大跨度及空間鋼結構施工控制技術分析

馬鵬輝

河北建設集團有限公司，河北保定071000

摘要 文章通過對大跨度空間鋼結構的現場施工的理論闡述，說明了保證永久結構與臨時支撐結構在施工過程中的安全與穩(wěn)定；保證結構在施工過程中的狀態(tài)在可控范圍，并最終達到設計要求的完整結構狀態(tài)。

關鍵詞 大跨度；空間鋼結構；控制技術

中圖分類號TU7 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2012）61-0096-02

1 概述

大跨度空間鋼結構的現場施工是指鋼構件在工廠加工、制作、運輸到現場后，采用不同的施工工藝和施工方法將零散的鋼構件拼裝成滿足設計要求的、具有使用功能的最終空間結構的傘過程。施工過程是一個結構從不完整狀態(tài)逐漸向完整狀態(tài)轉變的過程。整個施工全過程一般都要經歷永久支撐結構的施工、臨時支撐系統(tǒng)的搭設、永久結構的安裝、臨時支撐系統(tǒng)的拆除等階段直至形成可使用的結構。

從力學角度來看，施工階段的結構力學分析不同于運營結構，施工過程是一個變結構(結構件不斷增多，結構形狀不斷改變)、變荷載(施工荷載是不斷變化的、構件自重逐漸增加)、變邊界(永久約束的不斷增多、臨時約束的設置與拆除)的過程。因此，在對施工過程的不完整結構進行分析時，必須采用不同于以往的設計階段的分析方法。

施工過程中，結構處于不完整狀態(tài)，剛度較低、穩(wěn)定性較差，必須依賴于臨時支撐系統(tǒng)的共同作用以保持足夠的剛度和穩(wěn)定性。而在永久結構拼裝完成后，臨時支撐系統(tǒng)必須拆除。何時拆、如何拆?這是在施工階段必須解決的技術問題。合理的拆除方案才能保證永久結構及臨時支撐系統(tǒng)安全與穩(wěn)定。

設計給出的設計圖紙都是結構成形(完整狀態(tài))時的線形，施工中間過程不完整結構的線形如何、內力狀態(tài)如何，這些是施工階段必須明確的，否則，結構完成時無法達到設計要求的狀態(tài)。因此，必須通過力學分析手段，確定施工中間階段結構的理想狀態(tài)，以在施工過程中提前做出調整，最終達到設計要求的完整結構。

理論計算畢竟是基于理想狀況下的假定，現場實際情況都或多或少與理論分析有一些差異，如施工荷載的大小和位置、結構性能的假定(彈性模量、密度、截面特性)、構件連接形式(剛接還是鉸接)、支座的約束形式等。這些差異決定了要準備了解施工階段的中間結構狀態(tài)。必須借助于監(jiān)測技術，對結構狀態(tài)進行監(jiān)測。要監(jiān)測哪些參數、采用什么方法進行監(jiān)測、什么時候監(jiān)測，這些都是需要研究的。合理的監(jiān)測方案才能采集到真實、有效的數據，以便指導現場施工。

上述這些問題就是大跨度空間鋼結構施工控制的關鍵技術問題，解決這些問題的目的主要在兩個方面：1）保證永久結構與臨時支撐結構在施工過程中的安全與穩(wěn)定；2）保證結構在施工過程中的狀態(tài)在可控范圍，并最終達到設計要求的完整結構狀態(tài)。

2 施工監(jiān)測技術

2.1現場監(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，比較理論計算和實測結果，分析并調整施工中產生的誤差，預測后續(xù)施工過程的結構形狀，提出后續(xù)施工過程應采取的技術措施，調整必要的麓工工藝和技術方案，使建成后結構的位置、變形和內力處于有效的控制之中，并最大限度地符合設計的理想狀態(tài)，確保結構的施工質量和工期，保證施工過程與運營狀態(tài)的安全性。

同時由于現場施工實際情況千變萬化，環(huán)境因素復雜，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)。根據實測數據的反饋，實時更改計算模型，進行新的預測及分析，確保整個施工過程在可控的管理范圍之中。

總之，監(jiān)測的目的無外乎兩個方面：1）實時掌握結構施工階段的性能狀態(tài)，保證施工過程中不完整結構的安全與穩(wěn)定；2）監(jiān)測結果與理論分析結果進行比較，使施工階段的結構按照可控的方向最終達到符合設計的理想狀態(tài)。

2.2現場監(jiān)測的內容

1）監(jiān)測的參數。大跨度空間鋼結構施工現場監(jiān)測的參數主要包括：結構的變形、應力，拉索的于拉力以及構件(包括拉索)的溫度；

2）監(jiān)測的原則。監(jiān)測的原則與結構的受力特點、施工方案有關，但一般大跨度應力空間鋼結構施工過程的監(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，結構形式、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構狀態(tài)的改變，必須及時、實時跟蹤監(jiān)測。否則就不能完整地、正確地把握結構的狀態(tài)，從而可能遺漏重要的信息，引起施工階段的結構的不安全；

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

根據目前應變監(jiān)測儀器的特點，一般只能監(jiān)測到應變的增量，而無法監(jiān)測到結構實際的應變。因此，須在安裝之初，構件無應力狀態(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，這樣才能把握結構的整體狀態(tài)；

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

在監(jiān)測布點前，根據理論分析結果，選擇應力較大、應力變化較大，變形較大、變形變化較大，索力較大、索力變化較大的點位進行監(jiān)測。

施工階段的卸載過程往往是力學轉換復雜的過程，也是施工事故多發(fā)的階段。這個階段是監(jiān)測的重點，除在永久結構布置測點進行應力、變形的監(jiān)測外，在臨時支撐結構上布置應力測點是非常必要的。

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

大跨度空間鋼結構受溫度影響較大，往往需要：（1）通過監(jiān)測掌握溫度對結構變形的影響；（2）剔除溫度對結構變形與應力的影響。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，同時進行應力和變形的監(jiān)測，以掌握溫度對結構狀態(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。

參考文獻

[1]王嘉琳，蒙炳穆.關于大跨度空間鋼結構施工控制的探討.建筑施工，2010，32(7).

[2]李會軍，林桂楓，柳春光，馮嬌.多維多點激勵下大跨度空間鋼結構的抗震研究進展，建筑鋼結構進展，2011，13(3).

[3]朱光照.大跨度空間預應力鋼結構的張拉新技術.第二屆全國現代結構工程學術研討會，2002(2).