大跨度空间钢结构施工技术研究与监测

摘要：大跨度空间钢结构施工技术与监测研究的目标是确保工程质量和安全，考虑到大跨度空间钢结构在现代建筑领域应用十分广泛，并且其施工存在构件尺寸和重量较大、高空作业较多、安装精度要求较高等特点，所以采用监测技术来把控施工过程，监测内容涵盖应力、变形和温度等相关指标。通过运用传统监测方法和智能监测技术获取数据，然后对获取的数据进行处理和分析，以此为施工决策提供可靠依据，进而保障结构的稳定性和可靠性

关键词：大跨度空间钢结构；施工技术；监测技术；工程质量；安全保障

随着社会不断发展和建筑技术持续进步，大跨度空间钢结构在大型公共建筑、体育场馆等领域的需求越来越大，此类结构能够提供更大的无柱空间以及独特建筑造型，从而满足多样化的使用功能需求。

一、大跨度空间钢结构施工技术概述

（一）常见的大跨度空间钢结构形式

网架结构是多根杆件按一定规律经节点连接形成的空间网格结构，具备空间受力、重量轻、刚度大以及抗震性能好等诸多优点，经常被应用于体育馆、展览馆这类大型公共建筑当中，它的节点构造形式呈现出多样化特点，包含焊接球节点、螺栓球节点等，不同的节点形式适用于不同工程需求与施工条件[1]。网壳结构属于一种曲面状的空间网格结构，能够充分发挥材料强度并且覆盖较大空间，造型丰富又美观，可应用于剧院、候机楼等建筑，网壳结构形式存在单层网壳和双层网壳的区别，单层网壳适合中小跨度，双层网壳更适合大跨度建筑。悬索结构是以一系列受拉钢索作为主要承重构件，借助索的拉力把屋面荷载传递到支撑结构上，拥有跨越能力大、自重轻、造型灵活等特点，常用于桥梁、体育场馆等大跨度建筑，悬索结构的索体布置方式多种多样，有辐射式、平行式等，不同的布置方式会对结构的力学性能和稳定性产生影响。

（二）大跨度空间钢结构施工的特点和难点

结构跨度比较大，构件尺寸和重量都较大使得运输和吊装难度有所增加，所以需要采用大型的运输设备和起重机械，施工过程里要进行大量高空作业，这对施工人员的安全防护提出较高要求，而且大跨度空间钢结构安装精度要求高，各构件之间的连接必须做到准确无误，不然会影响整个结构的稳定性和安全性。在施工难点方面，结构的稳定性控制属于关键要点，施工过程中结构的受力状态持续变化，需要采取有效措施来保证结构在施工期间的稳定性，比如在网架结构安装过程中，需要合理安排安装顺序，避免结构出现过大的内力和变形，另外施工过程中的测量和监测工作也十分重要，由于结构的变形和位移难以直观判断，需要采用先进测量技术和设备对结构的变形、应力等进行实时监测，及时发现问题并采取相应措施进行调整[2]。

二、大跨度空间钢结构施工关键技术研究

（一）钢结构的制作与加工技术

需依据工程具体使用环境承载要求等因素挑选合适钢材，对于承受动荷载的结构，要选用具备良好韧性和抗疲劳性能的钢材，选定钢材之后严格检验是必不可少的，要通过化学分析力学性能测试等手段确保钢材化学成分强度韧性等指标符合设计标准，只有钢材质量达标，才能为后续加工和整个结构稳定性奠定坚实基础，构件的加工工艺与精度控制同样不能忽视，从下料开始就要运用先进切割设备和精确下料工艺保证构件尺寸误差在极小范围内。以数控切割技术为例，它能够实现高精度切割有效减少切割面粗糙度和热影响区，在构件成型过程中要根据不同形状要求采用合适加工方法比如弯曲冲压等，同时在每一个加工步骤中都要进行严格尺寸测量和质量检查确保构件形状和尺寸符合设计图纸要求，对于复杂的曲面构件，需采用三维建模和数控加工技术相结合方式保证构件精度和表面质量[3]。

（二）钢结构的安装技术

整体吊装法是把在地面拼装好的钢结构整体提升到设计位置，这种方法适用于结构相对简单、重量适中且吊装设备能满足要求的情况，整体吊装过程中需精确计算结构的重心和吊点位置，合理选择吊装设备和吊装方案来确保结构在吊装时平衡和稳定，同时要对吊装过程进行实时监测并及时调整吊装参数，避免结构发生变形或出现损坏状况。高空散装法是在高空把钢结构的各个构件逐件进行安装，该方法适用于结构形式复杂、无法在地面整体拼装的情形，采用高空散装法时要搭设可靠的高空作业平台来确保施工人员的安全，并且要严格控制构件的安装顺序和连接质量。滑移法是将钢结构在地面或较低位置拼装好后通过滑移设备滑移到设计位置，此方法适用于大跨度的条形或矩形结构，滑移过程中要保证滑移轨道的平整度和精度，控制好滑移速度和方向，防止结构在滑移时出现偏移或卡顿现象，下表1就是大跨度空间钢结构典型施工技术对比表。

