀拱桁架的安装需要2榀支撑架，支撑架的最大高度32.4m，立面布置图如下。 根据拱桁架结构受力特征和结构自身平面内刚度较大等特征，同时考虑节约现场支撑架用量和及时提供楼层作业面等因素，拱屋面安装过程中，支撑架考虑轮换使用，即安装四榀主桁架及桁架间次结构完毕时，第一榀主桁架下部的临时支撑架进行卸载拆除，用于后续拱结构的安装，并按照该步骤进行循环使用。
拆除前面已完成卸载的钢结构下部支撑架，用于后续钢结构安装；保留通过次结构与后续安装桁架相连的主拱桁架下部支撑架，以减小安装误差。经验算，按上述方案拱桁架局部卸载前后的下挠值为在2mm以内。卸载时根据桁架对接时临时支撑的构造措施，在桁架下方设置千斤顶将桁架略微顶起，然后将支撑架上的钢板垫片拆除，如下图：
4.3拱桁架结构体系吊装工况
在高架候机室楼板上部搭设临时支撑架，将拱桁架落地段吊至支座上方，调整就位姿态后插板嵌入支座中，对孔无误后穿入销轴。支座安装完成后，吊装单元上端落在临时支撑架上。之后吊装拱桁架中间分段，安装完成后使用揽风绳临时固定。之后采用同样的方法吊装第二榀主桁架的两端及中间段吊装单元，两榀桁架安装到位后，连接与相邻已安装桁架之间的次桁架和系杆，形成稳定的结构体系，依次安装完4榀主桁架及其间的次结构杆件。临时支撑架循环利用，安装后续榀桁架吊装单元。
5.钢结构施工过程分析及验算
5.1钢结构安装工况分析
5.1.1建模、荷载及分析步骤
本工程拱形屋面结构采用拱桁架分三段吊装，分段位置处搭设临时支撑架的安装方案。
根据拱桁架结构受力特征和结构自身平面内刚度较大等特征，同时考虑节约现场支撑架用量和及时提供楼层作业面等因素，拱屋面安装过程中，支撑架考虑轮换使用，即安装四榀主桁架及桁架间次结构完毕时，第一榀主桁架下部的临时支撑架进行卸载拆除，用于后续拱结构的安装，并按照该步骤进行循环使用。
整个拱形屋面钢结构的分段吊装过程中，钢屋面受力和变形与设计状态有较大不同，因此，对钢结构安装过程进行仿真分析是控制本工程安装质量的关键。
对拱形屋面的安装过程，通过有限元计算软件SAP2000（V12.0.1），建立钢结构施工阶段模拟分析工况，施加1.2倍（考虑安全系数）自重荷载；拱屋面钢结构计算模型如下所示：
整个屋面结构均采用单向受力的拱桁架结构形式，且屋面的三个安装分块的主要杆件截面规格及安装方案相类似，因此，仅对拱形屋面的第一安装分块进行相对详尽的分析。
5.1.2施工过程模拟分析结果
（1）变形分析
通过对上述施工过程进行非线性施工阶段模拟分析，得到钢结构施工过程中各阶段变形（取安装过程中典型状态下的屋面钢结构变形分析），拱屋面第一分块安装卸载完毕；结构最大竖向变形为4.6mm。拱结构自身刚度较大，局部卸载对屋面变形影响较小，杆件竖向变形量如下图所示：
对第二分块的前三榀主桁架进行局部卸载；最大竖向变形为12mm，位于11.75m跨次结构中部；主拱桁架最大竖向变形为4.6mm。
因此推测按照上述步骤进行钢结构安装过程中，最大竖向变形为10mm，位于11.75m跨次结构中部；主拱桁架最大竖向不超过为5.0mm。由施工过程中的钢结构各阶段性变形值可知：
①拱形屋面结构自身刚度较大，局部卸载对屋面变形影响较小，拱桁架最大变形小于5.0mm，局部已卸载完毕的钢结构与后续安装的钢结构间的安装精度可以得到保证。
②11.75m跨度次桁架最大变形为12.0mm，最大挠跨比为12/11750=1/980<1/400，满足相关规范要求。
（2）应力比
