大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)與控制的研究

(福建林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 福建 南平 353000)

大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)與控制的研究

池小蘭

(福建林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 福建 南平 353000)

當(dāng)代，隨著建筑技術(shù)的進(jìn)步，我國的建筑設(shè)計(jì)理念也有了較大的革新，我國在建筑領(lǐng)域也有了極大的進(jìn)步，像會展中心、影劇院、機(jī)場以及體育館這樣一些代表性的新型建筑給我們留下了非常深刻的印象，這些造型各異的建筑在設(shè)計(jì)當(dāng)中不乏有采用大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)建筑施工技術(shù)，大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)在建筑行業(yè)所發(fā)揮的作用也是越來越明顯。與此同時(shí)，建設(shè)施工技術(shù)作為關(guān)系工程質(zhì)量以及人身安全的重要技術(shù)，尤其大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)這里大型建筑技術(shù)對于施工技術(shù)的控制顯得尤為重要。因此，本文主要就選用科學(xué)合理的大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)以及如何對施工控制進(jìn)行了探討。

大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)；施工技術(shù)；施工控制

引言：隨著對建筑的要求越來越高，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步為建筑施工技術(shù)的革新奠定了良好的基礎(chǔ)，大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)在我國許多大型建筑中的應(yīng)用開始獲得建筑師的認(rèn)可，但是由于大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)存在著施工技術(shù)復(fù)雜多變等情況素使得在具體建筑施工時(shí)比較困難。為了有效解決施工難的問題，我們必須掌握好大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)施工中各個(gè)環(huán)節(jié)的施工技術(shù)，并加上嚴(yán)格的施工控制，這樣不僅能夠促進(jìn)建筑施工效率的提高，還能保障建筑質(zhì)量以及建筑安全的提高。

1 大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)特點(diǎn)

與其他施工技術(shù)相比大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的成功，主要是因?yàn)槠渚哂衅渌┕ぜ夹g(shù)所不具備的優(yōu)勢。首先，大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)造型多樣，大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)是有許多鋼板根據(jù)實(shí)際要求組合而成，其能很好的滿足建筑的多樣化要求，比如我們熟知的北京奧運(yùn)會羽毛球館建筑，其在應(yīng)用大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)時(shí)將大跨度弦支彎頂作為其鋼結(jié)構(gòu)，再將多面體泡沫嵌入鋼結(jié)構(gòu)當(dāng)中，這樣不僅表現(xiàn)出大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)獨(dú)特性和多樣性，更表現(xiàn)出了生態(tài)建筑的建筑理念。其次，大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的堅(jiān)固耐用性。隨著人們對于建筑的堅(jiān)固耐用性的要求越來越高，現(xiàn)代大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)施工中較多的使用了一些厚且堅(jiān)硬的鋼板材料，大大提升了建筑的堅(jiān)固耐用性，保障了建筑的穩(wěn)固和安全。然后，大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)具有一定的復(fù)雜性，大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)會使用到許多構(gòu)件，因此在對大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)很大程度上增大了設(shè)計(jì)的難度。比如會展、體育館等公共大型建筑，越是大的建筑其涉及到的建筑材料和施工工序越是繁多，也便增加了大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。最后，大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)具較好的精確性，大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)主要由許多的構(gòu)件組合而且，我們必須對每個(gè)構(gòu)件進(jìn)行嚴(yán)格的檢查，從而保證構(gòu)件符合實(shí)際施工的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。不僅如此，大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)施工中材質(zhì)的預(yù)裝以及鋼材的焊接都需要非常精準(zhǔn)，因此，大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)表現(xiàn)出精準(zhǔn)性的特點(diǎn)。

2 大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)的具體施工技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)具有多種鋼結(jié)構(gòu)形式，其有著空間結(jié)構(gòu)和平面結(jié)構(gòu)兩類體系的區(qū)別。其中空間結(jié)構(gòu)體系又分為懸索、網(wǎng)殼以及網(wǎng)架結(jié)構(gòu)等三種形式，平面結(jié)構(gòu)體系又分為桁架結(jié)構(gòu)、以及拱式結(jié)構(gòu)等形式，。以下筆者便針對常見的幾種施工技術(shù)加進(jìn)行詳細(xì)的分析。

