CN114997033B - 基于性能的大跨度钢结构闭环分析方法 - Google Patents

基于性能的大跨度钢结构闭环分析方法 Download PDF

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CN114997033B CN202210929588.3A CN202210929588A CN114997033B CN 114997033 B CN114997033 B CN 114997033B CN 202210929588 A CN202210929588 A CN 202210929588A CN 114997033 B CN114997033 B CN 114997033B
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Abstract

本申请提供了一种基于性能的大跨度钢结构闭环分析方法，包括：根据设计要求建立大跨度钢结构的有限元模型；设定施工方法、临时支撑和施工流程；在有限元分析软件中建立临时支撑的有限元模型，同时定义结构组、边界组以及荷载组；钝化临时支撑并进行施工模拟计算，得到大跨度钢结构的网格屋盖结构的最大竖向位移，推算出卸载次数；验算施工完成后的大跨度钢结构是否满足设计性能要求；对施工完成的大跨度钢结构进行三维扫描得到大跨度钢结构的实际位移，并将该实际位移导入有限元分析软件进行模拟计算，输出结构安全和最终的零态构型。本申请可以解决现有技术没有考虑施工过程产生的变形和内力对最终建造完成的大跨度钢结构承载力性能的影响的问题。

Description

基于性能的大跨度钢结构闭环分析方法
技术领域
本申请涉及结构性能分析技术领域，具体而言，涉及一种基于性能的大跨度钢结构闭环分析方法。
背景技术
当前大跨度钢结构（钢结构跨度大于30m的结构）设计规范和施工规范中建议的方法，都没有对施工方案、实际安装误差产生的对初始结构方案的承载力性能的影响提出具体解决方案；只是要求建造完成的结构能够具有设计承载力，完成结构产生的变形与设计变形相比不超过某一个限值即可，因此可以认为此时结构性能是处于一个区间，而没有关于该完成结构承载力性能的精确解。
现有大跨度钢结构施工变形分析技术都是基于现行结构施工规范进行的，通常只是考虑控制建造过程产生的变形量在一个允许范围及保证建造过程中大跨度钢结构的安全性，并没有考虑施工过程产生的变形和内力对最终建造完成的大跨度钢结构承载力性能的影响。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种基于性能的大跨度钢结构闭环分析方法，以解决现有技术没有考虑施工过程产生的变形和内力对最终建造完成的大跨度钢结构承载力性能的影响的问题。
为了实现上述目的，本申请提供了一种基于性能的大跨度钢结构闭环分析方法，包括：
步骤S1：根据设计要求建立大跨度钢结构的有限元模型，并建立直角坐标系；
步骤S2：根据大跨度钢结构的结构特点设定施工方法、临时支撑和施工流程；
步骤S3：根据临时支撑的截面信息、位置信息、边界信息，在有限元分析软件中建立临时支撑的有限元模型，同时根据施工流程定义结构组、边界组以及荷载组；
步骤S4：钝化临时支撑并进行施工模拟计算，得到大跨度钢结构的网格屋盖结构的最大竖向位移，根据设定的卸载高度，推算出卸载次数；
步骤S5：利用有限元分析软件进行施工过程计算，验算施工完成后的大跨度钢结构是否满足设计性能要求；
步骤S6：对施工完成的大跨度钢结构进行三维扫描得到大跨度钢结构的实际位移U”0(i)，并将该实际位移U”0(i)导入有限元分析软件进行模拟计算，输出结构安全和最终的零态构型。
