近年来，随着经济的发展以及人们文化和审美层次的提高，建筑结构不在拘泥于传统的结构形式，城市多元化的蓬勃发展，恢弘、大气的设计创新也日益突显，在满足功能要求的前提下，建筑结构越来越向复杂多样化发展。奇特的造型、复杂的结构带来的不仅是强有力的视觉冲击，也给工程施工带来了极大的挑战。目前大跨度连廊设计已成为现代群体建筑的时尚并引领潮流，外形独特，造型新颖，由单一的平面规则形状向复杂的三维空间造型迈进。但往往由于其跨度大、造型复杂、荷载大，施工方法不当，易导致钢结构施工精度低、施工速度慢、安全性能差、建造成本高，施工方法的选择成为制约大跨度异形钢结构斜拉索连廊施工工期和成本的重要因素，随之也面临施工的难题。
1、工程背景
南沙青少年宫选址于广州市南沙区黄阁镇凤凰大道西侧，蕉门水道北侧，是连接蕉门河中心与明珠湾区的重要节点，也是进入南沙自贸区明珠湾起步区门户的重要位置，拥有好山水格局背景，将打造成为面向粤港澳大湾区的“国际领先、国内一流”的综合性、示范性青少年宫，
项目占地面积为30036m?，总建筑面积56028.86m?，地上五层，地下一层。项目建设内容覆盖儿童综合剧场、素质教育区、对外交流区、特色科技中心、办公区、服务区、辅助用房、地下室及其他辅助配套设施、户外活动场地，项目融合了素质教育、科技体验、对外交流、文化休闲、团队活动等多元化功能。
项目异形钢结构斜拉索连廊位于建筑二层结构，其跨度可达70米，安装高度约8米，整体造型为曲线圆弧形，钢构件均为异形钢箱梁弯曲构件，使用34根斜拉索进行固定，单根拉索张拉力可达100KN，整体施工难度大。
国内现有的施工方法多为搭设满堂脚手架支撑，此方法搭设成本较高，承重能力有限，且装拆工作量大，占面广，对其他专业施工影响较大。为解决此施工难题，对于本项目，使用单元体地面拼装、整体原位安装方法进行结构施工，搭设独立可调易拆卸胎架作为支撑，使用汽车吊进行原位吊装，电动葫芦配合吊装。高处作业使用专用升降车操作平台，斜拉索采用整体分级加载方法进行施工，节约工期，降低施工成本，具有一定的经济效益。
2、工艺原理
结合现场施工条件、已完成结构模拟整体施工顺序，在项目开展BIM技术模拟施工，及时避免与建筑物的碰撞，确定结构的最优分段及吊装单元，并通过Midas Gen有限元软件分析各杆件在施工过程中的应力、位移状态，使用小型汽车吊进行原位吊装，同时使用电动葫芦配合进行吊装；设置可调易拆卸的支撑胎架进行临时支撑，确保整体结构稳定。高空作业采用升降车进行操作，便于斜拉索的安装，斜拉索张拉使用特制工装进行施工，确保索力达到设计要求。
通过对BIM技术的应用，对整个连廊结构、拉索及两端锚固结构进行三维模拟，分析节点碰撞情况、与各专业交叉施工作业影响，模拟吊装全过程状态，进行节点优化，将构件的整体形式、分段情况、尺寸和要求、连接方法等详细的表现到深化设计图纸中，有效避免制作及安装相关问题，同时确定钢结构分段及吊装方案，保证施工便捷，确保过程质量及安全。
2.2采用Midas Gen有限元分析技术，保证施工安全
为使结构成型满足设计要求（如内力和位形等），在现场施工前，需要先进行拉索施工过程的数值模拟分析，以掌握关键施工阶段索结构的状态，验证施工过程中结构的稳定性，为施工、监测提供参数和依据。施工阶段的拉索位形与结构成型状态差异较大，随着牵引安装和张拉成型，拉索位形逐渐趋向、接近和达到成型状态。
采用Midas Gen有限元软件对拉索结构施工全过程变形、受力情况分析，分析各阶段受力变形情况，模拟在最不利状态下，各拉索的张拉顺序、受力情况、变形情况，确保符合设计要求。
2.3采用高精度全站仪扫描的安装施工技术，解决安装精度问题
采用高精度全站仪扫描技术不同以往的单点测量，而是在整体结构选取多个测量点位，依次覆盖结构整体，以面为单元进行全站仪扫描，在本工程中，能够实现高效、快速、精准的安装。
针对大跨度异形结构安装，采用BIM技术，合理分配构件分段，设置专用可调、易拆卸的拼装胎架进行连廊拼装吊装作业，以实现连廊安装所需要求。
3、施工方法
施工过程软件模拟→结构预变形计算和实施→异形钢箱梁+桥面结构安装→拉索安装及张拉→施工全过程监测。
利用BIM技术进行三维建模，对整个连廊结构、拉索及两端锚固结构进行三维模拟，分析节点碰撞情况、与各专业交叉施工作业影响，模拟吊装全过程状态，进行节点优化，将构件的整体形式、分段情况、尺寸和要求、连接方法等详细的表现到深化设计图纸中，有效避免制作及安装相关问题，同时确定钢结构分段及吊装方案，保证施工便捷，确保过程质量及安全。
为使结构成型满足设计要求（如内力和位形等），在现场施工前，需要先进行拉索施工过程的数值模拟分析，以掌握关键施工阶段索结构的状态，验证施工过程中结构的稳定性，为施工、监测提供参数和依据。施工阶段的拉索位形与结构成型状态差异较大，随着牵引安装和张拉成型，拉索位形逐渐趋向、接近和达到成型状态。
采用Midas Gen有限元软件对拉索结构施工全过程变形、受力情况分析，分析各阶段受力变形情况，模拟在最不利状态下，各拉索的张拉顺序、受力情况、变形情况，确保符合设计要求。