2.1高空散裝技術(shù)

高空散裝技術(shù)是大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)最為常見的一種施工技術(shù)，其具體操作步驟如下：第一步，在事先設(shè)計(jì)好的位置處搭建腳手架或者臨時(shí)支架；第二步，用起吊設(shè)備將鋼結(jié)構(gòu)的小拼單元或是鋼結(jié)構(gòu)散件吊運(yùn)到構(gòu)件所設(shè)計(jì)的位置，然再在支架上進(jìn)行拼合。一般情況而言，高空散裝技術(shù)在不需要大型的起重設(shè)備的情況下便可完成整個(gè)安裝工程，但是，由于高空散裝技術(shù)，通常都是很多散件在高空進(jìn)行作業(yè)，散件越多工作量也就越大出現(xiàn)誤差的幾率也就越大，因此為了減少誤差的產(chǎn)生我們必須選取最為合理的散件拼裝順序，并且在拼裝過程中嚴(yán)格控制標(biāo)高和軸線的位置。此外，在高空散件安裝中若支架用量過多，對于拼裝支架的強(qiáng)度、剛度以及穩(wěn)定性等要求也是越來越高，很難保障工程的施工質(zhì)量。因此，高空散裝技術(shù)往往應(yīng)用于螺栓球節(jié)點(diǎn)的連接以及高強(qiáng)螺栓連接當(dāng)中。

2.2分段吊裝技術(shù)

所謂的分段吊裝是指施工工作人員將構(gòu)件經(jīng)過分條或者分塊后吊裝到高空再進(jìn)行拼裝。分段吊裝首先應(yīng)考慮到施工中起吊設(shè)備的吊運(yùn)能力，將構(gòu)件分成條狀或塊狀的單元；其次需要搭建拼裝的臨時(shí)支架，然后再使用起重設(shè)備將這些條狀或塊狀單元分別吊運(yùn)到需要安裝的位置；最后便是將這些分段的后勁進(jìn)行總體拼裝。分段吊裝技術(shù)較高空散裝技術(shù)而言，其很大程度上減少了高空施工作業(yè)量，此外施工中的一些焊接工作可以在地面進(jìn)行，這樣不僅降低建筑工程的消耗，也在一定程度上保障了施工安全性，提高了施工的質(zhì)量。需要注意的是，為了滿足整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性，應(yīng)保證這些條狀或塊狀單元也具有足夠剛度和穩(wěn)固性，否則應(yīng)采用加固方案。

2.3整體頂升技術(shù)

整體安裝技術(shù)是指在地面上變完成整個(gè)結(jié)構(gòu)頂?shù)钠囱b工作然后再完成的后的結(jié)構(gòu)定升到設(shè)計(jì)的位置。其具體操作步驟如下：第一步，在地面上根據(jù)實(shí)際安裝設(shè)計(jì)完成結(jié)構(gòu)頂?shù)钠囱b工作；第二步，利用千斤頂將整個(gè)結(jié)構(gòu)頂上升到之前設(shè)計(jì)好的位置。整體安裝技術(shù)在地面操作操作簡單，工作量少，非常適合點(diǎn)支撐的大跨空間結(jié)構(gòu)的施工當(dāng)中，比如一些車站候車大廳的屋蓋搭建等。需要注意的是，如果頂升支撐結(jié)構(gòu)柱為原建筑結(jié)構(gòu)柱，我們必須檢驗(yàn)原建筑結(jié)構(gòu)柱的穩(wěn)定性，保證搭建好的結(jié)構(gòu)頂?shù)姆€(wěn)固耐用。

2.4高空滑移技術(shù)

