大跨度钢结构施工过程中的若干技术问题及探讨
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大跨度复杂钢结构施工过程中的若干技术问题及探讨在大跨度复杂钢结构施工过程中,会遇到许多技术问题,下面是一些常见的问题及其探讨:1. 吊装问题:大跨度复杂钢结构往往体积庞大,重量较重,需要使用吊装设备进行安装。
在吊装过程中,需要考虑结构的稳定性、提升高度的限制、吊装点的选择等因素。
2. 组装问题:复杂的钢结构通常由多个部件组成,需要在施工现场进行组装。
组装过程中需要注意各个构件之间的连接和固定,确保结构的整体稳定性和安全性。
3. 焊接问题:钢结构的连接通常采用焊接方法,焊接技术的质量对结构的强度和稳定性至关重要。
在大跨度复杂钢结构施工中,需要注意焊接工艺的选择和控制,确保焊接接头的质量。
4. 承重和支撑问题:大跨度复杂钢结构承受着较大的荷载,需要合理设置支撑和支座,保证结构的稳定和安全。
5. 防腐问题:钢结构容易受到腐蚀的影响,特别是在海洋环境或潮湿环境中。
在施工过程中,需要进行防腐处理,延长结构的使用寿命。
6. 安全问题:大跨度复杂钢结构的施工过程中伴随着一定的安全风险,如高空作业、吊装作业等。
需要加强安全管理,严格执行安全操作规程,确保施工人员的安全。
针对以上问题,可以从以下几个方面进行探讨:1. 技术方案的选择:根据具体的工程要求,选择合适的施工技术方案,包括吊装方案、组装方案、焊接方案等。
通过对施工方案的优化和改进,提高施工效率和质量。
2. 施工工艺的控制:在施工过程中,需要加强对吊装、组装、焊接等关键工艺的控制。
通过严格的施工工艺控制和质量监控,确保施工过程中的关键环节符合要求。
3. 施工组织和管理:在大跨度复杂钢结构施工中,需要完善的施工组织和管理体系。
包括人员配备、施工进度计划、安全管理等方面,确保施工工作的有序进行。
4. 技术培训和交流:在施工过程中,加强对施工人员的技术培训和交流,提高他们的专业技能和综合素质。
同时,与相关的设计、施工单位进行技术交流,共同解决问题。
5. 配套设施和设备的优化:在大跨度复杂钢结构施工中,需要使用各种工具、设备和设施。
分析大跨度复杂钢结构施工过程中的若干技术问题及探讨大跨度复杂钢结构的施工是建筑领域中的重要一环,它承载着建筑物的重量,同时也要求具有良好的稳定性和安全性。
在实际的施工过程中,往往会面临一些技术问题,这些问题可能会影响整个工程的质量和进度。
本文将对大跨度复杂钢结构施工过程中的若干技术问题进行分析,并探讨如何解决这些问题。
一、钢结构材料的加工和运输问题在大跨度复杂钢结构的施工过程中,首先要解决的是钢结构材料的加工和运输问题。
钢结构材料通常是由专业的钢结构加工厂进行加工,并且由于体积大,重量重,运输也需要相当的专业设备,如运输车辆和吊装设备。
在实际操作过程中,往往会面临着加工误差、材料变形及锈蚀等问题。
在运输过程中,也会受到道路交通、气候环境等因素的影响,需要进行严格的安全措施。
钢结构材料的加工和运输问题是大跨度复杂钢结构施工中需要重点解决的技术问题。
针对这些技术问题,可以采取以下措施:在加工过程中,要求加工厂严格按照设计要求进行加工,采用先进的数控设备和工艺技术,控制加工误差,提高加工精度。
在运输过程中,要求运输公司选择专业的运输车辆和吊装设备,制定详细的运输方案和安全措施,减少因运输而引起的材料变形及锈蚀。
二、焊接质量问题焊接是钢结构施工过程中不可或缺的一个环节,而焊接质量的好坏直接影响到整个钢结构工程的质量和安全。