进一步地，在所述步骤S2中：施工流程包括：杆件分段信息、杆件分块信息、杆件施工顺序以及关键时间节点，其中，所述关键时间节点包括：杆件焊接时间节点和支座打开时间节点。
进一步地，在所述步骤S2中，杆件在杆件焊接时间节点前为铰接连接，采用释放梁端约束进行模拟，杆件在杆件焊接时间节点后为固接连接，采用钝化梁端约束进行模拟；支座打开前为固接连接，支座打开后为铰接连接，采用释放梁端约束进行模拟。
进一步地，在所述步骤S3中：
所述结构组为每一个施工流程新安装的杆件或新拆除的杆件；
所述边界组为每一个施工流程新安装的杆件或新拆除的杆件所包含的边界信息；
所述荷载组为每一个施工流程新增加的荷载或新消失的荷载。
进一步地，在所述步骤S3中，根据所述施工流程定义结构组、边界组以及荷载组之后还包括：定义安装过程施工阶段，每个施工阶段激活对应施工流程新增加的所述结构组、所述边界组和所述荷载组，钝化对应施工流程新消失的所述结构组、所述边界组和所述荷载组。
进一步地，在所述步骤S1中，建立直角坐标系时，以该大跨度钢结构的有限元模型的初始节点坐标设置为X0(i)，i为节点编号，其中，节点编号连续分布，最小值为1，最大值为n；所述步骤S5包括：
步骤S51：在有限元分析软件后处理界面以表格形式输出大跨度钢结构的位移U’0(i)，同时令大跨度钢结构的有限元模型坐标调整值S’(i)=U’0(i)；
步骤S52：将坐标调整值S’(i)反向施加于大跨度钢结构的初始节点坐标X0(i)，此时大跨度钢结构的节点坐标为X’1(i)=X0(i)-S’(i)，再次进行施工模拟分析，以表格形式输出大跨度钢结构的位移U’1(i)；
步骤S53：将大跨度钢结构的位移差ΔU’1(i)=U’1(i)-U’0(i)与事先给定的精度m进行比较，如果
Figure 846079DEST_PATH_IMAGE001
，则满足精度要求，修改大跨度钢结构的有限元模型的节点坐标得到大跨度钢结构的最终设计构型X’(i)=X0(i)-S’(i)；如果
Figure 513821DEST_PATH_IMAGE002
，则不满足精度要求，令坐标调整值S’(i)=U’1(i)返回步骤S52，之后重复运行步骤S52和步骤S53直至满足精度要求为止，然后修改大跨度钢结构的有限元模型的节点坐标得到大跨度钢结构的最终设计构型X’(i)=X0(i)-S’(i)，其中，
Figure 917121DEST_PATH_IMAGE003
为大跨度钢结构上的所有节点的位移差的平方之和；
步骤S54：对大跨度钢结构的最终设计构型按设计标准进行荷载组合承载力验算，如果满足设计要求，则说明大跨度钢结构的性能满足要求，如果不满足设计要求，则修改施工方案后返回所述步骤S3。
进一步地，所述步骤S54中，修改施工方案的方式包括：
当大跨度钢结构的屋盖结构杆件不满足设计要求时，如果杆件下部具备搭设临时支撑的条件，则增设临时支撑；否则考虑预起拱；
当临时支撑不满足设计要求时，则增大截面。
进一步地，在所述步骤S1中，建立直角坐标系时，以该大跨度钢结构的有限元模型的初始节点坐标设置为X0(i)，i为节点编号，其中，节点编号连续分布，最小值为1，最大值为n；所述步骤S6包括：
步骤S61：对施工完成的大跨度钢结构进行三维扫描，得到三维点云模型，将该三维点云模型与大跨度钢结构的有限元模型进行拟合分析，得到大跨度钢结构的实际位移U”0(i)，并将该实际位移U”0(i)导入有限元分析软件进行模拟计算，同时令大跨度钢结构的有限元模型坐标调整值S”(i)=U”0(i)；
步骤S62：将坐标调整值S”(i)反向施加于大跨度钢结构的初始节点坐标X0(i)，此时大跨度钢结构的节点坐标为X”1(i)=X0(i)-S”(i)，再次进行施工模拟分析，以表格形式输出结构位移U”1(i)；
步骤S63：将大跨度钢结构的位移差ΔU”1(i)=U”1(i)-U”0(i)与事先给定的精度m进行比较，如果