所謂的高空滑移技術(shù)是在將拼裝好的單元通過軌道滑移到設(shè)計(jì)的位置。起具體操作步驟如下：第一步，在高空預(yù)先設(shè)計(jì)好的位置前搭設(shè)拼裝平臺；第二步，將構(gòu)件劃分為若干拼裝單元并在設(shè)計(jì)好的位置處安裝滑移軌道；第三步，將拼裝單元通過軌道滑移至拼裝平臺，完成整個(gè)結(jié)構(gòu)的拼裝工作。高空滑移技術(shù)拼裝平臺較小，只需要搭建局部支架，無需大型起吊機(jī)械，這樣不僅大大減少了高空的復(fù)雜操作步驟，降低工程的造價(jià)，還能更好保障整個(gè)工程質(zhì)量與安全。高空滑移技術(shù)常被用于堂、影劇院等工程。需要注意的是，高空滑移技術(shù)需要確?；七^程的同步控制，想做到同步控制是非常困難的，這樣在一定程度上也就增加了工程難度系數(shù)。

3 大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)控制的必要性

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我國的建筑施工技術(shù)有了很大的變革和創(chuàng)新，不斷涌現(xiàn)出一些新型建筑理念，我國的建筑業(yè)開始逐漸走在世界前沿?，F(xiàn)代大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)便是我國當(dāng)前運(yùn)用比較廣泛且先進(jìn)的代表性建筑施工技術(shù)之一。但是，大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)的施工中如果存在控制不到位的情況，很容易發(fā)生建筑的質(zhì)量問題，進(jìn)而導(dǎo)致了很大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至發(fā)生人員傷亡的情況。因此，我們必須掌握好大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)控制的技術(shù)，避免造成經(jīng)濟(jì)損失以及人員傷亡。

4 大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)施工控制方法分析

在大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)的施工過程中存在著許多不確定因?yàn)椋瑸榱擞行П苊膺@些因?yàn)閷τ谑┕さ挠绊懀覀儽仨毑捎煤侠淼目刂品椒▉頊p少這些因素對于施工的影響。目前，我們常用的幾個(gè)施工控制方法主要源于三種控制理論：經(jīng)典控制理論主要依據(jù)簡單的函作為運(yùn)算的基礎(chǔ)，適用于一些簡單的施工；現(xiàn)代控制理論主要通過方程運(yùn)算，計(jì)算較為精準(zhǔn)；智能控制理論是一種模仿人力行為思想的一種控制方法，其具有接近零誤差的特點(diǎn)而被認(rèn)為是目前最為先進(jìn)的施工控制方法。以下筆者針對三種控制方法進(jìn)行了詳細(xì)分析。

4.1大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)施工的開環(huán)控制

開環(huán)控制最為常見也是最早的施工控制方法，正是因?yàn)槠浒l(fā)展比較早，這種控制方法比較完善和成熟，起較多的被運(yùn)用于建筑施工的控制當(dāng)中。但是，開環(huán)控制會隨著我們對于建筑要求的提高，其在施工中對于施工的現(xiàn)狀等缺陷也就越加明顯。開環(huán)控制是由以簡單函數(shù)作為基礎(chǔ)的經(jīng)典控制理論發(fā)展而來，在大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)施工中運(yùn)用開環(huán)控制技術(shù)，對于大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)施工的控制是單向的，控制不到位會出現(xiàn)不能與施工實(shí)際完美結(jié)合的情況。此外，開環(huán)控制方法在施工過程中遇到的一些不可測事情而無法完美控制到位。因此，在大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)施工用運(yùn)用開環(huán)控制的方法，其更為適用于一些比較簡單的施工項(xiàng)目中，也就是簡單的大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)的施工當(dāng)中。