大跨度复杂钢结构往往需要大量的焊接工作,包括焊接钢构件、焊接连接件等。
而焊接过程中可能会出现焊缝质量不合格、焊接变形严重、焊接接头未完全熔透等问题,这些问题都需要及时解决,确保焊接质量符合设计要求。
为了解决焊接质量问题,可以采取以下措施:要求焊工进行专业培训,熟练掌握焊接工艺规程,严格按照设计要求进行焊接操作,确保焊缝形态和焊接质量符合要求。
在焊接过程中,要根据具体情况选择合适的工艺参数和焊接材料,减少焊接变形,保证焊接接头的完全熔透。
还可以采用探伤、射线检测等技术手段对焊接接头进行质量检测,及时发现问题并进行修复。
大跨度复杂钢结构施工过程中的若干技术问题及探讨摘要:随着当前钢结构建设项目的日益增多,其中大跨度钢结构正逐渐被应用于体育馆、展览厅、影剧院、飞机库、双向大柱距车间等大型建筑的建设当中。
然而由于大跨度钢结构施工过程中的吊装、滑移、提升等施工安装技术具有形式复杂、施工周期长以及容易受到设计方案、施工方法的影响,为此必须加强对大跨度复杂钢结构施工过程中出现的诸多力学和关键技术问题的研究与探讨,以有效保证钢结构在施工过程中的安全性以及在施工结束后钢结构状态的可靠性。
关键字:钢结构;大跨度;复杂;技术问题钢结构具有强度高、材质均匀、质量轻、韧性和塑性好以及密封性好等特点,近年来在建筑行业中得到了广泛应用与普及,并被誉为建筑行业中的朝阳产业。
然而在大跨度复杂钢结构的施工安装过程中,因对设计、施工中的关键性技术问题没有重视或没有采取良好的解决方案,有可能会导致结构出现失去平衡倾覆、失去稳定倒塌以及节点强度不足而破坏等多种问题,对钢结构工程的施工质量与施工进度都会带来严重影响。
本文结合实际工作经验,从大跨度复杂钢结构的主要施工技术出发,并就施工过程中存在的若干关键性技术问题进行了分析与探讨。
一、大跨度复杂钢结构的施工技术概述大跨度复杂钢结构的施工技术,主要包括了安装技术与卸载技术(若有临时支承),本文主要简要介绍了安装技术。
常用的安装方法通常可分为两类,一类是在地面拼装的整体吊装法、整体提升法以及整体顶升法;另一类则是在高空就位的高空散装法、高空滑移就位法与分条分块就位组装法。
具体安装方法的选用应根据工程中钢结构的受力情况与构造特点(包括结构形式、刚度分布、支承形式等),并结合现场施工条件和设备机具等资源落实情况等因素综合确定具体安装方案。
从近年的发展趋势而言,大跨度钢结构工程正日益向大型化和复杂化方向发展,单一的安装方法已无法满足工程实际的需要,工程中往往采取多种不同的安装技术,安装方法正朝着集成化的方向发展。
大跨度复杂钢结构施工过程中的若干技术问题及探讨曹照亮摘要:现代社会的快速发展给建筑业带来了新的机遇和挑战,钢结构的数量也在逐步增加。
力学理论和关键技术在大跨度复杂结构技术中的应用,已受到建筑业和社会的广泛关注。
本文介绍了该结构的特点,讨论了建筑业的施工措施和技术问题,以供参考。
关键词:大跨度复杂钢结构;施工过程;技术问题;分析探讨前言:随着经济文化建筑需求的扩大和建筑质量的提高,大型空心钢因其形式多样而越来越受到设计师的青睐,其优美的外形和良好的经济性将其空间结构主要用于大型公共建筑的屋顶结构,如机场大楼、会议中心、体育场馆和展览馆。
欧美、日本等发达国家正在迅速发展各种大型空间钢结构,材料结构的宽度和尺寸越来越大,新材料和新技术的应用越来越广泛,结构形式也越来越多,许多雄伟独特的大型建筑成为当地的象征或文化景观。
1大跨度复杂钢结构施工技术1.1大跨度复杂钢结构的施工特点1.1.1预压技术的应用、预压技术在施工中的应用以及现代建筑业特有的施工技术,成为预应力技术在索膜、索件、整体伸缩等大型复杂钢结构中的应用。
