關(guān)于大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)施工控制的探討

摘要：建筑工程大跨度鋼結(jié)構(gòu)的整個施工過程中，會因為許多確定性的和不確定性的因素導(dǎo)致不同的后果。在建筑施工過程中，如何全面客觀的評價這些因素的作用，對處于施工狀態(tài)的監(jiān)測、調(diào)整、預(yù)測以及設(shè)計目標的實現(xiàn)都是至關(guān)重要的。

關(guān)鍵詞：大跨度空間；鋼結(jié)構(gòu)施工；控制技術(shù)

1、大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)施工類型

1.1網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)

網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)實質(zhì)上與空間桿結(jié)構(gòu)相似，平板網(wǎng)架型空間桿結(jié)構(gòu)的原理根據(jù)規(guī)律將桿件組合成網(wǎng)格，結(jié)合殼體結(jié)構(gòu)將其布置成具有一定空間結(jié)構(gòu)的架構(gòu)，因而其不僅具有桿系性質(zhì)，還具有殼體性質(zhì)。一般情況下，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)是通過網(wǎng)殼內(nèi)部兩個方向的剪力、壓力或者是拉力來進行傳力。具體實例有1988年修建的北京體院體育館，其主要是采用雙層扭網(wǎng)殼（四塊組合型且?guī)睋危渲饕獏?shù)為挑檐3.5m、矢高3.5m、平面尺寸為59.2m2，是我國跨度最大的雙層扭網(wǎng)殼。

1.2懸索結(jié)構(gòu)

懸索結(jié)構(gòu)主要是柔性受拉索及邊緣構(gòu)件等所構(gòu)成的一種承重結(jié)構(gòu)。柔性受拉索的材料主要為圓鋼、鏈條、鋼鉸線、鋼絲繩、鋼絲束等具有較好受拉性能的材料。懸索結(jié)構(gòu)是主要利用具有較高強度和抗拉性能的材料，其結(jié)構(gòu)優(yōu)勢是施工簡單、節(jié)省材料、自重較小、跨度較大。該結(jié)構(gòu)形式除在我國大型大跨度橋梁中的應(yīng)用較為廣泛外，還被廣泛應(yīng)用于倉庫、展覽館、飛機庫、體育館等大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)當(dāng)中。

1.3網(wǎng)架結(jié)構(gòu)

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的主要原理是按照一定網(wǎng)格形式將多根桿件利用節(jié)點連結(jié)的形式組成一種空間結(jié)構(gòu)。該種結(jié)構(gòu)形式具有外形美觀、穩(wěn)定性好、自重輕、工業(yè)化程度高等特點，被廣泛應(yīng)用在大型建筑結(jié)構(gòu)體系當(dāng)中。

2、大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)的施工應(yīng)用

2.1張拉整體結(jié)構(gòu)

張拉整體結(jié)構(gòu)大致為三棱柱或四棱柱構(gòu)成的基本單元，如果把所有基本單元的節(jié)點進行聯(lián)接，則能夠構(gòu)成雙層張拉整體結(jié)構(gòu)，這一自應(yīng)力網(wǎng)格體系大多是通過被連接的棱柱體單元具備的單獨受壓剛性桿以及持續(xù)張拉的柔性索而構(gòu)成，其中敷設(shè)的膜材可選用遮光擋雨的類別，總體剛度以單元間的自平衡預(yù)應(yīng)力為根本。

2.2弦支彎頂結(jié)構(gòu)

把以上張拉整體結(jié)構(gòu)上層柔性索變成具備剛性的單層球面網(wǎng)殼，在彈性的支撐方面能夠提升單層網(wǎng)殼的穩(wěn)定性以及結(jié)構(gòu)剛度，因為上層屬于剛性，能夠把膜材取消運用常規(guī)的夾芯板進行取代，在提升建筑物室內(nèi)保溫性能以及隔熱性能的狀態(tài)下，可以大面積節(jié)約工程造價的成本。

2.3預(yù)應(yīng)力網(wǎng)格結(jié)構(gòu)

在工作中，透過技術(shù)人員把當(dāng)前預(yù)應(yīng)力技術(shù)與空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)相融合，則能夠打造出預(yù)應(yīng)力網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。通常狀態(tài)下，在空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)內(nèi)施加預(yù)應(yīng)力的方式有以下兩類：首先，在空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)四周設(shè)定相關(guān)的預(yù)應(yīng)力索或在下弦平面中設(shè)定預(yù)應(yīng)力索，如此則可以結(jié)合為預(yù)應(yīng)力網(wǎng)格結(jié)構(gòu)；其次，在空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)創(chuàng)建當(dāng)中施加預(yù)應(yīng)力，透過適宜的協(xié)調(diào)而變?yōu)轭A(yù)應(yīng)力網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。

2.4預(yù)應(yīng)力張弦梁與弦析架結(jié)構(gòu)

張弦梁結(jié)構(gòu)屬于上弦抗彎受壓構(gòu)件與下弦受拉鋼索而構(gòu)成，在工程內(nèi)體現(xiàn)出受壓撐桿相互銜接的自平衡結(jié)構(gòu)體。弦析架結(jié)構(gòu)屬于受壓撐桿持續(xù)上端抗彎受壓拱式析架與下端構(gòu)成，在工程內(nèi)體現(xiàn)為受拉鋼索而構(gòu)成的自平衡結(jié)構(gòu)體。這兩類結(jié)構(gòu)的用鋼量有所增加，施工難度有所提升。