4.2大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)施工的閉環(huán)控制

隨著我國的不斷發(fā)展，為了滿足大型復(fù)雜建筑對于施工控制的要求，也為避免開環(huán)控制對于大型復(fù)雜建筑對于施工控制不到位的缺陷，科學(xué)家經(jīng)過不斷地探索和創(chuàng)新，設(shè)計(jì)出了閉環(huán)控制。在較為復(fù)雜的大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)施控制中，閉環(huán)控制對于大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)施工的控制效果明顯，因?yàn)殚]環(huán)控制方法可以進(jìn)行反推，再次檢驗(yàn)了施工的正確性，提高了施工的質(zhì)量，也減少了事故發(fā)生幾率。同時(shí)，閉環(huán)控制的反饋系統(tǒng)對于施工控制更為精確，對于大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)這種對于精確性要求非常高的工程有著非常重要的意義，它不僅減少了大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)誤差的出現(xiàn)，也提升了大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量，也讓我國建筑業(yè)的發(fā)展更為穩(wěn)固。

4.3大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)施工的自適應(yīng)控制

在建筑施工控制當(dāng)中，近些年使用較多自適應(yīng)控制方法，在這種控制方法進(jìn)行不斷的重復(fù)計(jì)算中，系統(tǒng)自身進(jìn)行磨合，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)，不斷地與施工實(shí)際狀況進(jìn)行數(shù)據(jù)對比，從而計(jì)算出最為符合建筑設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)，正是因?yàn)檫@種控制方法有著誤差小的特點(diǎn)而深受建筑師的推崇?？梢哉f自適應(yīng)控制是目前最為先進(jìn)的施工控制方法之一，由于以往的控制方法的誤差存在主要是每一次計(jì)算過程中取近似值，從而產(chǎn)生了微小的誤差。而自適應(yīng)控制方法能夠很好的避免這種誤差的產(chǎn)生，大大提高建筑工程的質(zhì)量。在建筑施工過程中，對于一些如材料容量、截面寬度等等需要計(jì)算的數(shù)學(xué)量，也許剛開始這些微小的誤差在不會在施工中明顯地表現(xiàn)出來，久而久之，隨著施工增長，誤差也在增長，對于建筑質(zhì)量和安全都會有著非常大的影響。而在建設(shè)施工中運(yùn)用自適應(yīng)控制，這種控制方法能夠不斷地進(jìn)行重復(fù)循環(huán)的計(jì)算，因而產(chǎn)生誤差的幾率非常小。相比開環(huán)控制和閉環(huán)控制而言，自適應(yīng)控制的準(zhǔn)確度更高， 其屬于智能控制理論的范疇。需要注意的是，自適應(yīng)控制也不是全是優(yōu)點(diǎn)，其也有許多不足之處。由于自適應(yīng)控制方法主要是將對施工有影響的因素以數(shù)據(jù)的計(jì)算，對于一些無法計(jì)算的因?yàn)?，比如人為因素等都無法計(jì)算，進(jìn)而使得計(jì)算會有所偏離。

5 結(jié)束語

當(dāng)前，隨著我國經(jīng)濟(jì)越來越繁榮，科學(xué)技術(shù)也越來越先進(jìn)，我國在建筑領(lǐng)域也取得了很大的進(jìn)步?，F(xiàn)代大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)更多應(yīng)用于大型建筑建造當(dāng)中，其在建筑領(lǐng)域中肩負(fù)著非常重要的使命也是越來越重。為了更好滿足越來越多的建筑對于大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的需求，當(dāng)前我們必須把握好具體的大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)的各種施工據(jù)說，在實(shí)際建筑施工當(dāng)中選用最為科學(xué)合理的施工技術(shù)，有效提高建筑質(zhì)量和建筑安全。同時(shí)，為了對大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)施工進(jìn)行有效的控制，我們必須選用最為適合建筑工程實(shí)際的施工控制方法，減少施工的誤差，提高施工的質(zhì)量，推動(dòng)我國建筑業(yè)走在世界的前沿。

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TU75

B

1007-6344（2017）06-0238-02

池小蘭（1984-），女，福建閩清人，本科工學(xué)學(xué)士，福建林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，主要研究方向：土木工程建筑工程