在建筑物主体结构受力前,对预应力钢结构施加反作用力,以提高钢结构的使用寿命和硬度和建筑的材料要求。
1.1.2对大型复杂钢结构的施工要求相对严格。
大空间的设计是多样化的,并体现在不同的规模上。
例如,中国巢体育场建于2008年,跨度为296米,中国游泳中心水立方的跨度为177米。
房屋的大小是为了保证建筑的安全和稳定,它必须依靠高建筑材料,保证质量的可靠性。
1.1.3大型复杂空间钢结构施工难度大。
从表面看,这是一种大跨度、结构比较复杂、工作量很大的工程。
为了保证建筑工程的完成,需要数以万计的零件。
在这些机构的许多部分,它们的形状和结构也不尽相同,而且它们的尺寸也大不相同。
因此,施工过程中产生的困难与建筑材料的施工过程有着极为密切的关系,材料结构也具有很强的特殊性。
因此,在应用这些建筑材料之前,有必要进行各种修补试验,以确保应用的稳定性1.1.4施工安装精度高,大型、大空间、复杂的钢结构工程通常是政府重点工程。
大跨度复杂钢结构施工过程中的若干技术问题及探讨大跨度复杂钢结构施工过程中会面临许多技术问题,这些问题需要我们进行深入探讨和解决。
以下是一些常见的问题及相关探讨。
1. 材料选择和性能控制:大跨度复杂钢结构通常需要使用高强度、耐腐蚀和抗震的材料。
在施工过程中,需要控制材料的性能,确保其符合设计要求,并进行适当的质量检测和监控。
2. 施工工艺和顺序:大跨度复杂钢结构的施工工艺和顺序需要考虑多种因素,如吊装方式、连接方式、焊接工艺等。
合理的施工工艺和顺序能够提高工作效率、降低风险并确保质量。
3. 结构与地基的连接:复杂钢结构与地基的连接是施工过程中的一个重要问题。
合理的连接方式需要考虑结构的受力特点、地基的条件和后期维护等因素,确保连接的可靠性和稳定性。
4. 焊接质量控制:焊接是大跨度钢结构施工中常用的连接方式,焊接质量的控制对于确保结构的安全和可靠至关重要。
需要采用适当的焊接工艺、选择合适的焊接材料,并进行焊缝的质检和监控。
5. 吊装和安装:大跨度复杂钢结构的吊装和安装是施工过程中的关键环节。
需要考虑吊装设备的选择、约束措施、吊装杆件的合理布置等因素,确保吊装和安装的安全和顺利进行。
6. 防腐保护:复杂钢结构通常需要进行防腐保护,以延长其使用寿命。
需要选择合适的防腐材料和施工工艺,并进行防腐层的检测和监控。
7. 环境保护和安全措施:施工过程中需要采取一系列的环境保护和安全措施,如噪音控制、粉尘防护、施工现场的安全防护等。
这些措施对于保护劳动者的安全和减少对环境的影响都是非常重要的。
在解决这些技术问题的过程中,需要多学科的协同合作和专业技术的支持。
需要结构工程师对结构的受力特点和施工要求进行分析和设计;需要焊接工程师对焊接工艺和材料进行选择和优化;需要环境专家和安全工程师对环境保护和安全措施进行评估和监控等。
为了提高施工效率和质量,还可以采用一些先进的技术手段,如数字化设计和施工、远程监控和无人机巡检等。
大跨度复杂钢结构施工过程中的若干技术问题及探讨大跨度复杂钢结构施工是一项涉及到多种工艺、技术的大型工程,其施工过程中存在诸多问题需要研究和解决。
本文将探讨大跨度复杂钢结构施工过程中的若干技术问题,并提出几种解决方案。
一、焊接工艺问题钢结构由众多零件拼接而成,多数情况下需要进行点焊或者钢板焊接。
在焊接过程中,融化的钢水会渗透到接缝的边缘,产生强烈的孔隙和气泡,并会影响焊接的强度和稳定性。
此外,焊接过程中还需要注意控制温度,以防止变形和变化。