Figure 254692DEST_PATH_IMAGE004
，则满足精度要求，修改大跨度钢结构的有限元模型的节点坐标得到结构的最终设计构型X”(i)=X0(i)-S”(i)；如果
Figure 477863DEST_PATH_IMAGE005
，则不满足精度要求，令坐标调整值S”(i)=U”1(i)返回所述步骤S62，之后重复运行所述步骤S62和所述步骤S63直至满足精度要求为止，然后修改大跨度钢结构的有限元模型的节点坐标得到结构的最终设计构型X”(i)=X0(i)-S”(i)，其中，
Figure 808350DEST_PATH_IMAGE006
为大跨度钢结构上的所有节点的位移差的平方之和；
步骤S64：对施工完成后的大跨度钢结构的最终设计构型按设计标准进行荷载组合承载力验算，如果满足设计要求，则输出结构安全和最终的零态构型；如果不满足设计要求，则输出结构不安全，修改施工方案后重复所述步骤S61至所述步骤S64，直至施工完成后的大跨度钢结构的最终设计构型满足设计要求，最后输出结构安全和最终的零态构型。
进一步地，所述三维点云模型利用数据整合、降噪抽稀或者数据导出的方式处理得到。
进一步地，在所述步骤S64中，如果不满足设计要求，则输出结构不安全，则进行局部补强、加固，之后在大跨度钢结构的有限元模型中修改相应杆件以修改施工方案，然后再重复所述步骤S61至所述步骤S64。
应用本申请的技术方案，本申请的基于性能的大跨度钢结构闭环分析方法考虑具体拼装过程的真实结构，其对实际的施工过程进行真实的模拟，可以由最终的实际施工变形倒推出结构初始位形。也即是说，本申请中提出的基于性能的大跨度钢结构闭环分析方法可以精准计算施工变形误差引起的结构性能变化，弥补了现有技术只是考虑大跨度钢结构建造过程产生的变形量在一个允许范围及保证建造过程中结构的安全性，而并没有考虑施工过程产生的变形和内力如何影响最终建造完成的建筑结构承载力性能的空白。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是本申请实施例公开的基于性能的大跨度钢结构闭环分析方法的流程图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在本申请中，大跨度钢结构施工规范对于某一个结构的施工方案完成之后，产生的变形和内力是唯一的，因此可以认为该结构此时的承载力性能是唯一的，所以由特定的设计方案、施工方案和施工工艺建成的结构是一个不同于设计图纸中的结构始终在自重荷载作用下的新结构，是一个应该包涵结构方案、施工方案和安装过程影响的存在重力作用变形和内力的结构。因此既然该结构是确定且唯一的，那么应该可以准确得到该结构的承载力。
具体来说，参见图1所示，根据本申请的实施例，提供了一种基于性能的大跨度钢结构闭环分析方法，下称分析方法，该分析方法包括6个步骤，以下将对该6个步骤进行详细说明。
步骤S1：根据设计要求建立大跨度钢结构的有限元模型，并建立直角坐标系。
将大跨度钢结构的有限元模型导入有限元分析软件中，建立直角坐标系，并以该大跨度钢结构的有限元模型的初始节点坐标设置为X0(i)，i为节点编号，其中，节点编号连续分布，最小值为1，最大值为n。可以理解的是，本实施例中所述的有限元分析软件例如可以是ansys软件等。
在步骤S1中，以某剧院屋盖施工模拟为例进行说明，根据设计要求建立剧院的大跨度钢结构的有限元模型，并将该大跨度钢结构的有限元模型导入有限元分析软件中，建立直角坐标系，其中，X轴沿大跨度钢结构的宽度方向，Y轴沿大跨度钢结构的长度方向，Z轴沿大跨度钢结构的高度方向，该大跨度钢结构的有限元模型初始节点坐标为X0(i)，i为节点编号，节点编号连续分布，最小值为1，最大值为n。
