钢结构所处环境状况复杂，受到的载荷作用具有随机性，因此发生损伤和破坏的潜在危险性较大。近３０年来，世界范围内钢结构事故频繁发生，形式和原因多种多样。工程界和研究者日益认识到对钢结构进行事故分析、检测和监测的重要性。钢结构工程的生命周期为设计、加工、制作、安装、使用、人为拆除或破坏。其缺陷表现为具有影响正常使用以及承载力、耐久性和完整性的各种隐患和不足，如果结构损伤未被发现和处理，经过不断累积到质变后就会产生工程事故，导致结构局部或整体的破坏和倒塌以及人员的伤亡。
笔者以某体育馆在施工阶段的监控工程为背景，对结构最大节点进行有限元分析，并和实际监测进行对比分析。
１ 施工监控理论
１．１ 监控意义
钢结构工程监测有助于有效地判定结构的健康状况和预测结构的变形和内力变化趋势，在外荷载达到结构的理论临界荷载前有充足的时间采取应对措施，从而有效地避免不必要的人员伤亡和财产损失，具有其重大的经济价值和科研价值：
（１）实现实时或准实时的结构监测，对钢结构出现的状态进行定性、定位和定量分析，实现防患于未然。
（２）对检测出来的损伤原因进行分析，并且提供维修建议等。
（３）在新建的结构完工后进行使用前的安全验证测试。
（４）对大跨度钢结构突发事件之后的剩余寿命进行评估。
（５）监测所得的数据和分析结论可以提高人们对于大型复杂结构的认识，为以后的设计和建造提供依据。
１．２ 监测目标
体育馆钢结构监测的总体原则是：围绕最终坐标与内力分布的设计目标，监测施工与运营使用过程中各阶段主要监测点应力和位移数据，并与理论状态进行比对，以保证整体屋盖结构内力状态符合设计及相关规范规程要求。
１．３ 测点优化布置原则
（１）监测点优化布设的原则。监测点要有合理的密度，应能反映结构的几何形态和几何变形情况，应易于布设，施测方便，以满足施工监测精度高、速度快的要求。
（２）测点选择原则。依据某大跨度体育馆安装全过程计算书与结构设计计算书，确定测试杆件或部位：①屋盖结构吊装单元在安装过程中应力较大和位移较大的杆件；②整体屋盖结构在卸载前后应力和位移变化较大的杆件；③结构设计中计算应力比大的杆件。
２ 工程概况及应力监控方案
２．１ 工程概况
某体育馆屋盖为空间折板式斜交网格结构，最大跨度为１１０ｍ，建筑高度为３３．７ｍ，钢结构投影面积为８２３０ｍ2，展开面积为１４７３０ｍ２。屋盖主体钢结构主要分为５个部分：屋面脊线主梁、墙面脊线主梁、屋面板片次梁、墙面板片次梁和树状结构支撑，其透视图见图１。
２．２ 应力监控方案
本次监测的主要部位是钢板节点、铸钢节点、半球支座、树状结构以及杆件端部等一些应力最不利的位置，通过对这些部位的应力监测以验证结构吊装之后能否符合理论设计值，从而保证结构的安全性。依据体育馆安装全过程计算书与结构设计计算书，确定测试杆件或部位如下：屋盖结构吊装单元在安装过程中应力较大杆件；整体屋盖结构在卸载前后应力的杆件；结构设计中计算应力比大的杆件。屋面主梁测点布置图见图２。
由图２可知，屋盖Ｒ４号节点为最大节点，共有１２根主梁交汇于此节点，故受力复杂。
３ 节点有限元分析
鉴于屋盖Ｒ４节点的受力复杂，施工过程中应时刻关注此节点的受力状态，故对此节点进行有限元分析，预知其受力状态，在ＡＮＳＹＳ１１．０中，对Ｒ４节点进行局部受力分析。钢材采用ＳＯＬＩＤ４５单元，考虑到有限元计算过程的简单和收敛，其本构关系采用理想弹塑性模型；同时为简化有限元计算，假定此节点的钢梁在水平方向（Ｘ向、Ｙ 向）无位移，仅有竖向（Ｚ 向）位移及弯矩（Ｘ向、ＹＺ 向），而节点和钢梁间则固结；将屋面板及次梁的重量转换为每根梁及节点上的面荷载进行荷载的加载。Ｒ４节点有限元网格划分模型见图３，节点最大应力云图见图４。
由图４可见，节点受力性能较好，应力集中点处的最大应力为３４０．５ＭＰａ，出现在杆件与圆筒连接处。
４ 节点实际应力监控
根据有限元分析结果，Ｒ４节点的测点选择在各肢根部，圆筒有环向加劲肋和径向加劲肋整体作用，形成交叉梁系，保证了整体强度和刚度，从有限元分析结果也知道圆筒受力性能好，故不布置测点。Ｒ４节点测点布置见图５。通过各施工阶段对此节点的各主梁应力进行监测，并与有限元理论分析结果对比，限于篇幅，仅以屋面Ｒ４～Ｒ１０主梁的Ｒ４端、屋面Ｒ４～Ｒ６主梁的Ｒ４端、屋面Ｒ４～Ｒ１３主梁的Ｒ４端、屋面Ｒ４～Ｒ８主梁的Ｒ４端为例，说明Ｒ４节点各主梁的受力情况。与有限元分析结果对比曲线见图６。
由有限元分析结果和各测点的实测结果以及图６可知：
（１）各测点的实测值均比理论计算值小，且变化趋势相同，说明节点各主梁受力变化的测试是准确的。
（２）理论计算值与实测值整体呈下降趋势，而某些卸载工况下的测点应力会出现波动，这与节点支撑的刚度不同，每个卸载工况下节点位移变化的不同以及节点本身的复杂受力等因素有关。
（３）各测点应力变化幅值不大，且在施工完成时均为压应力，这与实际受力情况也相符。
５ 结语
通过对钢屋盖最大节点的数值模拟以及对各主梁应力的监测，其应力变化幅值不大，且均小于有限元分析下构件的理论应力，说明钢屋盖节点在施工过程中其受力安全可靠。同时通过对钢结构进行有限元分析和实际现场监测能更好地了解其受力特性，为现场施工提供指导。