为解决这些问题,可以采取措施如下:1、在焊接前对接缝进行清理、砂化处理,以便焊接时能够加强焊接面的结合强度。
2、采用手动电弧焊接或者半自动焊接技术,以确保焊接质量。
3、采用预热或者退火处理,来减小变形和变化的风险。
二、尺寸精度问题钢结构的组装需要保证其精度,否则会导致拼接不紧或者出现裂纹等现象,影响整个工程的质量和安全性。
1、在测量和除尘过程中使用高精度的测量仪器和工具,以确保零件尺寸的准确性和可重复性。
2、采用精密加工和调试技术,来提高零件的加工精度。
3、采用尺寸控制和中控技术,来监测和调整钢结构的尺寸和位置。
三、安全管理问题大跨度复杂钢结构施工过程中存在较多的危险因素,例如高空作业、机械操作等,一旦出现安全事故,就会对人身和财产安全造成极大的威胁。
1、加强现场管理和安全意识培训,以提高工人的安全意识和自我保护能力。
2、采用专业的安全保障措施,例如安全带、高空安全网等,以保障工人的安全。
3、加强施工现场的排气、防火和清洁,以让工人处于一个舒适的环境中施工,从而降低安全事故的发生率。
综上所述,大跨度复杂钢结构施工中的一些技术问题需要采用有效的解决方案来处理。
只有在严格遵守规范、严谨操作的情况下,才能确保这类工程安全、高效、高质量的施工完成。
大跨度复杂钢结构施工过程中的若干技术问题及探讨【摘要】:随着现代建筑业的飞速发展,大跨度空间钢结构在房屋施工中有着广泛的应用,本文先介绍大跨度空间钢结构的特点,对其在房屋施工中应注意的技术问题进行分析。
【关键词】:大跨度复杂钢结构;施工技术;问题探讨中图分类号: tu391 文献标识码: a 文章编号:引言随着经济、文化建设需求的扩大以及人们对建筑欣赏品位的提高,大跨度空间钢结构由于其形式多样化,造型美观,经济性好等特点越来越受到设计师们的青睐。
目前大跨度空间结构主要被应用到机场建筑、会展中心、体育场馆、展览馆等大型公共建筑的屋盖结构中。
各种类型的大跨度空间钢结构在欧、美、日等发达国家发展很快,其跨度和规模越来越大,新材料和新技术的应用十分广泛,结构形式越来越丰富。
许多宏伟而富有特色的大跨度建筑已成为当地的象征性或标志性人文景观。
一、大跨度钢结构常见施工方法大跨度钢结构体系主要有网架结构、悬索结构和网壳结构等,对于这些类型的结构而言,由于受力形式的特点使其在施工过程中需要考虑的因素诸多,如施工场地条件、施工单位机械具准备、施工成本和工程质量等。
目前较为常见的大跨度钢结构施工方法主要有以下六种:1、高空散装法高空散装法是指将结构全部构件分成小单元散件并直接在高空设计位置拼装成整体的方法,施工过程中可以采用满堂支架法和悬挑法两种。
前者主要在国内应用的较多,这种施工方法特别适用于节点较多的网架结构,其特点是不需要大型起重设备,但是支架的搭设会占用较多的材料。
2、分条或分块安装法分条或分块安装法又称小片安装法,通常是将结构构件在地面焊接、拼装成条状或块状单元,然后由起重设备吊装至设计位置拼接成整体结构。
这种方法相对于高空散装法节省了大量的地面支架,而且分条或分块单元的大小通常可以由起重设备的负荷能力决定,因此施工方案的制定相对较灵活。
3、整体吊装法整体吊装法是指先将结构构件在地面拼装成整体,然后用起重设备将其吊装至高空设计位置并固定安装的施工方法,这种方法特别适用于中等跨度的桁架结构,但是对起重设备的要求较高,而且在整体吊装过程中地面土建工程的施工会受到很大影响。
分析大跨度复杂钢结构施工过程中的若干技术问题及探讨大跨度复杂钢结构的施工是一个复杂的过程,因为它涉及到多种技术问题。
本文将分析这些技术问题,并探讨如何解决这些问题。
