随着经济的发展,建筑结构工程的规模进一步扩大、复杂程度进一步提高,建成了一批体型复杂的大跨钢结构。这些大跨空间结构的几何位形、材料力学性能以及边界等条件等在施工过程中往往存在剧烈的变化,竣工时由荷载引起的结构内力和变形均是由各施工步效应依次累积而成,竣工时各个构件的内力分布和变形与实际的施工过程密切相关。同时施工过程往往是建筑结构生命周期中最危险的阶段,据国家有关部门的不完全统计,在我国有大约2/3以上的工程结构倒塌事故发生在施工期间,原因是未考虑结构施工过程中的复杂性。由于涉及方面广,施工力学的理论研究在很多方面还很不成熟,例如施工过程的数值模拟理论、脚手架承载力计算理论、施工过程优化理论、焊接对结构力学性能的影响、施工过程风振响应分析理论等。此外,太阳辐射引起的不均匀温度场对结构施工及服役期间力学性能的影响也是亟待解决的关键问题。单元生死法是目前大跨空间结构普遍采用的施工模拟方法,其原理是将未安装构件的刚度矩阵乘以一个足够小的因子,将未安装构件对结构的贡献减小,以至于可以忽略。但由于采用单元生死法时,被杀死的构件并未真的从结构中删除,这些单元会以“死单元”与“活单元”的公共节点为边界而产生位移,也就是所谓的“漂移”。为克服这一弊端,本文在分步建模法概念的基础上,通过对通用有限元软件进行二次开发,提出了可避免死单元“漂移”的施工模拟方法。同时,以实际工程于家堡交通枢纽的施工过程为背景,对整个施工过程进行了施工模拟,系统研究了提升区在提升过程中的构件应力变化趋势,并对其进行了现场监测。在提出的施工模拟理论的基础上,本文对门式脚手架的极限承载力进行了研究。大跨空间结构施工过程中使用的门式脚手架节点具有复杂的受力性能。不同模块之间的连接节点具有明显的半刚性特征。本文提出了能够考虑节点半刚性的高效数值模拟算法,并同时考虑了构件弯曲缺陷的影响。在此基础上对门式脚手架体系的极限承载力进行了研究。由于大型复杂结构施工的复杂性,施工过程中往往需要数十个支撑胎架。对于具有复杂体型的空间结构来说,比如于家堡交通枢纽,支撑点的选择非常复杂,如何选择最优的支撑点组合对于工程技术人员来说是一个很大的难题,除此之外,最优卸载顺序的确定,整体提升施工提升点的选择等对于施工的安全性至关重要。因此本文基于实数编码遗传算法对上述一系列问题进行了优化。此外,本文结合于家堡交通枢纽的特殊性,利用二进制编码遗传算法对支座刚度进行了优化。目前施工过程中,普遍存在大量的焊接工作。本文结合于家堡交通枢纽这一全焊接结构为工程背景,系统研究了焊接残余应力对厚钢板、箱型构件、以及十字隔板焊接节点力学性能的影响。提出了将焊接残余应力植入整体结构的高效计算方法,大大节省了计算时间,使得在整体结构中考虑焊接残余应力成为一种可能。此外,本文还提出了通过改变材料力学属性来考虑焊接残余应力的方法,并对实际工程进行了分析研究。基于随机振动的频域分析理论,将本征正交分解法与虚拟激励法结合,提出了适用于空间结构的本征虚拟激励法,大大的减小了计算代价。并将该方法用于对整体提升结构的风振响应进行分析,结果表明该方法对于基频较低的柔性结构具有很高的计算效率和精度。大跨空间结构的施工周期一般很长,因此施工过程中的结构不仅要承受日气温变化,还要承受季节温差的影响。为研究温度荷载对双螺旋单层网壳结构的影响,对该工程进行了施工过程中的温度场和应力场监测;在膜结构施工完成后继续进行了一年的健康监测。通过将膜结构安装之前和安装之后的监测结果进行对比,揭示了膜结构对双螺旋单层网壳结构在太阳辐射不均匀温度场作用下的力学响应的影响。