钢结构施工过程跟踪监测技术与工程实例探讨

王猛　郝建勋

摘 要：随着国民经济的不断发展，许多大型建筑迎着国民经济发展的机遇而出现，各种施工工程项目的拓展壮大，钢结构建筑得到普及和持续发展，广泛应用于建筑、铁路、桥梁以及住宅等方面，各种规模的钢结构企业随之得到蓬勃发展。为了全面提升钢结构施工过程中处理变化的能力，本文对钢结构施工过程的跟踪监测技术进行了研究，并结合相关的工程实例进行了分析。

关键词：钢结构；施工过程；跟踪监测技术；应变结构

中图分类号：TU391 文献标识码：B 文章编号：1671-3362（2013）09-0012-01

科技的发展带动了钢结构建设的发展，越来越多新型复杂钢结构建设项目兴起，同时也带动了一些针对钢结构领域的研究工作，钢结构施工过程中承载力变化的问题也成为了许多研究者进行科学研究的重点部分，由于对施工过程受力变化的精确分析与控制能够对工程建设的周期形成一定的安全保障，因而，为了对钢结构施工过程的受力情况变化进行准确的分析与把握，需要在施工过程中进行跟踪监测。

1 钢结构施工过程跟踪监测方法

1.1 利用振弦式应变计的监测方法

振弦式应变计主要是指一种用振弦来进行测量的应变传感器，此种应变计以其传感器结构简单，工作可靠，输出信号为标准的频率信号的优点，非常方便计算机处理或代手段的电路调理。此种方法在钢结构施工过程中跟踪监测的应用主要是通过观察弦振频率与弦张力的变化情况来对相关测量点的应变情况进行记录。在进行测量的过程中，首先需要将钢弦固定在两块焊接于等待监测的钢结构构件之上的安装块中间，安装块的运动变化方式是对机器中每一个独立的运动单元体即构件运动的反应，此时安装块的变化则会引起固定与安装块之间的钢弦张力的变化，钢弦的张力发生变化将会引起连接钢弦的电磁线圈的变化，电磁线圈通过对钢弦进行激振，利用机械振动使钢弦获得一定形式和大小的振动量，进而对其振动的频率进行测量，将变化的张力进行记录。

1.2 振弦式应变计进行监测的特点

由于振弦式应变计所反馈的信息特征主要为频率特征，所以它比较灵活敏锐且具有很好的稳定性能，此种传感方式受到其他因素的影响比较小，对频率输出数据的收集方式也比较简单。振弦式应变计不仅携带方式方便，而且对于价格而言，相较其他监测方法十分实惠，且不需要动力装置，使用十分方便，十分适用于钢结构施工现场的跟踪监测。

2 运用跟踪監测技术的钢结构工程实例

2.1 跟踪监测技术在国家体育馆中的应用

首先对国家体育馆的布置方案进行简单的介绍，我国国家体育馆坐落于北京奥林匹克公司的南面，沿着国家体育馆建筑群平面中统率全局的轴线进行的针对两边各部分的均匀对称布局。在国家体育馆的结构中，结构建相对于基准面的竖向高度的标高为42.454m。国家体育馆钢屋架南北长144m，东西宽114m，整个体育馆钢屋架工程由14榀桁架组成，总用钢量达2800t，钢屋架形状呈扇形波浪曲线，是我国国内空间跨度最大的双向张弦钢屋架结构体系。其中双向包括上弦和下弦，上弦主要是与正面相交的平面管桁架，下弦主要是通过在钢构件中寻找节点，反映张力变化情况。这种综合上下弦的双向钢结构体系，横跨的区域较大，创新了构件的方式，表明了技术的不断延伸。

在国家体育馆中跟踪监测技术的应用同样表现在振弦应变计的应用。是针对在进行屋盖施工过程中的两个比较关键的施工步骤，在施工过程中的滑移技术，即在切应力的作用下，晶体的一部分沿一定晶面和晶向，相对于另一部分发生相对移动的一种运动状态，另外一个重要的施工技术则为双向预应力钢屋架张拉施工技术。通过将振弦应变计应用于这两个重要施工技术中，对关键环节的施工情况进行随时把握与了解。

2.2 跟踪监测技术在中国航海博物馆中的应用

早在60年代初期，为更好地服务于大型的体育设施的建筑，我国就已经将索网结构理论运用于建筑设计中，索网结构的建筑不仅扩充了我国对于空间结构形式的设计，同样也为今后广大研究者在空间钢结构领域的研究提供了一定的借鉴经验。基于索网结构自身的特点，需要在索上施加外力才能形成一定的形状，因而，在施工前，需要对施工张拉的顺序明确的了解，通过对施工顺序的严格规划，对每个施工张拉步骤的力量进行估计，给其储备相符的预应力值。

所以，在索网结构开始张拉施工时，必须考虑到在分批张拉过程中，每批张拉构件的预应力会对之后的张拉构件产生影响，且这种影响并不是有规律的递增或是递减，分批张拉施工过程完成时，同样会产生与此原因相同的问题，如：最后一批张拉构件的预应力与最初估计的预应力并不一致。

针对此种情况，结合索网技术在我国航海博物馆中的应用，来探索工程的制作设计。中国航海博物馆是我国目前规模最大、等级最高的综合性航海博物馆，室内展示面积达到了21000m2。它的建筑构成主要分为两个基底和侧翼，其侧翼的基本构成主要有屋面、索网幕墙及侧面玻璃幕墙。在索网结构中，决定其安全性及是否符合相关要求的重要标准是索网结构中张拉的力度。因此，对中国航海博物馆中索网结构施工过程中张力进行试验的主要工具是EM索张力测量仪。与振弦式应变计原理类似，运用线圈及检测设备对张力的变化控制点进行全面观察，最后通过数据整理得出调整索网结构中预应力的最佳设计，使索网受力均匀，不断完善在钢结构施工过程中遇到的难题。

3 结语

由于大型空间钢结构工程的施工过程是一个十分漫长的过程，在施工过程中有较多影响因素会给工程施工带来许多不确定性，钢结构受力的状况以及承压的情况也一个不断变化的过程，这就要求我们在钢结构施工过程中对其实施跟踪监测，在施工过程中，根据变化情况不断对施工工艺进行优化，在保障施工安全的前提下，保证整个工程建设的顺利性。

参考文献

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[2] 娄荣.空间钢结构施工力学与优化控制研究[D].浙江：浙江大学博士论文，2009.

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