1. 结构设计与施工配合问题大跨度复杂钢结构通常需要在设计阶段就考虑到施工的问题,而设计师和施工人员的合作不够紧密,可能导致设计不符合实际施工的情况,造成施工难度加大。
结构设计与施工配合不当还可能导致结构的不稳定,从而影响整个工程的安全性。
2. 材料选择与质量控制问题大跨度复杂钢结构需要使用大量的钢材,而钢材的选择和质量控制对结构的安全性至关重要。
如果材料的选择不当或者质量控制不严格,可能会导致结构强度不足或者出现质量问题,从而影响整个工程的施工进度和安全性。
3. 施工工艺与施工控制问题大跨度复杂钢结构的施工需要使用多种施工工艺,而这些施工工艺需要精确控制,否则就会导致工程质量问题。
施工过程中的控制也需要严格执行,否则就会对工程的安全性产生巨大影响。
4. 安全防护和环境保护问题大跨度复杂钢结构的施工需要考虑到安全防护和环境保护的问题,而这些问题往往被忽视。
如果没有做好安全防护措施,就会导致施工人员受伤或者工程安全事故的发生。
如果没有做好环境保护,就会对施工区域的环境造成污染,从而引起环境保护部门的处罚。
二、大跨度复杂钢结构施工的技术问题的解决方法3. 精确控制施工工艺和施工过程为了解决施工工艺与施工控制问题,需要加强对施工工艺的精确控制,确保施工过程的安全性和质量可控性。
需要加强对施工过程的控制,确保施工合乎规范和手册,从而消除施工安全隐患。
4. 加强安全防护和环境保护措施为了解决安全防护和环境保护问题,需要加强对施工现场的安全防护措施,确保施工人员的安全。
需要加强对环境的保护措施,确保施工过程不会对环境造成污染。
三、结语大跨度复杂钢结构的施工是一个复杂的过程,因为它涉及到多种技术问题。
为了解决这些技术问题,需要加强设计与施工的协调,严格控制材料的选择和质量,精确控制施工工艺和施工过程,加强安全防护和环境保护措施。
大跨度复杂钢结构施工过程中技术问题分析张磊摘要:随着人们的生活水平不断提高,对建筑质量的要求也越来越高,在建筑工程中越来越多的运用大跨度复杂结构,越来越重视大跨度钢结构的技术问题,也在整个使用的过程中出现不同的问题,也存在着不同的隐患问题,在施工的技术上,很可能在一个环节上出现问题,就导致了很大的安全隐患和安全事故,这就需要对大跨度复杂钢结构的技术问题进行严格的分析,从而能够找出合理的解决方案,从而保证建筑工程的安全性。
关键词:大跨度钢结构;施工过程;特点;技术分析1.大跨度复杂空间钢结构特点1.1大跨度钢结构形式多样化和复杂化发展在建筑工程的钢结构运用中,大跨度钢结构被广泛运用,由于其造型美观,形式多样化,重要的是其经济性能非常高,主要在机场和大型的体育馆运用大跨度钢结构比较多,这种公共建筑的屋盖中会运用比较多,随着大跨度钢结构的使用越来越多,新材料的运用和应用已经使得其成为城市的标志性建筑。
1.2普遍使用预应力技术在我国的建筑行业中出现了一种新技术就是预应力技术,也普遍的运用在工程施工中,从而制造出了一种新的结构形式,如在北京工业大学的体育挂运用的就是大跨度弯顶结构,在鸟巢中运用的技术就是双向张弦梁析结构,这种结构是世界上最大的跨度结构。
1.3钢结构跨度、等级、厚度与空间结构复杂度保持一致随着我国经济发展越来越快,对建筑工程的各项需求也越来越多,在我国的建筑行业施工中大跨度复杂钢结构也被受到了广泛的运用,尤其是跨度在百米以内的建筑已经非常多了。
在我国的鸟巢,刚跨度结构是三百米左右,在使用大跨度复杂钢结构时,不仅对钢材的级别有很高的要求,对钢材的结构也有很高的要求,要想保证建筑施工的质量,就要使用高强度的厚钢板,厚度在十厘米以上。
