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摘要：对于大跨度钢结构来说，因为其结构施工比较复杂，施工技术的繁琐，所以在施工时期出现的问题的概率同其他结构相比较低，基于此，本文论述了大跨度钢结构全过程施工监测的相关技术。
关键词：大跨度钢结构；全过程；施工监测
中图分类号：TU391文献标识码： A
引言
钢结构厂房是在工业发展推动下，为了满足现代生产以及生活的需求，提高厂房结构的抗震性以及防噪音性能、环保性隔热保暖性能等各种性能特征，在工业厂房建筑中推广应用并迅速发展的一种结构形式，钢结构厂房在施工建设中不仅速度比较快、建筑形式灵活，具有较高的抗震与环保性能，并且在实际工业厂房施工建设中非常受欢迎。尤其是近年来，随着我国建筑行业的不断发展进步，钢结构形式在建筑施工与工业厂房中的应用也越来越廣泛，对于我国社会经济的发展增长以及人们生活水平的提高改善等，都有着积极的作用和意义。
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
发展目前，我国的大跨度钢结构形式已经突破了传统单一形式，向着多样化、复杂化发展，出现了很多新的钢结构形式。例如，2008年北京奥运会运动馆“鸟巢”在建设过程中，就使用了扭曲的空间桁架结构，比较复杂，而在羽毛球场馆的建设中使用大跨度的弦支弯顶结构。
1.2钢结构跨度、等级、厚度与空间结构复杂度保持一致
随着我国国民经济的不断发展，对于建筑的功能需求也向着多样化发展。目前大跨度复杂钢结构已经在我国得到了广泛的应用，跨度超过百米的建筑非常普遍，例如：我国的国家体育场——“鸟巢”钢结构跨度是296m。大跨度复杂钢结构对于钢材的级别和强度都提出了更高的要求，使用高强度厚钢板进行施工，以保证施工质量，有的钢板厚厚度超过100mm，例如：Q420C、Q390C、Q46QE等。
1.3、普遍使用预应力技术
预应力技术是我国建筑行业的一项新技术，在我国工程施工中得到了广泛的应用，且出现了一系列新的结构形式，例如：索穹顶结构、张拉整体结构以及索膜结构等。例如：北京工业大学体育馆就通过大跨度弦支穹顶结构进行施工建设；而国家体育馆——“鸟巢”则是通过世界最大跨度的双向张弦梁桁结构进行施工建设的。
2、大跨钢结构施工监测研究现状
对大跨钢结构而言，由于其结构施工过程庞大复杂，施工方法和施工工艺繁琐，在施工阶段出现风险概率要比其他结构要高。而大型复杂结构的一旦发生事故，其影响和后果是极其严重的，会造成巨大的财产损失、人员伤亡和严重的社会影响。在土木工程领域，结构健康监测在世纪年代提出，最初主要在桥梁监测方面发展得比较快。世纪年代初，日本在修建日野预应力混凝土连续梁桥时，就建立了施工控制所需的应力、挠度等参数的监测系统，并应用计算机对所测参数进行现场处理，然后将处理后的实测参数反馈至控制室进行结构计算分析，最后将分析结果返回到现场进行施工控制。
在国内，自世纪年代开始也于一些大型重要桥梁上安装各种不同规摸的健康监测系统，虽然开展时间并不太长，但是目前已经处于国际先进水平。众所周知，桥梁结构需要进行施工监测和成桥试验，将施工监测和成桥试验的临时传感器用于桥梁结构建成一段时间内的短期监测系统是我国许多大型桥梁常采用的方法。香港青马大桥的桥梁结构健康监测系统永久性地安装了多个各种类型传感器，获取的数据可以作为以后大桥结构评估、运营和维护的参考武汉长江二桥采用“水平角与天顶距同测法”监测了施工中塔柱的相对变形;广东虎门悬索大桥采用技术对其施工过程进行监测。
4、结构监测与分析
4.1、钢结构整体形变分析
整体节点变形监测是在全部屋顶网壳钢结构焊接完毕并将全部应力钢索和支撑结构卸载后，对钢结构进行整体形变的监测，实际中采用节点法监测，将观测数据配准并转换到设计坐标系中以后，将大部分观测完整的网壳节点实际坐标提取出来，与设计坐标对比以分析节点形变状况。钢结构激光点云经过拼接与坐标转换以后，前后扫描的数据已经全部转化到设计坐标系中
4.2、位移测试方法