表1 大跨度空间钢结构典型施工技术对比表

（三）施工过程中的临时支撑技术

支撑体系设计计算得充分考虑结构受力特点、施工时荷载变化及支撑体系自身稳定性，设计支撑体系要依据结构形状尺寸合理布置支撑点和支撑形式，像网架结构可采用满堂脚手架或格构式支撑等形式，通过精确力学计算确定支撑构件尺寸与材料，确保支撑体系能承受施工各种荷载，支撑安装与拆除需严格按施工方案执行，安装支撑时要保证支撑构件垂直度和水平度，确保支撑与结构连接牢固可靠，拆除支撑时要按一定顺序进行，避免结构出现突然受力变化，对于大型支撑体系可采用分级卸载方式拆除，逐步释放结构内力保证结构安全稳定[4]。

三、大跨度空间钢结构施工监测技术

（一）监测的目的与意义

监测的目的和意义是对大跨度空间钢结构施工全程做全面持续监测，及时掌握结构在施工各个阶段的实际状态情况，为施工决策提供科学且可靠的依据内容，确保施工过程严格按照设计要求顺利进行，以此避免结构出现潜在的安全隐患问题，保证结构具备良好的稳定性和可靠性，同时还为后期的使用和维护工作提供基础数据。在大跨度空间钢结构的具体施工当中，鉴于结构跨度大且构件较为复杂的特点，施工过程里存在较多不确定性的相关因素，诸如荷载变化以及环境影响等方面情况，这些因素有可能造成结构实际受力状态和设计预期不相符。

（二）监测的内容与指标

应力监测要在结构关键部位布置应力传感器，从而实时测量结构构件应力的变化情况，以此了解结构在施工过程中的具体受力状态，对于大跨度空间钢结构而言，某些关键构件在施工期间可能承受较大应力，一旦应力超过设计允许值就可能导致构件破坏，进而影响结构的整体安全性能，所以准确监测应力变化并及时采取措施调整施工工艺或结构受力状态很重要[5]。变形监测主要是监测结构的位移、沉降以及倾斜等变形情况，通过测量结构在不同施工阶段的具体变形数值，进而判断结构的稳定性是否良好，大跨度空间钢结构在施工过程中，因自身重量和施工荷载等因素作用可能会发生一定变形，若变形过大就可能导致结构几何形状改变，从而影响结构正常使用和安全性能。温度监测是考虑到温度变化对钢结构会产生影响，温度升降会使钢结构出现热胀冷缩现象，从而导致结构的内力和变形发生相应变化，通过监测结构的温度分布和具体变化情况，能够对结构的应力和变形进行修正与调整。

（三）监测方法与技术手段

传统监测方法是用如水准仪经纬仪全站仪等测量仪器做人工测量，其具有测量精度较高且操作相对简单的优点，不过存在测量频率低劳动强度大、数据实时性差等缺点，在大跨度空间钢结构施工中，因施工周期长且结构变化快，传统监测方法难以满足实时监测的需求，智能监测技术是利用现代传感器通信和计算机技术，实现对结构进行自动化和实时监测，智能传感器能实时采集结构的各种物理量，再通过无线通信技术把数据传输到监测中心，监测中心的计算机系统可对数据做实时处理和分析，能及时发现结构的异常情况并发出预警，智能监测技术有监测频率高、数据实时性强、能远程监测等优点，在大跨度空间钢结构施工监测中获越来越广泛应用[6]。

（四）监测数据的处理与分析

首先得对原始监测数据开展预处理工作，其中包含数据清洗以及滤波等操作，以此去除噪声和异常值来提高数据质量，接着按照监测的具体内容和相关指标，采用对应的数据分析方法对数据加以处理，针对应力监测数据，能够计算应力的变化率以及应力峰值等参数，从而判断结构的受力状态是否处于正常水平，对于变形监测数据，可以分析变形的趋势以及内在规律，进而预测结构的变形发展具体情况。

结论：
合理运用钢结构制作加工技术、安装技术以及临时支撑技术，可提高施工效率与质量并降低施工风险，全面监测应力、变形以及温度等相关指标，采用传统与智能相结合的监测技术，对数据展开有效处理和分析，能及时发现结构潜在问题为施工决策提供科学依据。

参考文献：

[1]龚学栋.现代建筑中大跨度空间钢结构施工技术应用[J].城市建设理论研究(电子版),2025,(12):130-132.

[2]张玉权.基于BIM的大跨度空间钢结构施工技术探析[J].建材发展导向,2025,23(08):115-117.

[3]慕丰丞,王懂,王辉.歌剧院大跨度空间钢结构施工技术研究[J].施工技术(中英文),2024,53(23):130-134.

[4]贾小辉.现代建筑中大跨度空间钢结构施工技术应用[J].建筑技术开发,2024,51(09):12-14.

[5]李小康.大跨度空间钢结构住宅建筑施工技术应用与控制方法探究[J].居舍,2024,(24):30-33.

[6]茹小琴.大跨度空间钢结构建筑施工技术与控制[J].住宅与房地产,2024,(23):89-91.