钢结构施工阶段模拟分析后，其中第二分块杆件应力比如下表所示（第一分块及第三分块应力比示意图省略）：
由上表中应力比值可知，拱形屋面钢结构杆件的应力比值均不大于0.25，因此整个结构的杆件在施工过程中是满足强度及稳定性要求的。
5.2构件吊装变形分析
屋面拱桁架吊装时，取纵向拱桁架吊装单元中最长、最重的一榀吊装单元进行吊装变形分析。该吊装单元的长度为30.15m，重量为13吨，采用4点吊装。吊机吊钩设置在构件重心垂线上，吊点绑扎应该对称且保证安装方便，且吊绳水平夹角保持在45°～65°间，吊装三维示意图如下：
采用计算软件MIDAS进行主桁架吊装验算，建立桁架吊装就位时的计算模型如下图所示：
（1）吊装单元变形如下图：
（2）吊装单元内力图：
（3）吊装单元应力比图：
因此吊装单元变形满足安装要求。
5.3钢结构安装临时支撑架验算
本工程中临时支撑架高度34.0m，支撑架采用工厂制作成标准节的形式，运输至现场使用。工厂加工制作的支撑架标准节，以每6m为一标准节，采用单片组合，外型基本组合尺寸为2m×2m，可扩展为2m为模数的任意组合。由A、B、C三个组件构成，可在施工中根据需要随意组合，任意扩展。支撑架所有组件均由圆管构成。钢管采用力学性能适中的Q235B钢。支撑架验算如下：
（1）计算模型及荷载取值
临时支撑架所承受荷载包括有上部拱桁架传来的竖向集中力及水平推力、支撑架自重（由软件自行考虑）；支撑架高度为34.0m，同时考虑支撑架上部兼做施工操作平台，考虑施工活荷载为2KN/m2。提取施工过程中各分块支撑架的最大竖向反力值如下图所示：
由以上支撑架反力值可知，最大竖向反力为138.3KN。
此外，由于本工程所使用的临时支撑架高度较大，故需考虑施工过程中风荷载的作用。支撑架作为临时构建物，取乌鲁木齐市10年一遇基本风压Wo=0.40KN/m2（n=10年），进行支撑架的设计复核。计算时按胎架中部（15m）的风压高度变化取值，将其等效为线荷载直接作用在迎风面的竖杆上，考虑风荷载X方向水平荷载同方向的不利状况。
计算软件SAP2000中建立支撑架计算模型如下图所示：
（3）支撑架整体稳定性验算
根据钢结构安装过程中的支撑架受力状态，支撑架标准节受最大压力为138.3KN，弯矩为2040KNm。高度34.0米计算。标准件立杆采用P168×8无缝钢管，其他腹杆采用ф89×5無缝钢管；法兰板板厚为16mm，其他节点板厚为12mm。
对该格构式构件，根据高耸结构设计规范（GB50135-2004）进行。
支撑单个立柱的截面特性：
A1=4021mm2，I1x=1.29×107mm4，I1y=1.29×107mm4，
i1x=56.63mm，i1y=56.63mm
整个支撑立柱截面积A=4×A1=16084mm2。
Iy=Ix=4I1x+A1×10002×4=16.1×109mm4
6.结语
通过计算软件建模，软件程序来预先模拟构件吊装过程中拱桁架结构变形、应力并对施工方案中支撑胎架等临时性措施进行受力分析，取得了很好的效果，实现了设计的空间效果及流线型，确保施工过程的安全性。新疆国际机场改扩建工程屋面管桁架结构工程完成后，经现场检测验收，管桁架安装尺寸，焊接质量，变形等满足规范要求和设计要求。屋面钢结构在规定的时间内顺利完成安装和卸载工作，钢结构各主要部位的位移完全满足设计对变形的要求，取得良好的经济效益和社会效益。
参考文献：
[1]建筑钢结构施工手册，中国钢结构协会编著，中国计划出版社出版.2005年.