变形监测是对监测对象进行:测，确定其空间位置随时间的变化过程。变形监测主要包括水平位柊、垂直位移、偏距、倾斜度、烧度、弯曲、裂缝等的测置，主要是对描述变形体自身形变和刚体位移的几何量的监测。本工程主要对水平位移和垂直位移进行盤测。水平位移监测就是测定结构沿水平方向的位移变形值，为提供变形趋势与稳定预报而进行的测量工作。体育场在吊装阶段边界球铰支座均处于固定状态，在卸载前切掉支座的挡板，使支座处于可滑动状态，以释放卸载时产生的应力，这一过程中支座的水平位移量可达以上。因此，适时监测建筑物的水平位移量，能有效地监控建筑物的安全状况，并可根据实际情况采取适当的加固措施。课题组自主开发基于无线传感的水平位移传感器对体育场的支座进行监测，该水平位移计具有精度高、稳定性好、采样频率高等特点，并可纳入体育场整个无线网络中，实现远程采集。垂直位移监测是测定基础和建筑物本身在垂直方向上的位移。在建筑物施工的沉降监测，其首要目的是为了保证建筑物的安全，通过发现沉降异常，分析原因并采取必要的防范措施。沉降监测的测点布置需要综合考虑设计要求和实际情况，需要能较全面地反映建筑物的变形特性。体育场卸载过程时间短、变形大，最大晓度值可达40cm以上，测点的最佳布置位置在主析架的跨中以及主析架相交的支撑架处，卸载阶段采用全站仪对结构的垂直位移进行监测。
4.3、变形监测
变形监测和应力监测是全面准确地确定结构安全性的两个重要方法，尤其是在大跨预应力钢结构中可以作为索力的控制指标。变形结果直观可靠且精度高，因此是施工监测中重要的组成部分。变形监测方法主要有接触式位移计(百分表、千分表、挠度计)法、位移传感器法、电子全站仪法等。接触式位移计和位移传感器由于需要固定支座，在大跨度钢结构中使用不是很方便，较少采用。目前使用最广的变形监测方法为电子全站仪监测法，监测工作的依据应包括:
《建筑变形测量规程》JGJ/T8-97 ;《工程测量规范》GB50026-93;《钢结构工程施工及验收规范》GB50205-2001。
为减少监测误差，全站仪在使用过程中应注意以下几点:
在监测过程中，应进行温度和气象等多项修正，同时在监测工作中，采用相同的仪器和观测方法及固有人员，可以认为观测工作是在相同的观测条件下进行的;钢结构受气温影响较大，观测时选择阴天或早、晚有利观测时间段，以减少气温对钢结构的影响;全站仪观测视线与反射片表面垂直时测距精度最佳，在观测视线与反射片表面夹角不小于45。时可达到反射片的标称精度，所以要注意控制点与反射片的角度，以确保全站仪的测距精度;监测数据采用两人对算或用不同方法进行计算，杜绝计算错误。 电子全站仪法虽然为目前最常用的变形监测方法，但需要较多人工干预，尤其是在测点多、工况多的情况下，工作量大且耗费大量时间。
4.4、检测对比
为了验证测量点的精度，我们用无棱镜测量机器人直接测量，直接测量各个端口的特征角点作为检核。表1显示了2种测量仪器的误差对比（单位：mm），由于加工工艺处理，一般情况下在端口存在倒角，因此拟合的点与实际全站仪测量结果存在偏差。实际测量结果偏差很小，基本都在3mm内，完全能够满足实际测量需求。
5、结语
大跨空间结构的施工监测需求日益增加，监测的测点布置越来越多，这对监测系统和监测网络提出了更高的要求，课题组一直在进行实测系统的开发，可优化的方向主要为:改善无线传感器网络以提高采用频率、实现多点同步采集、提高测点数据存储容量以获得时程曲线等方面。考虑到施工全过程应力变化非常复杂，施工控制是监测的主要目的，通过监测数据对施工过程进行预警，保证施工的顺利进行。本文未涉及施工过程预警技术的研究，如何根据实测数据对结构施工过程逬行实时反馈并调整结构的施工方法是施工监测技术需要解决的问题。
参考文献
[1]陈百会.采用预应力基础梁的大跨度钢结构施工控制关键技术研究[D].安徽建筑工业学院,2012.
[2]刘永建.大跨度拱支结构力学性能与施工技术研究[D].天津大学,2012.
[3]刘学春.新型大跨度弦支穹顶结构体系创新研究与奥运工程应用[D].北京工业大学,2010.
