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        工程施工中大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

        2018-07-23 04:06:48韓曉彤孫樂健
        世界家苑 2018年6期
        關(guān)鍵詞:大跨度鋼結(jié)構(gòu)工程施工

        韓曉彤 孫樂健

        摘 要:大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的新特點,給大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)施工帶來了機遇與挑戰(zhàn),促進(jìn)了施工技術(shù)的革新。本文對工程施工中大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)進(jìn)行了探討分析。

        關(guān)鍵詞:工程施工;大跨度;鋼結(jié)構(gòu)

        引言:

        目前大跨度空間結(jié)構(gòu)主要被應(yīng)用到機場建筑、會展中心、體育場館、展覽館等大型公共建筑的屋蓋結(jié)構(gòu)中。各種類型的大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)在美、日、歐、澳等發(fā)達(dá)國家發(fā)展很快,其跨度和規(guī)模越來越大,新材料和新技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛,結(jié)構(gòu)形式越來越豐富。許多宏偉而富有特色的大跨度建筑已成為當(dāng)?shù)氐南笳餍曰驑?biāo)志性人文景觀。

        一、大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的新特點

        一是大跨度空間結(jié)構(gòu)跨度趨大化,空間結(jié)構(gòu)形式多樣化,施工技術(shù)復(fù)雜化,如“鳥巢”跨度296米,“水立方”跨度177米,廣州國際會展中心跨度126.6米,南京奧體中心體育場跨度360米。

        二是結(jié)構(gòu)形式不再局限于采用傳統(tǒng)的單一結(jié)構(gòu)形式,新的結(jié)構(gòu)形式和各種組合結(jié)構(gòu)形式不斷涌現(xiàn),如“水立方”采用了基于泡沫理論的多面體空間剛架結(jié)構(gòu)、“鳥巢”采用復(fù)雜扭曲空間桁架結(jié)構(gòu)、奧運會羽毛球館則采用世界跨度最大的弦支穹頂結(jié)構(gòu)、廣州國際會展中心采用了張弦桁架結(jié)構(gòu)。

        三是預(yù)應(yīng)力作為一項新技術(shù),得到充分應(yīng)用,涌現(xiàn)了索穹頂、張拉整體結(jié)構(gòu)和索膜結(jié)構(gòu)等新型結(jié)構(gòu)形式,如奧運會羽毛球館(北京工業(yè)大學(xué)體育館)采用了世界跨度最大的弦支穹頂結(jié)構(gòu)、國家體育館采用了世界跨度最大的雙向張弦梁結(jié)構(gòu)。在大跨度空間結(jié)構(gòu)中引入現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力技術(shù),不僅使結(jié)構(gòu)體形更為豐富而且也使其先進(jìn)性、合理性、經(jīng)濟性得到充分展示。通過適當(dāng)配置拉索,使結(jié)構(gòu)獲得新的中間彈性支點或使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生與外載作用反向的內(nèi)力和撓度而卸載,前者即為斜拉結(jié)構(gòu)體系,后者則為預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)體系。這一類“雜交”結(jié)構(gòu)體系改善了原結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài),降低內(nèi)力峰值,增強結(jié)構(gòu)剛度,技術(shù)經(jīng)濟效果明顯提高。

        四是現(xiàn)代空間鋼結(jié)構(gòu)大多采用仿生態(tài)建筑,為了滿足建筑造型,采用了各種各樣的節(jié)點形式,結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)計難度越來越大,如鑄鋼節(jié)點、鍛鋼節(jié)點、球鉸節(jié)點等。構(gòu)件數(shù)量和截面類型越來越多,深化設(shè)計難度越來越大。一般而言,這類大型工程都由幾萬個構(gòu)件,甚至逾10萬個構(gòu)件組成,并且這些構(gòu)件的截面形式尺寸和長度均不相同,這樣給施工單位放樣帶來極大困難,對于有些彎扭構(gòu)件,還需進(jìn)行專門試驗和研究才能完成。

        五是構(gòu)件加工難度大,加工精度要求高。這類工程都屬于國家重點工程,工程質(zhì)量要求相當(dāng)高。只有提高構(gòu)件加工精度,才能滿足質(zhì)量要求。并且大量焊縫要求一級焊縫標(biāo)準(zhǔn),給施工帶來極大難度?,F(xiàn)場焊接工作量大,施工技術(shù)難度高。為保證施工精度,這些工程都需要進(jìn)行預(yù)拼裝,并且現(xiàn)場焊接工作量特別大。由于結(jié)構(gòu)新、跨度大,為了保證經(jīng)濟、安全,都必須采用先進(jìn)的施工技術(shù)才能順利完成。

        二、大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)房屋施工控制

        在大型的空間鋼結(jié)構(gòu)建造過程中,施工技術(shù)是非常關(guān)鍵的。制定合理的施工方案、科學(xué)的分析施工過程,才能保證房屋結(jié)構(gòu)的安全和經(jīng)濟?,F(xiàn)階段,一些大型空間鋼結(jié)構(gòu)的施工,突破了傳統(tǒng)的施工方法,向高科技領(lǐng)域不斷邁進(jìn),使傳統(tǒng)的施工技術(shù)面臨著前所未有的挑戰(zhàn)??蒲?、設(shè)計和施工單位應(yīng)該共同合作,創(chuàng)造出更加科學(xué)、合理的施工技術(shù)。在研究、開發(fā)和創(chuàng)造過程中,應(yīng)注意以下幾個方面。

        1、使用施工監(jiān)測分系統(tǒng)