[2]钢结构工程施工质量验收规范，GB50205—2001
作者简介：高春利（1980-），男，吉林长春市人，毕业于石家庄铁道学院，本科学历，工程师。
【关键词】 大跨度空间结构；钢结构；结构内力
1.工程概况
新疆国际机场改扩建工程为在原老机场西部扩建。候机楼上部结构三层，分为出港层、进港层和夹层，地下层为出站通道。主候机楼平面投影为T字形，翼缘长175m，腹部宽103m，腹部长约220m。候机楼主要分为三层，其中进港层楼面标高为±0.000mm，出港层楼面标高为9.000m，夹层楼面标高为17.000m，拱形屋面最高点标高为48.000m。
新疆国际机场改扩建工程中央部分屋面拱桁架跨度为67m，拱高23.2m，顶部标高47.2m。拱脚标高24.000m，通过支座落于混凝土结构上。拱桁架截面为正方形，边长2.4m，杆件截面为圆管，截面最大为Φ325×12。拱形屋面总长度为255.4m，跨度为67.0m，结构在L轴线和E轴线偏D轴线方向5.285m处设置了两条伸缩缝，将整个拱形屋面划分为3块独立的钢结构受力体系。
2.施工重点及难点
2.1候机楼拱桁架的现场拼装和运输
中央部分屋面拱桁架弧长达86m，工厂制作时需根据运输要求进行分段，在现场拼装成吊装单元，现场拼接数量较大。同时，由于构件的现场运输需跨越飞机跑道，必须对运输路线进行合理的选择。如何控制拱桁架的拼装质量，同时对运输道路进行合理的布置，是本工程的一大难点。
2.2候机楼钢桁架的现场安装
候机楼拱桁架跨度67m，重量为39t，中央部分南北两侧夹层混凝土结构宽度18m，高度24m，给施工机械的选择带来一定的困难，如何选择合适的吊装机械和吊装方法是本工程的一大重点。
2.3临时支撑的设置
本工程钢桁架采用分段安装的方案，在安装时需要搭设临时支撑架。在设置临时支撑架时需考虑到临时支撑的选型、布置以及与安装方案的结合等。因此现场临时支撑措施是本工程的一个重点。
2.4对已完工混凝土结构的保护
屋面拱桁架施工时，出港层及夹层混凝土结构已经基本成形。在钢结构安装前，对已完工的混凝土结构采取合适的加固措施，保证在吊装过程中产生的施工荷载不会对混凝土结构造成不可逆转破坏，是工程实施过程中的一个重点。
3.现场拼装
高架层桁架及屋面拱桁架由于尺寸较大，采取工厂分段加工制作、现场拼装的方案。拼装完成后使用平板车运至安装部位。
3.1钢结构分段
拱桁架截面为2.4m×2.4m，在工厂进行分片拼装，在现场成拼装3个吊装单元，分段长度分别为26.45米、30.15米、26.45米，分段后的吊装单元重量约为13吨。
3.2拼装胎架的设置
为了保证构件组装的精度，防止构件在组装的过程中由于胎架的不均匀沉降而导致拼装的误差，组装场地要求平整压实、铺设200厚碎石垫层进行压实，再在上面铺设钢路基箱。胎架主受力构件采用20号工字钢制作，横向采用50#角钢拉结，以保证胎架整体稳定性。
3.3拱桁架现场拼装措施
工厂加工分段运至现场后，使用全站仪，将待拼装的桁架轴线放样至地面上，设置拼装胎架，并对胎架的定位和标高进行测量调节。胎架安放完成后将首榀工厂分段1吊至胎架上，然后将分段2吊装至拼装胎架，安装两榀分段桁架间的腹杆，按照上述方法，拼装第二片桁架，连接两榀分段之间的腹杆，经校核无误后可开始焊接。桁架现场拼接时，胎架根据钢架轴线及对接位置进行布置，并在钢架端口焊接定位耳板，作为对接时临时固定措施，对接后将耳板割除磨平。在现场对接过程中，使用全站仪和线锤对钢架的轴线位置进行精确校核。
4.屋面拱桁架现场安装
现场共布置5台移动式塔吊作为主要吊装机械，分别布置于候机楼两侧和9m标高候机楼楼面上。吊车行走路线需进行加固处理。高架层桁架及屋面拱桁架根据吊机的性能进行分段，安装时需搭设临时支撑架。
4.1吊装机械选择及布置
新疆国际机场改扩建工程钢结构工程主要选择2台M630移动式塔吊，2台M440D移动式塔吊，1台C7022移动式塔吊进行安装，其中2台M440D移动式塔吊布置于高架候机室+9.000米标高楼板上，其余塔吊分别布置于高架南北两侧及候机楼西侧停机坪上。M440D塔吊行走路线轨道梁布置及楼面加固处理。