[4]崔晓强,郭彦林,叶可明.大跨度钢结构施工过程的结构分析方法研究[J].工程力学,2006,05:83-88.
关键词：大跨度钢结构；全过程；施工监测
中图分类号：TU391文献标识码： A
引言
钢结构厂房是在工业发展推动下，为了满足现代生产以及生活的需求，提高厂房结构的抗震性以及防噪音性能、环保性隔热保暖性能等各种性能特征，在工业厂房建筑中推广应用并迅速发展的一种结构形式，钢结构厂房在施工建设中不仅速度比较快、建筑形式灵活，具有较高的抗震与环保性能，并且在实际工业厂房施工建设中非常受欢迎。尤其是近年来，随着我国建筑行业的不断发展进步，钢结构形式在建筑施工与工业厂房中的应用也越来越廣泛，对于我国社会经济的发展增长以及人们生活水平的提高改善等，都有着积极的作用和意义。
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
发展目前，我国的大跨度钢结构形式已经突破了传统单一形式，向着多样化、复杂化发展，出现了很多新的钢结构形式。例如，2008年北京奥运会运动馆“鸟巢”在建设过程中，就使用了扭曲的空间桁架结构，比较复杂，而在羽毛球场馆的建设中使用大跨度的弦支弯顶结构。
1.2钢结构跨度、等级、厚度与空间结构复杂度保持一致
随着我国国民经济的不断发展，对于建筑的功能需求也向着多样化发展。目前大跨度复杂钢结构已经在我国得到了广泛的应用，跨度超过百米的建筑非常普遍，例如：我国的国家体育场——“鸟巢”钢结构跨度是296m。大跨度复杂钢结构对于钢材的级别和强度都提出了更高的要求，使用高强度厚钢板进行施工，以保证施工质量，有的钢板厚厚度超过100mm，例如：Q420C、Q390C、Q46QE等。
1.3、普遍使用预应力技术
预应力技术是我国建筑行业的一项新技术，在我国工程施工中得到了广泛的应用，且出现了一系列新的结构形式，例如：索穹顶结构、张拉整体结构以及索膜结构等。例如：北京工业大学体育馆就通过大跨度弦支穹顶结构进行施工建设；而国家体育馆——“鸟巢”则是通过世界最大跨度的双向张弦梁桁结构进行施工建设的。
2、大跨钢结构施工监测研究现状
对大跨钢结构而言，由于其结构施工过程庞大复杂，施工方法和施工工艺繁琐，在施工阶段出现风险概率要比其他结构要高。而大型复杂结构的一旦发生事故，其影响和后果是极其严重的，会造成巨大的财产损失、人员伤亡和严重的社会影响。在土木工程领域，结构健康监测在世纪年代提出，最初主要在桥梁监测方面发展得比较快。世纪年代初，日本在修建日野预应力混凝土连续梁桥时，就建立了施工控制所需的应力、挠度等参数的监测系统，并应用计算机对所测参数进行现场处理，然后将处理后的实测参数反馈至控制室进行结构计算分析，最后将分析结果返回到现场进行施工控制。
在国内，自世纪年代开始也于一些大型重要桥梁上安装各种不同规摸的健康监测系统，虽然开展时间并不太长，但是目前已经处于国际先进水平。众所周知，桥梁结构需要进行施工监测和成桥试验，将施工监测和成桥试验的临时传感器用于桥梁结构建成一段时间内的短期监测系统是我国许多大型桥梁常采用的方法。香港青马大桥的桥梁结构健康监测系统永久性地安装了多个各种类型传感器，获取的数据可以作为以后大桥结构评估、运营和维护的参考武汉长江二桥采用“水平角与天顶距同测法”监测了施工中塔柱的相对变形;广东虎门悬索大桥采用技术对其施工过程进行监测。
4、结构监测与分析
4.1、钢结构整体形变分析
整体节点变形监测是在全部屋顶网壳钢结构焊接完毕并将全部应力钢索和支撑结构卸载后，对钢结构进行整体形变的监测，实际中采用节点法监测，将观测数据配准并转换到设计坐标系中以后，将大部分观测完整的网壳节点实际坐标提取出来，与设计坐标对比以分析节点形变状况。钢结构激光点云经过拼接与坐标转换以后，前后扫描的数据已经全部转化到设计坐标系中
4.2、位移测试方法