        要分析施工過程中影響目標(biāo)實現(xiàn)的因素,需要使用施工監(jiān)測分系統(tǒng)進(jìn)行檢測。使用該系統(tǒng)可以監(jiān)測施工過程中的相應(yīng)參數(shù),包括誤差參數(shù)、狀態(tài)參數(shù)和結(jié)構(gòu)設(shè)計等,確保工程在合理的范圍內(nèi)。

        施工監(jiān)測不僅能對工程施工進(jìn)行控制,而且能夠確保在施工過程中結(jié)構(gòu)的安全和標(biāo)準(zhǔn)。施工監(jiān)測主要的工作是通過儀器儀表,測量構(gòu)件的幾何尺寸,材料的容重、彈性的模量,環(huán)境溫度,以及施工階段的變形、位移和應(yīng)力等。施工監(jiān)測的監(jiān)測內(nèi)容主要包括變形監(jiān)測、應(yīng)力監(jiān)測。變形監(jiān)測多采用測距儀、水準(zhǔn)儀、全站儀、光電圖像式撓度儀等,以對鋼結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵節(jié)點進(jìn)行監(jiān)測。同時,對溫度進(jìn)行監(jiān)測時,要注意應(yīng)在構(gòu)件或結(jié)構(gòu)溫度趨于穩(wěn)定后方可進(jìn)行,以免使結(jié)果產(chǎn)生的誤差較大。應(yīng)力監(jiān)測采用電阻傳感器和鋼弦式傳感器,電阻傳感器使用不便、持久性差,只適用于較短時間的荷載增量應(yīng)力測試。對于現(xiàn)場情況相對復(fù)雜、持續(xù)時間較長的監(jiān)測,鋼弦式傳感器比較適合。

        2、安裝施工仿真技術(shù)

        近些年來,大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)施工的關(guān)鍵問題主要是仿真技術(shù)的應(yīng)用。仿真技術(shù)可以模擬整個施工過程,了解施工過程的要點如構(gòu)件受力情況,能夠?qū)κ┕ぶ邪踩珕栴}進(jìn)行預(yù)測。在仿真工作中,需要把施工環(huán)節(jié)的安全因素考慮在內(nèi),以確保施工過程的順利進(jìn)行。采用仿真技術(shù)主要是仿真五個方面:第一是仿真大型構(gòu)件的吊裝過程;第二是仿真施工各個環(huán)節(jié)的具體工況;第三是仿真構(gòu)件的預(yù)變形情況;第四是仿真構(gòu)件的拼裝過程;第五是仿真施工完成后相關(guān)部件的拆卸。在仿真技術(shù)應(yīng)用過程中,對一些問題和施工過程中不太確定的環(huán)節(jié)要仔細(xì)分析,以便能夠保證施工的準(zhǔn)確度和安全性。

        3、合理選用安裝方法

        構(gòu)件的安裝有很多方法可供選擇,對于這些方法要仔細(xì)分析,有些可能適用,也可能只有某一個方法適用,這就需要工作人員做出準(zhǔn)確的判斷。在施工過程中只有對施工對象進(jìn)行合理、科學(xué)的評估,才能夠選取恰當(dāng)?shù)姆椒?。常見的施工方法有高空散裝法、高空滑移法、分條或分塊安裝法、整體提升法、整體吊裝法、整體頂升法等六種,相對復(fù)雜的施工可以將兩種或多種方法結(jié)合起來進(jìn)行施工,必要的時候進(jìn)行相應(yīng)的創(chuàng)新,采用高空曲線滑移技術(shù)、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)折疊展開式整體提升技術(shù)、滑架法施工技術(shù)和其它相關(guān)的技術(shù),都可以使整個施工過程更加順利的進(jìn)行。

        4、關(guān)于CAD設(shè)計和CAM制造技術(shù)的問題

        CAD設(shè)計和CAM制造技術(shù)的采用,在很大程度上有助于大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)的施工。CAD設(shè)計和CAM制造技術(shù)通過結(jié)合計算機的相關(guān)技術(shù),可以進(jìn)行三維實體建模,對施工過程各個環(huán)節(jié)進(jìn)行高度模擬,進(jìn)而能夠?qū)φ麄€施工過程進(jìn)行更好的控制。此外,CAD設(shè)計和CAM制造技術(shù)還可以大幅度提高施工工作效率,減少施工誤差,對房屋施工的質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格控制,從某種程度上講,CAD設(shè)計和CAM制造技術(shù)對大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)所起的作用是非常顯著的。

        結(jié)束語

        隨著建筑物的跨度和規(guī)模越來越大,必將進(jìn)一步研制開發(fā)出適應(yīng)我國大跨空間鋼結(jié)構(gòu)需要的新體系、新技術(shù)、新材料,更充分地體現(xiàn)大跨度空間結(jié)構(gòu)的先進(jìn)性、經(jīng)濟性與合理性,促使我國大跨空間鋼結(jié)構(gòu)更積極、健康發(fā)展,更好地為我國經(jīng)濟建設(shè)服務(wù)。

        參考文獻(xiàn)

        [1]杜楊. 基于仿真分析的大跨斜拉索拱鋼結(jié)構(gòu)安裝方法研究[D]東南大學(xué),2016 .

        [2]杜秀麗. 大跨鋼結(jié)構(gòu)合攏與卸載研究[D]太原理工大學(xué),2017 .

        [3]遇瑞,羅永峰. 大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)整體吊裝施工方法現(xiàn)狀的研究[A]'2009全國鋼結(jié)構(gòu)學(xué)術(shù)年會論文集[C],2015.

        (作者單位:中通鋼構(gòu)股份有限公司)

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