在安装过程中，M440D塔吊传来的施工荷载传力路径依次为：轨道梁→标高9.0m高架层混凝土梁→Φ500×16钢支撑→标高-0.05m进港层混凝土梁→Φ500×16钢支撑→标高-2.5m地下通道混凝土边墙柱。在传力路径中，混凝土结构仅受到局部承压，并不直接承担集中力作用。
經过验算，候机楼混凝土结构的强度达到70%时，即可满足钢结构施工时对混凝土结构局部承压的要求，在下方混凝土结构施工阶段，即需将钢结构临时支撑系统安装到位。
此外，钢梁通过路基箱块架空混凝土楼板之上，路基箱块的高度为150mm，远大于钢梁的最大下挠度（约21mm），可实现混凝土楼板与钢梁完全脱开；且在路基箱块（钢梁支座处）下部采用钢管柱P500×16进行点对点加固，即可实现对对混凝土楼板的保护，使板不直接承受上部支撑架或钢梁传递的荷载。钢梁设置如下图所示：
4.2临时支撑架布置及卸载
屋面拱桁架吊装单元安装时需要搭设临时支撑架。该标准支撑架以每6m为一标准节，采用单片组合，外型基本组合尺寸为2m×2m，可扩展为2m为模数的任意组合。由A、B、C三个组件构成，可在施工中根据需要随意组合，任意扩展。支撑架所有组件均由圆管构成。该标准支撑架立柱采用法兰系统对接，组件B与组件A、C之间采用螺栓连接。这样的设计可方便支撑架的安装、拆除，缩短施工周期，同时也方便支撑架的运输及堆放。拱桁架的设置在拱桁架现场安装分段处，每榀拱桁架的安装需要2榀支撑架，支撑架的最大高度32.4m，立面布置图如下。 根据拱桁架结构受力特征和结构自身平面内刚度较大等特征，同时考虑节约现场支撑架用量和及时提供楼层作业面等因素，拱屋面安装过程中，支撑架考虑轮换使用，即安装四榀主桁架及桁架间次结构完毕时，第一榀主桁架下部的临时支撑架进行卸载拆除，用于后续拱结构的安装，并按照该步骤进行循环使用。
拆除前面已完成卸载的钢结构下部支撑架，用于后续钢结构安装；保留通过次结构与后续安装桁架相连的主拱桁架下部支撑架，以减小安装误差。经验算，按上述方案拱桁架局部卸载前后的下挠值为在2mm以内。卸载时根据桁架对接时临时支撑的构造措施，在桁架下方设置千斤顶将桁架略微顶起，然后将支撑架上的钢板垫片拆除，如下图：
4.3拱桁架结构体系吊装工况
在高架候机室楼板上部搭设临时支撑架，将拱桁架落地段吊至支座上方，调整就位姿态后插板嵌入支座中，对孔无误后穿入销轴。支座安装完成后，吊装单元上端落在临时支撑架上。之后吊装拱桁架中间分段，安装完成后使用揽风绳临时固定。之后采用同样的方法吊装第二榀主桁架的两端及中间段吊装单元，两榀桁架安装到位后，连接与相邻已安装桁架之间的次桁架和系杆，形成稳定的结构体系，依次安装完4榀主桁架及其间的次结构杆件。临时支撑架循环利用，安装后续榀桁架吊装单元。
5.钢结构施工过程分析及验算
5.1钢结构安装工况分析
5.1.1建模、荷载及分析步骤
本工程拱形屋面结构采用拱桁架分三段吊装，分段位置处搭设临时支撑架的安装方案。
根据拱桁架结构受力特征和结构自身平面内刚度较大等特征，同时考虑节约现场支撑架用量和及时提供楼层作业面等因素，拱屋面安装过程中，支撑架考虑轮换使用，即安装四榀主桁架及桁架间次结构完毕时，第一榀主桁架下部的临时支撑架进行卸载拆除，用于后续拱结构的安装，并按照该步骤进行循环使用。
整个拱形屋面钢结构的分段吊装过程中，钢屋面受力和变形与设计状态有较大不同，因此，对钢结构安装过程进行仿真分析是控制本工程安装质量的关键。
对拱形屋面的安装过程，通过有限元计算软件SAP2000（V12.0.1），建立钢结构施工阶段模拟分析工况，施加1.2倍（考虑安全系数）自重荷载；拱屋面钢结构计算模型如下所示：
整个屋面结构均采用单向受力的拱桁架结构形式，且屋面的三个安装分块的主要杆件截面规格及安装方案相类似，因此，仅对拱形屋面的第一安装分块进行相对详尽的分析。
5.1.2施工过程模拟分析结果
（1）变形分析
通过对上述施工过程进行非线性施工阶段模拟分析，得到钢结构施工过程中各阶段变形（取安装过程中典型状态下的屋面钢结构变形分析），拱屋面第一分块安装卸载完毕；结构最大竖向变形为4.6mm。拱结构自身刚度较大，局部卸载对屋面变形影响较小，杆件竖向变形量如下图所示：
对第二分块的前三榀主桁架进行局部卸载；最大竖向变形为12mm，位于11.75m跨次结构中部；主拱桁架最大竖向变形为4.6mm。