步骤S2：根据大跨度钢结构的结构特点设定施工方法、临时支撑和施工流程。
具体地，在该步骤中，施工方法的设定步骤包括：综合考虑安全性、经济性，某剧院屋盖施工采用高空原位分段安装结合高空原位分块安装的施工方法；
临时支撑的设定步骤包括：以某剧院屋盖高度为27.3～40.5m为例，如果临时支撑落在±10.00m地面上，临时支撑高度过高，初步确定临时支撑落点为：1）临时支撑落在混凝土墙上；2）临时支撑落在混凝土梁上；3）临时支撑落在混凝土柱上；4）临时支撑落在钢桁架上。
根据施工经验，初定临时支撑截面、位置和数量，当临时支撑落在混凝土墙或混凝土梁上时，如果初定临时支撑的截面大于混凝土墙或混凝土梁的截面，则减小临时支撑的截面。
施工流程设定步骤包括：杆件分段信息、杆件分块信息、杆件施工顺序以及关键时间节点，其中，关键时间节点包括：杆件焊接时间节点和支座打开时间节点。其中关键时间节点包括：杆件焊接时间节点、支座打开时间节点。杆件在杆件焊接时间节点前为铰接连接，采用释放梁端约束进行模拟，杆件在在杆件焊接时间节点后为固接连接，采用钝化梁端约束进行模拟；支座打开前为固接连接，有限元模型默认连接方式为固接连接，符合要求，支座打开后为铰接连接，采用释放梁端约束进行模拟。
步骤S3：根据临时支撑的截面信息、位置信息以及边界信息，在有限元分析软件中建立临时支撑的有限元模型，同时根据施工流程定义结构组、边界组以及荷载组。
其中结构组为每一个施工流程新安装的杆件或新拆除的杆件；边界组为每一个施工流程新安装的杆件或新拆除的杆件所包含的边界信息，如底部约束情况、释放梁端约束情况；荷载组为每一个施工流程新增加的荷载或新消失的荷载。
在步骤S3中，根据施工流程定义结构组、边界组以及荷载组之后还包括：定义安装过程施工阶段，每个施工阶段激活对应施工流程新增加的结构组、边界组和荷载组，钝化对应施工流程新消失的结构组、边界组和荷载组。
步骤S4：钝化临时支撑并进行施工模拟计算，得到大跨度钢结构的网格屋盖结构的最大竖向位移，根据设定的卸载高度，推算出卸载次数。
在该步骤中，网格屋盖采用分步卸载，根据施工工艺每步卸载10mm，确定卸载方案关键在于确定分步卸载次数。确定分布卸载次数的关键在于找到屋盖结构与临时支撑完全脱离时屋盖结构的竖向变形。具体做法为：
某剧院屋盖安装过程施工阶段定义完后之后，定义卸载施工阶段，该阶段钝化所有临时支撑，之后进行施工模拟计算，得到网格屋盖结构最大的竖向位移，根据一次卸载10mm，推出卸载次数，最后重新定义卸载施工阶段。
步骤S5：利用有限元分析软件进行施工计算，验算施工完成后的大跨度钢结构是否满足设计性能要求，具体包括：
步骤S51：在有限元分析软件后处理界面以表格形式输出大跨度钢结构的位移U’0(i)，同时令大跨度钢结构的有限元模型坐标调整值S’(i)=U’0(i)；
步骤S52：将坐标调整值S’(i)反向施加于大跨度钢结构的初始节点坐标X0(i)，此时大跨度钢结构的节点坐标为X’1(i)=X0(i)-S’(i)，再次进行施工模拟分析，以表格形式输出大跨度钢结构的位移U’1(i)；
步骤S53：将大跨度钢结构的位移差ΔU’1(i)=U’1(i)-U’0(i)与事先给定的精度m进行比较，如果
Figure 800577DEST_PATH_IMAGE007
，则满足精度要求，修改大跨度钢结构的有限元模型的节点坐标得到大跨度钢结构的最终设计构型X’(i)=X0(i)-S’(i)；如果
Figure 840208DEST_PATH_IMAGE008
，则不满足精度要求，令坐标调整值S’(i)=U’1(i)返回步骤S52，之后重复运行步骤S52和步骤S53直至满足精度要求为止，然后修改大跨度钢结构的有限元模型的节点坐标得到大跨度钢结构的最终设计构型X’(i)=X0(i)-S’(i)，其中，