1.4大跨度钢结构节点多元化随着建筑物的空间钢结构越来越复杂,出现了仿生态的建筑,主要就是复制自然界来满足人们对建筑的需求,在实施大跨度钢结构中可以采用多元化的节点形式,从而更好的满足人们的需求。
大跨度钢结构施工过程中的若干技术问题及探讨作者:廖龙俊来源:《中国建筑金属结构·下半月》2013年第10期摘要:随着时代的发展,大跨度钢结构在房屋建设中有着越来越广泛地应用。
在施工过程中,大跨度钢结构涉及许多力学及技术方面的问题,引起了建筑工程师们的高度重视,本文就大跨钢结构的特点进行了分析,并对施工过程中出现的各种问题进行分类探讨。
关键词:大跨度;钢结构;技术问题中图分类号:TU74 文献标识码:A 文章编号:1671-3362(2013)10-0030-03为满足经济、文化建设的需要,以及人们对建筑的审美需求,大跨度钢结构逐渐成为现代建筑设计中的重要组成部分,受到工程师们的青睐。
许多体育馆、影剧院、俱乐部、候车厅、展览中心等大型公共建筑的顶盖结构都使用了大跨度钢结构。
而且随着这种大跨度结构的普及以及新材料和新技术的出现,不论其跨度还是规模都正变得越来越大,也由此为设计和施工引出了许多的技术难题,对结构的安全性和稳定性也提出了更高的要求。
1大跨度复杂钢结构的几点特性1.1应用了大量的预应力技术预应力作为一种新技术,在现代建筑设计中得到了广泛应用,主要表现在索穹顶、索膜和整体张拉等新型结构上。
在结构承受荷载之前,对其施加一个与载荷力相对应的预应力,可以提高构件的刚性,增加构件的耐久性。
1.2对材料质量等级的要求苛刻为满足建筑功能的需求,大跨度钢结构的跨度正变得越来越大,如国家体育馆“鸟巢”,其跨度为296m,国家游泳中心“水立方”的跨度也达到了177m,这样大的跨度,要保证结构的安全性和稳定性,必须使用优质高强度的钢材,如此才能保证这些宏伟的建筑物安然无恙地耸立起来。
1.3构件数量繁多,设计和施工难度大此类大跨结构建筑的工程量浩大,往往由几万个,甚至几十万个构件构成,不仅如此,构件的种类也是多种多样,其切口、截面形状、尺度各不相同,使得施工放样过程变得极为困难,而且对于某些特殊结构的构件,需要先进行复杂的试验和研究后才能投入使用。
1.4构件加工精度的要求严格,加工难度大无论是“鸟巢“、”水立方“,还是其他的国家大型工程项目,都是国家重点工程,不仅关乎国家现代化形象建设,也寄予了民众的厚望,因此对工程质量的要求很高,不仅构件的加工要达到极高的精度,在材料焊接方面,大量的焊缝也都要求达到一级焊缝标准。
2大跨度复杂钢结构常用的几种施工方法2.1分条或分块安装法此安装法首先将结构在地面分割成一些条状单元,再用起重设备将其吊装至高空位置进行整体拼接,该方法避免了大量铺设地面支架的情况,而且根据起重设备的负重能力,可以自由的调整条状或块状结构单元的大小,灵活地设计施工方案。
2.2高空散装法高空散装法是比较传统的一种施工方法,它是将整体结构划分成若干散件,并将散件通过悬挑法或满堂支架法直接在高空拼装成整体。
高空散装法适用于空心球节点、螺栓球节点等含节点较多的非焊接连接的网架结构。
我国南京国际展览中心的屋盖主拱架的制作安装便充分运用了这一方法。
2.3整体吊装法整体吊装法是指先将结构在地面总拼成整体,再用起重设备将其吊装至设计标高并固定的方法。
由于整体吊装法在地面进行焊接接连工作,能够更好的保证焊接的质量,也能较好的把握结构的几何尺寸,因此适用于通过焊接连接的网架。
2.4高空滑移法这种方法通常可分为单条滑移法和逐条累计滑移法,单条滑移法采取逐条滑移,再逐条连接的方式,即将分割成条状的单元分条滑移到高空指定位置,再一条一条的进行拼装,最后拼装成整体。
