关于大跨度空间钢结构施工技术的研究

关于大跨度空间钢结构施工技术的研究【摘要】经济的发展促进了现代建筑的崛起，越来越多的新型建筑出现在我们的视野里。自2008年以来，北京奥运会给我国的建筑行业带来了更多的发展机遇，我国的大跨度钢结构在原来基础相对薄弱的基础上得到迅猛发展，出现了许多形式各异、结构多样化的建筑。在新型建筑快速发展的同时，建筑施工单位有了更多的机会和挑战，促进了大跨度钢结构技术的发展。本文分析大跨度钢结构发展的现状，重点研究大跨度钢结构的特点与施工中应注意的问题，为大跨度空间钢结构技术的发展提供一点帮助。【关键词】大跨度钢结构；施工；结构分析；方法研究引言近年来，建筑行业呈快速上升的态势，大跨度空间钢结构符合了建筑施工的更高要求，得到迅猛发展。大跨度钢结构则与之不同，大跨度的钢结构在施工的过程中由于受力较大，构件会在施工的过程中发生部分变形，虽然这些变形在施工之前就可以预见的，但是如果不对施工过程进行加以控制，那么在施工完成后的钢结构可能与设计并不是完全的相符，这也是引起结构不稳定因素之一。因此对大跨度钢结构施工过程的结构分析方法的研究时相当有必要的。一、大跨度钢结构的发展现状及施工特点1、现状钢材作为建筑材料的一种，具有匀质、高强的特点，而且有良好的塑性、韧性和可焊性等优点，在建筑行业里扮演着重要的角色。大跨度空间钢结构的运用符合建筑坚固美观的要求，在未来的建筑行业中仍然有很大的发展空间。但是我国的大跨度钢结构技术基础还比较薄弱，但是近年来发展较快，主要是在体育馆的建造这一块。随着奥运会和全运会等运动会的开展，国家加大了对体育馆的建设投入，尤其是在北京奥运会之后，鸟巢、国家水立方等体育设施场所的建设都运用了大跨度钢结构技术。随着经济的发展和建筑施工技术的成熟，大跨度空间钢结构的运用会越来越广泛。2、特点2.1大量运用钢材，钢材等级要求高技术的进步和建筑的发展使得建筑施工对钢材的要求越来越高，钢结构的跨度越来越大。大跨度钢结构建筑在施工中会增加对钢材的厚度要求，从而增强钢材的强度。现在，新型的钢材越来越多，其强度的增大可以提高建筑的质量。2.2结构形式多样化大跨度钢结构建筑形式多种多样，涌现了很多奇形怪状的建筑。大多数符合自然的生态绿色的理念，如“鸟巢”的设计就是根据自然中鸟巢的形状采用复杂的钢结构技术建造的。2.3现代预应力技术的运用在大跨度钢结构建筑施工中，运用现代预应力，可以提高钢材的强度，增加建筑的安全性。现代预应力是一种新型的应用技术，在建筑中运用可以增强建筑的坚固性，延长建筑的使用年限。2.4施工技术难度大大跨度钢结构建筑需要很多的节点支撑，为了满足建筑的结构形式和坚固性，各种各样的节点需要焊接，是一个大工程。大型的建筑工程，往往有上万个构建，而且构建的大小、尺寸各不相同，加大了施工难度。而国家的重点工程建设对工程的质量有严格的要求，都施工的精准度要求高。二、大跨度钢结构施工过程的结构分析方法研究1、力学分析方法图1是一个简单的新增单元和节点示意图，在该图中我们可以清晰的发现整个施工过程中构件的位形变化，图中实线表示设计中构件安装前的位置，虚线表示安装过程中变形后位置。虚线表示已有构件，点划线表示新增构件。在计算的过程中，不同的安装方式可以采用不同方法来确定相应节点的位移和长度，主要遵循的原则如下。如图（a）中，黑色虚线为构件I-K在安装后留下的位置，同时又在K节点的后边安装一个O节点，而O节点的构件长度与构件I-K的变形程度和构件K-L的长度有关，所以可以通过这三者的关系进行确定。而图（b）并没有发现新增构件，其构件长度至于已经安装构件的长度有关，也就是可以通过变形后J与K节点长度来确定构件长度。因此，新增构件与已经安装的构件之间存在着长度和位置间的关系，运用该方法同时结合计算机有限元的计算软件，可以有效的计算出新增构件的长度和位形，这对于大跨度钢结构的施工力学的研究有着极其重要的作用，使其结构分析方法简化有效。2、算法对于大跨度钢结构施工过程的结构分析方法的研究，本文在这里以两端固定梁为例进行分析。两端固定梁的跨度为24m，该梁采用的是H型钢，其尺寸为600×180×8×8，由于梁有较大的自重，其受力也受到自重的影响，均布荷载按照40kN/m进行计算。为了便于梁的计算，将梁平均分配为9个阶段，由于两端固定，从最外端两个固定阶段开始向内无支撑安装计算，因此将9个阶段分为5个步骤进行施工，两边对称相对施工，最后在跨中段进行合拢。本文对该钢结构的施工进行模拟计算，具体的施工过程中各节点在受力作用下的变化如下图所示：由图中的位形变化可知，随着两端安装构件不断地向中间推移，纵坐标的数值不断的变大，由此可见施工过程中跨中段的位形相对较大。另一方面，由图中可以看出位形曲线不断的下移，同一个阶段的位形逐步的增大，说明正在施工的阶段对已经施工的阶段具有一定的影响。当构件考虑施工变形而采取预起拱时，本文计算的反拱高度也将较小；按照该方法进行施工，在设计安装阶段都是按照水平直线进行的，以便于结构更容易安装和制造。虽然钢结构的刚度较大，在安装阶段由于受到自身重力的影响而发生微弱的变形，甚至荷载的P-Δ效应可以忽略不计，但是与整体性一次施工相比，其内部受力还是有着较大的差别的，因此施工阶段还需要考虑施工的路径非线性效应。三、大跨度钢结构施工中应注意的几点1、设计与制造技术的应用随着科学技术在各个领域的应用，建筑工程设计通常也采用计算机制图工具，提高设计的科学性和精准度。如CAD技术和CAM技术在钢结构施工建设中起辅助作用，它的运用为建筑提供三维空间和立体感，实现了图文之间的转换，减少设计的误差，提高工作效率。