因此推测按照上述步骤进行钢结构安装过程中，最大竖向变形为10mm，位于11.75m跨次结构中部；主拱桁架最大竖向不超过为5.0mm。由施工过程中的钢结构各阶段性变形值可知：
①拱形屋面结构自身刚度较大，局部卸载对屋面变形影响较小，拱桁架最大变形小于5.0mm，局部已卸载完毕的钢结构与后续安装的钢结构间的安装精度可以得到保证。
②11.75m跨度次桁架最大变形为12.0mm，最大挠跨比为12/11750=1/980<1/400，满足相关规范要求。
（2）应力比
钢结构施工阶段模拟分析后，其中第二分块杆件应力比如下表所示（第一分块及第三分块应力比示意图省略）：
由上表中应力比值可知，拱形屋面钢结构杆件的应力比值均不大于0.25，因此整个结构的杆件在施工过程中是满足强度及稳定性要求的。
5.2构件吊装变形分析
屋面拱桁架吊装时，取纵向拱桁架吊装单元中最长、最重的一榀吊装单元进行吊装变形分析。该吊装单元的长度为30.15m，重量为13吨，采用4点吊装。吊机吊钩设置在构件重心垂线上，吊点绑扎应该对称且保证安装方便，且吊绳水平夹角保持在45°～65°间，吊装三维示意图如下：
采用计算软件MIDAS进行主桁架吊装验算，建立桁架吊装就位时的计算模型如下图所示：
（1）吊装单元变形如下图：
（2）吊装单元内力图：
（3）吊装单元应力比图：
因此吊装单元变形满足安装要求。
5.3钢结构安装临时支撑架验算
本工程中临时支撑架高度34.0m，支撑架采用工厂制作成标准节的形式，运输至现场使用。工厂加工制作的支撑架标准节，以每6m为一标准节，采用单片组合，外型基本组合尺寸为2m×2m，可扩展为2m为模数的任意组合。由A、B、C三个组件构成，可在施工中根据需要随意组合，任意扩展。支撑架所有组件均由圆管构成。钢管采用力学性能适中的Q235B钢。支撑架验算如下：
（1）计算模型及荷载取值
临时支撑架所承受荷载包括有上部拱桁架传来的竖向集中力及水平推力、支撑架自重（由软件自行考虑）；支撑架高度为34.0m，同时考虑支撑架上部兼做施工操作平台，考虑施工活荷载为2KN/m2。提取施工过程中各分块支撑架的最大竖向反力值如下图所示：
由以上支撑架反力值可知，最大竖向反力为138.3KN。
此外，由于本工程所使用的临时支撑架高度较大，故需考虑施工过程中风荷载的作用。支撑架作为临时构建物，取乌鲁木齐市10年一遇基本风压Wo=0.40KN/m2（n=10年），进行支撑架的设计复核。计算时按胎架中部（15m）的风压高度变化取值，将其等效为线荷载直接作用在迎风面的竖杆上，考虑风荷载X方向水平荷载同方向的不利状况。
计算软件SAP2000中建立支撑架计算模型如下图所示：
（3）支撑架整体稳定性验算
根据钢结构安装过程中的支撑架受力状态，支撑架标准节受最大压力为138.3KN，弯矩为2040KNm。高度34.0米计算。标准件立杆采用P168×8无缝钢管，其他腹杆采用ф89×5無缝钢管；法兰板板厚为16mm，其他节点板厚为12mm。
对该格构式构件，根据高耸结构设计规范（GB50135-2004）进行。
支撑单个立柱的截面特性：
A1=4021mm2，I1x=1.29×107mm4，I1y=1.29×107mm4，
i1x=56.63mm，i1y=56.63mm
整个支撑立柱截面积A=4×A1=16084mm2。
Iy=Ix=4I1x+A1×10002×4=16.1×109mm4
6.结语
通过计算软件建模，软件程序来预先模拟构件吊装过程中拱桁架结构变形、应力并对施工方案中支撑胎架等临时性措施进行受力分析，取得了很好的效果，实现了设计的空间效果及流线型，确保施工过程的安全性。新疆国际机场改扩建工程屋面管桁架结构工程完成后，经现场检测验收，管桁架安装尺寸，焊接质量，变形等满足规范要求和设计要求。屋面钢结构在规定的时间内顺利完成安装和卸载工作，钢结构各主要部位的位移完全满足设计对变形的要求，取得良好的经济效益和社会效益。
参考文献：
[1]建筑钢结构施工手册，中国钢结构协会编著，中国计划出版社出版.2005年.
[2]钢结构工程施工质量验收规范，GB50205—2001
作者简介：高春利（1980-），男，吉林长春市人，毕业于石家庄铁道学院，本科学历，工程师。