逐条累计滑移法采用分段式连接和滑移的方式,即从第一条开始,滑移到足够拼装第二条单元的距离后,将第二条单元与第一条单元进行连接,再将两个单元作为一个整体进行滑移,当再次滑移到足够的距离后就拼装第三条单元,如此循环,直到所有的单元都连接完成。
2.5折叠展开安装法这种安装法比较适用于由杆件组成的网壳状钢结构,可以对此类钢结构的空间立体作用进行分解。
这种方法的基本思路是在整个结构中抽掉局部的少量构件,使之分成若干个区域,各区域之间通过可活动的节点连接为一个整体。
这样形成的钢结构能够折叠,可以方便的在靠近地面的高度进行杆件连接、设备安装、局部装修等操作,然后将结构展开,通过液压千斤顶等设备将结构顶升至设计位置,再将缺少的杆件补齐,使其成为一个稳定的整体。
3大跨度钢结构施工过程中的一些力学问题3.1吊装工序中平面桁架以及空间桁架的平稳性问题高空焊接作业不仅存在一定的危险性,而且操作难度高,效率低下,为了解决这些缺陷,可以将空间框架和整榀平面作为吊装单元,这样可以将大部分焊接拼装工作在地面或靠近地面的高度完成,大大提高工作效率,提高施工的安全性,但是这种方法也会带来一些问题,特别是对于大跨度的桁架结构,比如吊点的选择,吊装工序中桁架的稳定性问题等。
1.1选择吊点的原则对于大跨度平面桁架和空间桁架结构的吊装工序,选择吊点的分布和数量是一个非常重要的问题,例如一个简单的直线型支架,要将其吊装到设计的高度,并将两端与其他构件进行拼接,在选择吊点时即要保证支架起吊后平稳,又要尽量减小两端因为自重而产生的相对形变,如此才能保证支架准确到位,且长度适宜,顺利完成两端的拼接工作。
图1为简支梁吊装过程中的受力形变图,当吊点靠近梁的两端时,梁体中间的力矩大于两端的力矩,中间部位凹陷,两端翘起;当吊点接近梁的中心部位时,两端的力矩超过中间的力矩,两端向下弯曲,中间翘起。
因此应该选取合适的吊点,使中间和两端的力矩达到平衡,使整个简支梁尽量保持平直。
这个吊点的位置可以通过以下公式导出:1.2平面外失稳问题的分析在吊装过程中,不仅要保证吊件在平面内稳定,还要避免其发生平面外失稳,所谓平面内稳定是针对单个构件而言的,即构件不失稳,强度不受破坏,而平面外失稳是指框架整体的稳定性受到破坏,发生平面外失稳的原因主要与吊点的位置和数量有关,一般而言,吊点越多,越不易发生失稳。
图2为片状桁架分别在单吊点、双吊点、三吊点的情况下可能出现的失稳模式。
导致片状桁架平面外失稳的因素比较复杂,其吊装方案的制定也比较困难,需要辅以一定地计算和分析,计算时一般采取模拟简化的方式,也可以通过ANAYS软件进行模拟分析,对吊装方案的可行性进行预判断。
4临时支承柱的设置问题几乎所有的大跨钢工程都离不开临时支承柱的使用,但是它的使用也给钢结构本身带来了一些负面影响,因为支承柱对框架结构所施加的力是暂时性的,在设计整体结构的时候是没有考虑在内的,会对钢结构中各部分力的分布产生影响,有可能破坏整体的平衡性和稳定性,也有可能对支承点附近的构件造成破坏。
以图3中的拱状桁架为例,在不加临时支承柱的情况下,其拱脚在水平方向上对外施加一个较强的推力,在垂直方向上承受桁架的全部重力,当设置临时支承柱后,拱脚对外的推力及承受的重力大大减弱,但支撑点附近的构件受到较强的反作用力。
目前主要有单柱支撑、联体支撑、网架支撑三种不同的临时支撑方案,在实际施工中,需要根据刚体结构、支撑高度、支撑点数量、支承柱载荷等选择合适的支承方式。