2.5對角線布索體外預(yù)應(yīng)力平板型網(wǎng)架

對角線布索體外預(yù)應(yīng)力平板型網(wǎng)架最初使用在前蘇聯(lián)，通過前蘇聯(lián)的建筑舉例，在1977年的福爾日思科的某一商業(yè)中心，建筑面積在72mx17m。我國某空間結(jié)構(gòu)廠在1993年運用同等原理以及布索形式創(chuàng)建對角線布索體外預(yù)應(yīng)力平板型網(wǎng)架，以此展現(xiàn)出對角線布索體外預(yù)應(yīng)力平板型網(wǎng)架的優(yōu)勢，而不足之處則為預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)體系并不完善，構(gòu)造十分艱難。

3、施工監(jiān)測技術(shù)

3.1現(xiàn)場監(jiān)測的必要性

施工監(jiān)控的目的是通過建立理論分析模型和測試系統(tǒng)，在施工過程中監(jiān)測已完成的工程狀態(tài)，收集控制參數(shù)，比較理論計算和實測結(jié)果，分析并調(diào)整施工中產(chǎn)生的誤差，預(yù)測后續(xù)施工過程的結(jié)構(gòu)形狀，提出后續(xù)施工過程應(yīng)采取的技術(shù)措施，調(diào)整必要的麓工工藝和技術(shù)方案，使建成后結(jié)構(gòu)的位置、變形和內(nèi)力處于有效的控制之中，并最大限度地符合設(shè)計的理想狀態(tài)，確保結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量和工期，保證施工過程與運營狀態(tài)的安全性。

同時由于現(xiàn)場施工實際情況千變?nèi)f化，環(huán)境因素復(fù)雜，需要建立一套性能穩(wěn)定、抗干擾能力強、適合于長期觀測的測量及測試系統(tǒng)。根據(jù)實測數(shù)據(jù)的反饋，實時更改計算模型，進行新的預(yù)測及分析，確保整個施工過程在可控的管理范圍之中。

3.2現(xiàn)場監(jiān)測的內(nèi)容

1）監(jiān)測的參數(shù)。大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)施工現(xiàn)場監(jiān)測的參數(shù)主要包括：結(jié)構(gòu)的變形、應(yīng)力，拉索的于拉力以及構(gòu)件（包括拉索）的溫度；

2）監(jiān)測的原則。監(jiān)測的原則與結(jié)構(gòu)的受力特點、施工方案有關(guān)，但一般大跨度應(yīng)力空間鋼結(jié)構(gòu)施工過程的監(jiān)測必須遵循以下原則：

（1）實時性原則。監(jiān)測過程必須實時。施工過程不同于運營過程，結(jié)構(gòu)形式、荷載條件、邊界條件隨著施工不斷變化，任一項變化都可能引起施工階段結(jié)構(gòu)狀態(tài)的改變，必須及時、實時跟蹤監(jiān)測。否則就不能完整地、正確地把握結(jié)構(gòu)的狀態(tài)，從而可能遺漏重要的信息，引起施工階段的結(jié)構(gòu)的不安全；

（2）全程性原則。監(jiān)測過程必須從結(jié)構(gòu)構(gòu)件安裝之初就開始，至達到設(shè)計要求的完整結(jié)構(gòu)為止（這里指施工監(jiān)測，如果結(jié)構(gòu)需進行健康監(jiān)測，則監(jiān)測須一直延續(xù)下去）。

根據(jù)目前應(yīng)變監(jiān)測儀器的特點，一般只能監(jiān)測到應(yīng)變的增量，而無法監(jiān)測到結(jié)構(gòu)實際的應(yīng)變。因此，須在安裝之初，構(gòu)件無應(yīng)力狀態(tài)時安裝測試儀器全程監(jiān)測；

（3）全面性原則。監(jiān)測布點位置必須全面，這樣才能把握結(jié)構(gòu)的整體狀態(tài)；

（4）重點性原則。根據(jù)監(jiān)測布點的全面性原則，當(dāng)然是布點越多越好。但測點過多，就會增大現(xiàn)場監(jiān)測的工作量和工作難度，往往由于線路過多，影響現(xiàn)場施工，同時可操作性也差。因此，必須有重點監(jiān)測一些點位。

3）監(jiān)測的時間。根據(jù)監(jiān)測的原則，監(jiān)測的總體時間應(yīng)該是從結(jié)構(gòu)開始施工到施工結(jié)束。具體時間而言，一般是施工工況改變前后均需進行各項內(nèi)容的監(jiān)測，以收集到變化值與理論分析結(jié)果比較。

大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)受溫度影響較大，往往需要：（1）通過監(jiān)測掌握溫度對結(jié)構(gòu)變形的影響；（2）剔除溫度對結(jié)構(gòu)變形與應(yīng)力的影響。因此，在監(jiān)測時通常采取以下措施：1）選取有代表性的幾天進行全天24h溫度監(jiān)測，同時進行應(yīng)力和變形的監(jiān)測，以掌握溫度對結(jié)構(gòu)狀態(tài)的影響；2）在進行工況監(jiān)測時，選取溫度變化較小的時間進行監(jiān)測。

4、結(jié)語

綜上所述，大跨度鋼結(jié)構(gòu)工程的施工具有著工程量大、施工要求高等特點，因此，為了保障工程的施工質(zhì)量和安全，作為施工工作人員，就必須要不斷學(xué)習(xí)相應(yīng)的施工知識，并針對施工中存在的問題進行分析，以采取有效措施做好應(yīng)對和解決，從而保證工程的施工質(zhì)量。

參考文獻：

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