变形监测是对监测对象进行:测，确定其空间位置随时间的变化过程。变形监测主要包括水平位柊、垂直位移、偏距、倾斜度、烧度、弯曲、裂缝等的测置，主要是对描述变形体自身形变和刚体位移的几何量的监测。本工程主要对水平位移和垂直位移进行盤测。水平位移监测就是测定结构沿水平方向的位移变形值，为提供变形趋势与稳定预报而进行的测量工作。体育场在吊装阶段边界球铰支座均处于固定状态，在卸载前切掉支座的挡板，使支座处于可滑动状态，以释放卸载时产生的应力，这一过程中支座的水平位移量可达以上。因此，适时监测建筑物的水平位移量，能有效地监控建筑物的安全状况，并可根据实际情况采取适当的加固措施。课题组自主开发基于无线传感的水平位移传感器对体育场的支座进行监测，该水平位移计具有精度高、稳定性好、采样频率高等特点，并可纳入体育场整个无线网络中，实现远程采集。垂直位移监测是测定基础和建筑物本身在垂直方向上的位移。在建筑物施工的沉降监测，其首要目的是为了保证建筑物的安全，通过发现沉降异常，分析原因并采取必要的防范措施。沉降监测的测点布置需要综合考虑设计要求和实际情况，需要能较全面地反映建筑物的变形特性。体育场卸载过程时间短、变形大，最大晓度值可达40cm以上，测点的最佳布置位置在主析架的跨中以及主析架相交的支撑架处，卸载阶段采用全站仪对结构的垂直位移进行监测。
4.3、变形监测
变形监测和应力监测是全面准确地确定结构安全性的两个重要方法，尤其是在大跨预应力钢结构中可以作为索力的控制指标。变形结果直观可靠且精度高，因此是施工监测中重要的组成部分。变形监测方法主要有接触式位移计(百分表、千分表、挠度计)法、位移传感器法、电子全站仪法等。接触式位移计和位移传感器由于需要固定支座，在大跨度钢结构中使用不是很方便，较少采用。目前使用最广的变形监测方法为电子全站仪监测法，监测工作的依据应包括:
《建筑变形测量规程》JGJ/T8-97 ;《工程测量规范》GB50026-93;《钢结构工程施工及验收规范》GB50205-2001。
为减少监测误差，全站仪在使用过程中应注意以下几点:
在监测过程中，应进行温度和气象等多项修正，同时在监测工作中，采用相同的仪器和观测方法及固有人员，可以认为观测工作是在相同的观测条件下进行的;钢结构受气温影响较大，观测时选择阴天或早、晚有利观测时间段，以减少气温对钢结构的影响;全站仪观测视线与反射片表面垂直时测距精度最佳，在观测视线与反射片表面夹角不小于45。时可达到反射片的标称精度，所以要注意控制点与反射片的角度，以确保全站仪的测距精度;监测数据采用两人对算或用不同方法进行计算，杜绝计算错误。 电子全站仪法虽然为目前最常用的变形监测方法，但需要较多人工干预，尤其是在测点多、工况多的情况下，工作量大且耗费大量时间。
4.4、检测对比
为了验证测量点的精度，我们用无棱镜测量机器人直接测量，直接测量各个端口的特征角点作为检核。表1显示了2种测量仪器的误差对比（单位：mm），由于加工工艺处理，一般情况下在端口存在倒角，因此拟合的点与实际全站仪测量结果存在偏差。实际测量结果偏差很小，基本都在3mm内，完全能够满足实际测量需求。
5、结语
大跨空间结构的施工监测需求日益增加，监测的测点布置越来越多，这对监测系统和监测网络提出了更高的要求，课题组一直在进行实测系统的开发，可优化的方向主要为:改善无线传感器网络以提高采用频率、实现多点同步采集、提高测点数据存储容量以获得时程曲线等方面。考虑到施工全过程应力变化非常复杂，施工控制是监测的主要目的，通过监测数据对施工过程进行预警，保证施工的顺利进行。本文未涉及施工过程预警技术的研究，如何根据实测数据对结构施工过程逬行实时反馈并调整结构的施工方法是施工监测技术需要解决的问题。
参考文献
[1]陈百会.采用预应力基础梁的大跨度钢结构施工控制关键技术研究[D].安徽建筑工业学院,2012.
[2]刘永建.大跨度拱支结构力学性能与施工技术研究[D].天津大学,2012.
[3]刘学春.新型大跨度弦支穹顶结构体系创新研究与奥运工程应用[D].北京工业大学,2010.
[4]崔晓强,郭彦林,叶可明.大跨度钢结构施工过程的结构分析方法研究[J].工程力学,2006,05:83-88.