Figure 550675DEST_PATH_IMAGE003
为大跨度钢结构上的所有节点的位移差的平方之和；
步骤S54：对大跨度钢结构的最终设计构型按设计标准进行荷载组合承载力验算，如果满足设计要求，则说明大跨度钢结构的性能满足要求，如果不满足设计要求，则修改施工方案后返回所述步骤S3。在步骤S54中，修改施工方案的方式包括：
当大跨度钢结构的屋盖结构杆件不满足设计要求时，如果杆件下部具备搭设临时支撑的条件，则增设临时支撑；否则考虑预起拱，其中预起拱方案需取得设计同意；
当临时支撑不满足设计要求时，则增大截面。
在该步骤中，输出最终的施工方案和有限元模型之后，可以进行对应的施工以得到大跨度钢结构。为了对大跨度钢结构的性能进行更高精度的分析，本实施例的分析方法还设置有步骤S6。
步骤S6：对施工完成的大跨度钢结构进行三维扫描得到大跨度钢结构的实际位移U”0(i)，并将该实际位移U”0(i)导入有限元分析软件进行模拟计算，输出结构安全和最终的施工方案。该步骤具体包括：
步骤S61：对施工完成的大跨度钢结构进行三维扫描，得到三维点云模型，将该三维点云模型在Revit软件中与大跨度钢结构的有限元模型进行拟合分析，得到大跨度钢结构的实际位移U”0(i)，并将该实际位移U”0(i)导入有限元分析软件进行模拟计算，同时令大跨度钢结构的有限元模型坐标调整值S”(i)=U”0(i)；
步骤S62：将坐标调整值S”(i)反向施加于大跨度钢结构的初始节点坐标X0(i)，此时大跨度钢结构节点坐标为X”1(i)=X0(i)-S”(i)，再次进行施工模拟分析，以表格形式输出结构位移U”1(i)；
步骤S63：将大跨度钢结构的位移差ΔU”1(i)=U”1(i)-U”0(i)与事先给定的精度m进行比较，如果
Figure 560220DEST_PATH_IMAGE004
，则满足精度要求，修改大跨度钢结构的有限元模型的节点坐标得到结构的最终设计构型X”(i)=X0(i)-S”(i)；如果
Figure 797166DEST_PATH_IMAGE005
，则不满足精度要求，令坐标调整值S”(i)=U”1(i)返回所述步骤S62，之后重复运行所述步骤S62和所述步骤S63直至满足精度要求为止，然后修改大跨度钢结构的有限元模型的节点坐标得到结构的最终设计构型X”(i)=X0(i)-S”(i)，其中，
Figure 601174DEST_PATH_IMAGE006
为大跨度钢结构上的所有节点的位移差的平方之和；
步骤S64：对施工完成后的大跨度钢结构的最终设计构型按设计标准进行荷载组合承载力验算，如果满足设计要求，则输出结构安全和最终的零态构型；如果不满足设计要求，则输出结构不安全，修改施工方案后重复所述步骤S61至所述步骤S64，直至施工完成后的大跨度钢结构的最终设计构型满足设计要求，最后输出结构安全和最终的零态构。
在步骤S64中，如果不满足设计要求，则输出结构不安全，则进行局部补强、加固，之后在大跨度钢结构的有限元模型中修改相应杆件以修改施工方案，然后再重复步骤S61至步骤S64。
综上所述，本申请的基于性能的大跨度钢结构闭环分析方法综合考虑了结构设计方案、建造方案及施工过程对最终结构性能的影响因素，能精确反映建造方案及施工过程对最终结构性能的影响，该方法可以由最终成形结构的变形倒推出结构初始位形，其包含了安装过程经历了由局部小块单元或者构件拼装成整体结构的过程，且整个过程都处于自重荷载作用状态，这些是图纸结构没有考虑的。也即是说，本申请中提出的基于性能的大跨度钢结构闭环分析方法为逆分析法，该方法解决了建造过程对大跨度钢结构引起的变形和内力对结构的性能影响，还能够模拟得到一套备用施工方案，弥补了现有技术中的空白。