根据Midas Gen有限元软件各工况计算结果，分析连廊结构安装各阶段受力及变形，拉索张拉施工各阶段预应力影响及对结构的变形影响，根据分析结果确定施工工艺。
建立Midas Gen有限元模型模拟结果，并结合两种方案优缺点，确定最优方案，本工程选取大跨度异形钢箱梁地面拼装，单元体整体吊装安装，斜拉索安装后整体加载进行施工。
大跨度异形钢箱梁的支撑胎架和支撑卸载后的斜拉索结构在荷载最不利组合下的竖向位移、变形、应力，通过Midas Gen有限元软件建模进行模拟分析，再根据分析结果调整施工措施，提高连廊结构的施工安全和施工质量。
（1）根据结构设计图纸及施工专项方案建立Midas Gen整体模型，并进行构件安装完成后受力及变形验算。
（2）根据结构设计图纸及施工专项方案建立Midas Gen整体模型，并进行拉索加载过程验算以及胎架拆除后拉索应力验算和拉索最终应力状态。
采用Tekla软件对连廊结构进行三维建模深化设计，将构件的整体形式、分段情况、尺寸和要求、连接方法等详细地表现到模型中，对于不合理的连接节点或结构设计重新提出反馈给设计单位进行修改，然后重新调整三维模型，避免施工返工处理。将建立的钢网壳结构三维模型用于工厂加工，提高加工制作的精度，同时将三维模型用于辅助现场施工，提高施工效率和施工质量。
根据软件模拟分析结果，合理确定构件分段位置，整体分析构件受力情况，设置胎架支撑点。
结构安装完成后通过Midas Gen软件，分析各个控制点的竖向位移、结构位移以及各钢梁应力图。
确定最终方案及吊装顺序后，依次进行连廊箱型梁的吊装作业，吊装过程中注意控制定位、标高、角度的测量。
本工程结构的形式特殊、空间规模大、拉索数量多，因此必须根据工程特点和条件，采取安全合理、先进科学的施工方法。本工程连廊钢结构由变截面异形曲线钢梁、上下敷面板组成，采用独立胎架支撑，单元片体吊装的施工方法，待钢结构安装完成后进行拉索施工。由于连廊平面形状特殊，刚度较小，拉索施工过程中相互影响较大，拉索的施工方法对结构最终成型态的索力和位形影响较大。
张拉时机和张拉顺序：先预紧15%→胎架卸载拆除→张拉至最终索力→再根据检测位形对拉索进行微调。
张拉顺序：总体顺序采用从中间向两边对称预紧至15%，使得钢梁和楼面板均匀受力；然后卸载，再从两边向中间对称张拉至最终索力，最后根据位形监测调整个别拉索使位形全部达到设计要求。主动张拉点：位于拉索的下端，即桥面上。
为使结构成型满足设计要求（如内力和位形等），在现场施工前，需要先进行拉索施工过程的数值模拟分析，使用有限元软甲模拟分析拉索张拉各阶段对周边索的影响，张拉到位后各索力分析一级混凝土浇筑完成后对索力的影响等。以掌握关键施工阶段索结构的状态，验证施工过程中结构的稳定性，为施工、监测提供参数和依据。施工阶段的拉索位形与结构成型状态差异较大，随着牵引安装和张拉成型，拉索位形逐渐趋向、接近和达到成型状态。
第一阶段：预紧15%索力，各索所需张拉的索力；张拉过程中各索力应力变化分析；
第二阶段：张拉到100%，所需张拉的索力；张拉过程中各索力应力变化分析；
本工程结构是由钢梁与拉索组成的偏柔性结构，施工过程中索力和结构位形都经历较大变化，而最终索力不仅影响整个结构的位形甚至结构性能。因此，拉索施工过程中对索力和位移的监测至关重要，是保证施工阶段预应力状态达到设计目标和使用阶段结构安全性的重要内容之一。本工程张拉设备采用高精度的精密压力表，使用前在试验机上进行严格标定，得到张拉力和压力表读数之间的关系，保证张拉力的精度。通过在合理位置布置位移测点，使用高精度全站仪进行严密观测，随时反馈位移信息，调整张拉进度，保证施工安全。
按照张拉顺序预紧张拉最终索力的15%→卸载所有胎架支撑→两边向中间对称张拉至最终索力，监测位移标高→根据监测的位移对个别拉索进行张拉微调达到设计位移标高
（1）安装过程中通过控制点反光片，使用高精度全站仪进行全过程监测，对位移偏差异常或过大点位及时调整。
（2）拉索各阶段张拉过程中每条拉索设置数控压力泵，张拉过程中随时监测应力值变化情况。
（3）拉索张拉施工完毕，通过压力及位移监测结果，对比有限元分析结果，确保结构安全。
4、结语
连廊整体跨度较大，可达70米，结构外形为曲线圆弧形，钢构件为异形双曲面钢箱型梁，上下桥面为异形桥面板组成，施工精度控制难度较大。由于整体桥面结构较柔，施工方法的选择直接影响结构变形大小及拉索应力情况，结构采用整体安装、拉索整体张拉、分级加载的施工技术，可以有效避免因结构自身原因导致的偏差影响。
通过在南沙青少年宫项目施工中应用，避免了搭设满堂脚手架，节约自然资源，降低施工成本；保证工期的同时降低了安装施工难度，便于施工及质量和安装精度控制，提高了施工质量水平。该技术的使用，可为大跨度异形钢箱梁+斜拉索连廊结构施工提供保障，增强企业履约能力，为类似工程提供有力的指导和参考。
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