大跨度及空间钢结构施工控制技术分析

大跨度及空间钢结构施工控制技术分析

河北建设集团有限公司，河北保定071000

摘要 文章通过对大跨度空间钢结构的现场施工的理论阐述，说明了保证永久结构与临时支撑结构在施工过程中的安全与稳定；保证结构在施工过程中的状态在可控范围，并最终达到设计要求的完整结构状态。

关键词 大跨度；空间钢结构；控制技术

中图分类号tu7 文献标识码a 文章编号 1674-6708（2012）61-0096-02 1 概述

大跨度空间钢结构的现场施工是指钢构件在工厂加工、制作、运输到现场后，采用不同的施工工艺和施工方法将零散的钢构件拼装成满足设计要求的、具有使用功能的最终空间结构的伞过程。施工过程是一个结构从不完整状态逐渐向完整状态转变的过程。整个施工全过程一般都要经历永久支撑结构的施工、临时支撑系统的搭设、永久结构的安装、临时支撑系统的拆除等阶段直至形成可使用的结构。

从力学角度来看，施工阶段的结构力学分析不同于运营结构，施工过程是一个变结构(结构件不断增多，结构形状不断改变)、变荷载(施工荷载是不断变化的、构件自重逐渐增加)、变边界(永久

约束的不断增多、临时约束的设置与拆除)的过程。因此，在对施工过程的不完整结构进行分析时，必须采用不同于以往的设计阶段的分析方法。

施工过程中，结构处于不完整状态，刚度较低、稳定性较差，必须依赖于临时支撑系统的共同作用以保持足够的刚度和稳定性。而在永久结构拼装完成后，临时支撑系统必须拆除。何时拆、如何拆?这是在施工阶段必须解决的技术问题。合理的拆除方案才能保证永久结构及临时支撑系统安全与稳定。

设计给出的设计图纸都是结构成形(完整状态)时的线形，施工中间过程不完整结构的线形如何、内力状态如何，这些是施工阶段必须明确的，否则，结构完成时无法达到设计要求的状态。因此，必须通过力学分析手段，确定施工中间阶段结构的理想状态，以在施工过程中提前做出调整，最终达到设计要求的完整结构。 理论计算毕竟是基于理想状况下的假定，现场实际情况都或多或少与理论分析有一些差异，如施工荷载的大小和位置、结构性能的假定(弹性模量、密度、截面特性)、构件连接形式(刚接还是铰接)、支座的约束形式等。这些差异决定了要准备了解施工阶段的中间结构状态。必须借助于监测技术，对结构状态进行监测。要监测哪些参数、采用什么方法进行监测、什么时候监测，这些都是需要研究的。合理的监测方案才能采集到真实、有效的数据，以便指导现场施工。

上述这些问题就是大跨度空间钢结构施工控制的关键技术问题，解决这些问题的目的主要在两个方面：1）保证永久结构与临时支撑结构在施工过程中的安全与稳定；2）保证结构在施工过程中的状态在可控范围，并最终达到设计要求的完整结构状态。 2 施工监测技术 2.1现场监测的必要性

施工监控的目的是通过建立理论分析模型和测试系统，在施工过程中监测已完成的工程状态，收集控制参数，比较理论计算和实测结果，分析并调整施工中产生的误差，预测后续施工过程的结构形状，提出后续施工过程应采取的技术措施，调整必要的麓工工艺和技术方案，使建成后结构的位置、变形和内力处于有效的控制之中，并最大限度地符合设计的理想状态，确保结构的施工质量和工期，保证施工过程与运营状态的安全性。

同时由于现场施工实际情况千变万化，环境因素复杂，需要建立一套性能稳定、抗干扰能力强、适合于长期观测的测量及测试系统。根据实测数据的反馈，实时更改计算模型，进行新的预测及分析，确保整个施工过程在可控的管理范围之中。

总之，监测的目的无外乎两个方面：1）实时掌握结构施工阶段的性能状态，保证施工过程中不完整结构的安全与稳定；2）监测结果与理论分析结果进行比较，使施工阶段的结构按照可控的方向最终达到符合设计的理想状态。

2.2现场监测的内容

1）监测的参数。大跨度空间钢结构施工现场监测的参数主要包括：结构的变形、应力，拉索的于拉力以及构件(包括拉索)的温度； 2）监测的原则。监测的原则与结构的受力特点、施工方案有关，但一般大跨度应力空间钢结构施工过程的监测必须遵循以下原则： （1）实时性原则。监测过程必须实时。施工过程不同于运营过程，结构形式、荷载条件、边界条件随着施工不断变化，任一项变化都可能引起施工阶段结构状态的改变，必须及时、实时跟踪监测。否则就不能完整地、正确地把握结构的状态，从而可能遗漏重要的信息，引起施工阶段的结构的不安全；

（2）全程性原则。监测过程必须从结构构件安装之初就开始，至达到设计要求的完整结构为止(这里指施工监测，如果结构需进行健康监测，则监测须一直延续下去)。

根据目前应变监测仪器的特点，一般只能监测到应变的增量，而无法监测到结构实际的应变。因此，须在安装之初，构件无应力状态时安装测试仪器全程监测；

（3）全面性原则。监测布点位置必须全面，这样才能把握结构的整体状态；

（4）重点性原则。根据监测布点的全面性原则，当然是布点越多越好。但测点过多，就会增大现场监测的工作量和工作难度，往往由于线路过多，影响现场施工，同时可操作性也差。因此，必须

有重点监测一些点位。

在监测布点前，根据理论分析结果，选择应力较大、应力变化较大，变形较大、变形变化较大，索力较大、索力变化较大的点位进行监测。

施工阶段的卸载过程往往是力学转换复杂的过程，也是施工事故多发的阶段。这个阶段是监测的重点，除在永久结构布置测点进行应力、变形的监测外，在临时支撑结构上布置应力测点是非常必要的。

3）监测的时间。根据监测的原则，监测的总体时间应该是从结构开始施工到施工结束。具体时间而言，一般是施工工况改变前后均需进行各项内容的监测，以收集到变化值与理论分析结果比较。 大跨度空间钢结构受温度影响较大，往往需要：（1）通过监测掌握温度对结构变形的影响；（2）剔除温度对结构变形与应力的影响。因此，在监测时通常采取以下措施：1）选取有代表性的几天进行全天24h温度监测，同时进行应力和变形的监测，以掌握温度对结构状态的影响；2）在进行工况监测时，选取温度变化较小的时间进行监测。 参考文献

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