从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：本申请的大跨度钢结构性能的分析方法经历了具体拼装过程的“真实”结构，而不同于设计图纸的“虚拟”结构，有很多因素影响到最终的安装变形，且整个过程都处于自重荷载作用状态，这些是理论计算没有办法实现，只能通过现场实测才能拿到实际结构最终安装变形。本申请中提出的基于性能的大跨度钢结构闭环分析方法可以精准计算施工变形误差引起的结构性能变化，弥补了现有技术只是考虑大跨度钢结构建造过程产生的变形量在一个允许范围及保证建造过程中结构的安全性，而并没有考虑施工过程产生的变形和内力如何影响最终建造完成的建筑结构承载力性能的空白。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位 ( 旋转 90 度或处于其他方位 )，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于性能的大跨度钢结构闭环分析方法，其特征在于，包括：
步骤S1：根据设计要求建立大跨度钢结构的有限元模型，并建立直角坐标系；
步骤S2：根据大跨度钢结构的结构特点设定施工方法、临时支撑和施工流程；
步骤S3：根据临时支撑的截面信息、位置信息、边界信息，在有限元分析软件中建立临时支撑的有限元模型，同时根据施工流程定义结构组、边界组以及荷载组；
步骤S4：钝化临时支撑并进行施工模拟计算，得到大跨度钢结构的网格屋盖结构的最大竖向位移，根据设定的卸载高度，推算出卸载次数；
步骤S5：利用有限元分析软件进行施工过程计算，验算施工完成后的大跨度钢结构是否满足设计性能要求，所述步骤S5包括：
步骤S51：在有限元分析软件后处理界面以表格形式输出大跨度钢结构的位移U’0(i)，同时令大跨度钢结构的有限元模型坐标调整值S’(i)=U’0(i)；
步骤S52：将坐标调整值S’(i)反向施加于大跨度钢结构的初始节点坐标X0(i)，此时大跨度钢结构的节点坐标为X’1(i)=X0(i)-S’(i)，再次进行施工模拟分析，以表格形式输出大跨度钢结构的位移U’1(i)；
步骤S53：将大跨度钢结构的位移差ΔU’1(i)=U’1(i)-U’0(i)与事先给定的精度m进行比较，如果
Figure 444636DEST_PATH_IMAGE001
，则满足精度要求，修改大跨度钢结构的有限元模型的节点坐标得到大跨度钢结构的最终设计构型X’(i)=X0(i)-S’(i)；如果
Figure 581219DEST_PATH_IMAGE002
，则不满足精度要求，令坐标调整值S’(i)=U’1(i)返回步骤S52，之后重复运行步骤S52和步骤S53直至满足精度要求为止，然后修改大跨度钢结构的有限元模型的节点坐标得到大跨度钢结构的最终设计构型X’(i)=X0(i)-S’(i)，其中，
Figure 453360DEST_PATH_IMAGE003
为大跨度钢结构上的所有节点的位移差的平方之和；
步骤S54：对大跨度钢结构的最终设计构型按设计标准进行荷载组合承载力验算，如果满足设计要求，则说明大跨度钢结构的性能满足要求，如果不满足设计要求，则修改施工方案后返回所述步骤S3；
步骤S6：对施工完成的大跨度钢结构进行三维扫描得到大跨度钢结构的实际位移U”0(i)，并将该实际位移U”0(i)导入有限元分析软件进行模拟计算，输出结构安全和最终的零态构型；
在所述步骤S1中，建立直角坐标系时，以该大跨度钢结构的有限元模型的初始节点坐标设置为X0(i)，i为节点编号，其中，节点编号连续分布，最小值为1，最大值为n；
所述步骤S6包括：
步骤S61：对施工完成的大跨度钢结构进行三维扫描，得到三维点云模型，将该三维点云模型与大跨度钢结构的有限元模型进行拟合分析，得到大跨度钢结构的实际位移U”0(i)，并将该实际位移U”0(i)导入有限元分析软件进行模拟计算，同时令大跨度钢结构的有限元模型坐标调整值S”(i)=U”0(i)；
