大跨度钢结构全过程施工监测及分析研究

大跨度钢结构全过程施工监测及分析研究

祝斌

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摘要：近年来，大跨度钢结构在建筑领域中的应用越来越广泛，同时，大跨度钢结构的建造过程中也存在着巨大的风险和挑战，如何保证施工的安全和质量十分重要。本文针对大跨度钢结构全过程施工监测及分析研究进行探讨与总结。

关键词：大跨度钢结构；施工全过程；检测技术

前言

相较于传统的混凝土建筑，钢结构建筑不仅造型美观、施工速度快，而且还具有较高的强度和稳定性，因此备受青睐。然而，由于大跨度钢结构建筑往往具有较高的建筑高度和较大的自重，建筑过程中施工安全问题和结构变形问题极易出现，因此需要进行全过程施工监测和分析，以确保建筑施工的安全性、稳定性和质量。

一、大跨度钢结构全过程施工监测技术分析

（一）监测技术发展历程

大跨度钢结构建筑的监测技术发展历程可以追溯到20世纪80年代。当时，钢结构建筑的建造和施工过程还处于初始阶段，技术设备水平也不够先进，因此监测技术也相对简单。大多数监测工作仅限于对静态荷载进行简单的测量和分析。随着施工技术的不断提高和结构复杂度的增加，大跨度钢结构的监测工作也逐渐进入到全过程监测阶段。目前，大跨度钢结构建筑全过程监测技术已经比较成熟，监测的范围与内容也较为广泛。

（二）大跨度钢结构全过程施工监测技术分类

大跨度钢结构全过程施工监测技术主要包括结构监测、环境监测、设备监测和人员监测等方面。具体来说，监测技术可以分为结构监测技术，包括静态荷载监测、动态荷载监测、变形监测和应力监测等。其中，变形监测是最为重要的监测内容之一，它可以通过全站仪或者激光扫描仪等设备进行实时监测。环境监测技术，主要针对气象、温度、湿度、风速和风向等监测。环境监测可以帮助预测气象变化对钢结构建筑的影响，并为钢结构建筑的施工提供更加准确的数据。设备监测技术，包括吊装设备和施工设备的监测。其中，吊装设备的监测是关键的一环，它可以通过经验公式、模型计算和传感器监测等手段进行精确监测。人员监测技术，主要针对施工现场的安全监测和劳动保护。通过监测人员的身体健康和安全状态，可以及早发现和解决人员安全隐患和工作质量问题。

（三）主要监测技术原理与应用

（1）全站仪监测技术

全站仪是一种高精度的测量仪器，可以实现钢结构建筑的全方位监测。全站仪可以通过多台设备同时监测，从而保证监测数据的准确性和稳定性。全站仪的应用范围非常广泛，可以用于测量建筑物的变形、坐标、高度、三维形状和表面缺陷等。在钢结构建筑的全过程监测中，全站仪被广泛应用变形监测和坐标测量。

（2）激光扫描仪监测技术

激光扫描仪是一种高精度三维扫描设备，可以实现对建筑物表面的快速、准确的扫描。激光扫描仪可以通过扫描建筑物表面获取大量点云数据，然后通过三维重构技术生成三维模型。在大跨度钢结构建筑的全过程监测中，激光扫描仪被广泛应用于变形监测和表面缺陷检测。激光扫描仪具有高度自动化、高精度、高效率等特点，可以大大提高监测数据的准确性和可靠性。

（3）传感器监测技术

传感器是一种能够将物理量转换为电信号的装置。在大跨度钢结构建筑的全过程监测中，传感器被广泛应用于静态荷载监测、动态荷载监测、应力监测和温度监测等方面。传感器具有高灵敏度、高精度、高稳定性等特点，可以大大提高监测数据的精度和可靠性。同时，传感器的自动化程度高，可以实现实时监测和数据传输，大大提高了监测的效率和精度。

二、监测数据分析与评价

（一）监测数据处理方法与分析

在大跨度钢结构全过程施工监测中，监测数据的处理方法和分析对于工程的质量和安全至关重要。一般来说，监测数据处理方法主要包括数据分析、数据归一化、数据平滑、数据滤波、数据去噪等步骤。其中，数据分析是监测数据处理中最重要的一步，主要是通过对监测数据的分析和处理，对工程的质量、安全等问题进行判断和评价。监测数据的分析主要采用统计方法、时序分析和频域分析等方法。其中，统计方法包括均值、方差、偏度、峰度、相关系数等；时序分析主要采用滑动平均、指数平滑等方法；频域分析主要采用傅里叶变换等方法，用于分析监测数据的周期、频率等特征。

（二）监测数据评价标准及其应用

监测数据的评价标准主要包括最大偏差、均方根误差、相关系数、峰值、反应速度等指标。其中，最大偏差是指监测数据与参考数据之间的最大偏差量；均方根误差是指监测数据与参考数据之间的均方根误差；相关系数是指监测数据与参考数据之间的相关系数，反应数据之间的相关性；峰值是指监测数据中的最大值或最小值；反应速度则是指监测数据反应变化的速度。根据监测数据的不同特点，采用不同的评价标准是非常重要的。在实际应用中，可以结合工程特点和监测数据处理方法，采用多种评价标准进行综合评价。

（三）监测数据的实时预警与预报

在大跨度钢结构全过程施工监测中，监测数据的实时预警和预报非常重要，可以有效地保障工程质量和安全。监测数据的实时预警和预报主要通过模型预测和实时监测相结合的方式实现。模型预测主要是通过对监测数据的历史数据进行统计分析，建立预测模型，从而进行实时预测。常用的预测模型包括神经网络模型、支持向量机模型等。实时监测则是通过在工程实际施工中安装各种监测设备，及时采集数据，对工程进行实时监测，从而进行实时预警和预报。在实际应用中，结合监测数据的处理方法和评价标准，采用实时监测和预测模型相结合的方式，进行实时预报和预警，从而保障工程质量和安全。

三、大跨度钢结构全过程施工监测可行性研究

（一）技术可行性分析

在技术可行性方面，随着监测技术的不断发展，各种先进的监测手段已经可以满足大跨度钢结构全过程施工监测的需求。例如，传感器、GPS、测量仪器等的应用，可以实现对施工过程中各种因素的高精度、高频率监测，而计算机技术的应用可以将监测数据实时传输、处理和分析，实现对施工过程的全面控制。因此，从技术可行性的角度来看，大跨度钢结构全过程施工监测已经是一项成熟、可行的技术。

（二）经济可行性分析

在社会可行性方面，大跨度钢结构全过程施工监测作为一项先进的技术，可以推动建筑行业的科技进步，提高建筑工程质量和安全性，满足社会对安全、可靠建筑的需求。此外，该技术还能够提高建筑施工人员的技能水平和素质，创造更多的就业机会，从而有助于促进社会经济的发展。

结论

本研究通过全过程的施工监测及分析，得出大跨度钢结构施工过程中的变形主要来源于温度和施工荷载等因素，而应力主要来源于温度和施工荷载等因素。在未来的研究中，可以进一步探索其他因素对于大跨度钢结构的影响，并提出更加全面和精细的监测分析方案，为工程实践提供更好的支撑。

参考文献

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