5拆撑过程中的注意事项安装工序完成后,需要拆除临时设置的支承柱,这个拆除的过程是一个渐进的过程,要根据体系内力的相互作用,逐渐转移结构受力,使结构内力重新分布,当拆除所有的支承柱后,钢结构各部分的受力状况能够达到设计时的状态。
要做到这一点,需要注意以下事项:(1)拆撑引起的体系内力变化应该缓慢的进行;(2)随着拆撑的进行,要即时对各受力杆件在弹性允许的范围内做微调整,跟进内力重新分布转化的过程,防止局部受力出现破坏性的累积,不能让构件发生永久性的形变甚至损坏;(3)拆撑时要格外注意安全问题,选取安全、易控、可行的拆除方案,循序渐进,直至拆除最后一根支承柱,整个大跨钢结构进入设计状态。
5预应力的应用及安装工序的跟踪模拟计算在大跨钢结构和超大跨钢结构中,运用预应力来改善和调整钢结构内各部分的内力分布,可以提高结构的刚度,增强结构的稳定性,而预应力的设计与其施工过程是密切联系的。
在施工过程中要时刻保持跟踪模拟计算,以保证大跨结构的安全性和稳定性,大跨结构的安装过程是连续化的,而且各构件之间的拼装及相互作用是环环相扣的,需要对各构件的安装和加工进行精准的控制和即时的计算,出现误差要及时纠正,否则前一个构件产生的微小偏移会对后面的构件产生影响,这种影响累积下来就会对整体结构产生影响,使结构受力分布偏离原来的设计。
本文以平面单向张弦梁结构为例对预应力的应用进行探讨。
平面单向张弦梁结构的受力状态如图4所示,通过下弦拉索的方式对其施加合理大小的预应力,以提高张弦梁的受力能力。
图中q代表均匀分布的荷载,f1代表拱高,f2代表索的垂度,l代表拱的横跨长度,以H 代表张弦梁的合理预应,则其大小可由下列公式导出:6整体提升工序的分析由于地面焊接拼装工序的安全性、便捷性和高效性,近年来涌现了大批采用整体提升方式的大跨工程项目,如上海大剧院、澳门东亚运动会体院馆、首都机场四机库等。
整体提升方案有利也有弊,因为钢结构的提升状态相对于设计状态会产生一定的形变,因此在施工过程中要注意以下问题,一是对提升方案进行周密的计算和分析,推算结构各部分的强度和稳定性,将形变造成的影响考虑在内,二是加强提升部位的保护工作,防止提升时受力构件遭到损坏。
施工过程中可以分三个阶段进行提升,首先是将钢结构提起,与底架脱离,其次是缓慢匀速的提升钢结构的高度,最后是使钢结构准确就位。
整个提升过程中,由于首尾两个阶段会产生一定的加速度,提升力也会相应的发生变化,会对提升设备和钢结构的稳定性造成较大的影响。
下面以我国某小区建筑的施工过程为例对整体提升工序进行讲解,此工程中需要进行整体提升的设备总重100多吨,包括钢梁、天沟、龙骨等部位,其提升点的平面布置图如图5所示。
具体施工流程如下:(1)在支撑的钢件上安装主梁,然后用小型顶升设备调整主梁结构,最后安装次梁和龙骨等;(2)拆掉除中间位置的支撑钢件,只保留两边的支撑点,然后安装檩条、天沟等部件;(3)将提升设备、钢缆、千斤顶等安装到位;(4)选择合适的时间进行提升,一般为下午,先将主梁提高2米左右,然后停滞观察一夜时间,确定结构的形态、焊点等未出现意外变化,确保各描点正常连接;(5)确认无误后继续进行提升,保持每小时2到3米的速度,因高度较高,耗时较长,中途进行两次停顿,停止时用钢缆将钢结构与目标结构临时固定。
(7)钢结构提升到位后,进行焊接工作,并进行结构的质量检测,确保无误后即可拆除提升设备,整个提升工序顺利完成。
7总结目前越来越多的建筑开始采用大跨度复杂钢结构,大跨钢结构的建造技术也越来越成熟,并且随着新材料的研发和新技术的应用,大跨钢结构在经济性、稳定性、和先进性等方面都有着长足的进步,但我们依然有许多设计和技术上的问题未解决,在施工过程中仍然会遇到许多富有挑战性的难题。