步骤S62：将坐标调整值S”(i)反向施加于大跨度钢结构的初始节点坐标X0(i)，此时大跨度钢结构的节点坐标为X”1(i)=X0(i)-S”(i)，再次进行施工模拟分析，以表格形式输出结构位移U”1(i)；
步骤S63：将大跨度钢结构的位移差ΔU”1(i)=U”1(i)-U”0(i)与事先给定的精度m进行比较，如果
Figure 384407DEST_PATH_IMAGE004
，则满足精度要求，修改大跨度钢结构的有限元模型的节点坐标得到结构的最终设计构型X”(i)=X0(i)-S”(i)；如果
Figure 76420DEST_PATH_IMAGE005
，则不满足精度要求，令坐标调整值S”(i)=U”1(i)返回所述步骤S62，之后重复运行所述步骤S62和所述步骤S63直至满足精度要求为止，然后修改大跨度钢结构的有限元模型的节点坐标得到结构的最终设计构型X”(i)=X0(i)-S”(i)，其中，
Figure 751115DEST_PATH_IMAGE006
为大跨度钢结构上的所有节点的位移差的平方之和；
步骤S64：对施工完成后的大跨度钢结构的最终设计构型按设计标准进行荷载组合承载力验算，如果满足设计要求，则输出结构安全和最终的零态构型；如果不满足设计要求，则输出结构不安全，修改施工方案后重复所述步骤S61至所述步骤S64，直至施工完成后的大跨度钢结构的最终设计构型满足设计要求，最后输出结构安全和最终的零态构型。
2.根据权利要求1所述的基于性能的大跨度钢结构闭环分析方法，其特征在于，在所述步骤S2中：施工流程包括：杆件分段信息、杆件分块信息、杆件施工顺序以及关键时间节点，其中，所述关键时间节点包括：杆件焊接时间节点和支座打开时间节点。
3.根据权利要求2所述的基于性能的大跨度钢结构闭环分析方法，其特征在于，在所述步骤S2中，杆件在焊接时间节点前为铰接连接，采用释放梁端约束进行模拟，杆件在杆件焊接时间节点后为固接连接，采用钝化梁端约束进行模拟；支座打开前为固接连接，支座打开后为铰接连接，采用释放梁端约束进行模拟。
4.根据权利要求1所述的基于性能的大跨度钢结构闭环分析方法，其特征在于，在所述步骤S3中：
所述结构组为每一个施工流程新安装的杆件或新拆除的杆件；
所述边界组为每一个施工流程新安装的杆件或新拆除的杆件所包含的边界信息；
所述荷载组为每一个施工流程新增加的荷载或新消失的荷载。
5.根据权利要求4所述的基于性能的大跨度钢结构闭环分析方法，其特征在于，在所述步骤S3中，根据所述施工流程定义结构组、边界组以及荷载组之后还包括：定义安装过程施工阶段，每个施工阶段激活对应施工流程新增加的所述结构组、所述边界组和所述荷载组，钝化对应施工流程新消失的所述结构组、所述边界组和所述荷载组。
6.根据权利要求1所述的基于性能的大跨度钢结构闭环分析方法，其特征在于，所述步骤S64中，修改施工方案的方式包括：
当大跨度钢结构的屋盖结构杆件不满足设计要求时，如果杆件下部具备搭设临时支撑的条件，则增设临时支撑；否则考虑预起拱；
当临时支撑不满足设计要求时，则增大截面。
7.根据权利要求6所述的基于性能的大跨度钢结构闭环分析方法，其特征在于，所述三维点云模型利用数据整合、降噪抽稀或者数据导出的方式处理得到。
8.根据权利要求7所述的基于性能的大跨度钢结构闭环分析方法，其特征在于，在所述步骤S64中，如果不满足设计要求，则输出结构不安全，则进行局部补强、加固，之后在大跨度钢结构的有限元模型中修改相应杆件以修改施工方案，然后再重复所述步骤S61至所述步骤S64。
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