摘要：建筑钢结构施工的安全和质量管理，离不开充分的施工准备和有效的施工控制。为进一步提高建筑钢结构施工的安全和质量，文章将以某办公楼钢结构工程为例，在了解该工程基本概况的基础上，深入研讨该工程钢结构施工的安全对策及质量控制方法。
关键词：建筑施工，钢结构，安全对策，质量控制
1.某办公大楼钢结构施工背景概况
某办公大楼屋面上部设置平面尺寸的管桁架钢结构屋盖，其中主桁架分别与30层的钢筋混凝土结构与高的桁架柱连接在一起，而柱底与16层角筒连接在一起，其结构布置情况如下图1-1所示：
在以上钢结构施工需要进行百米高空作业，期间需要进行构件的吊装、安装和焊接，以及搭设脚手架等。在吊装时，由于重2t的塔吊与桁架柱的距离较远，无法采用多节分段吊装的方式，同时给对接焊缝焊接作业带来极大的难度，在一定程度上可能影响钢结构施工的安装和质量。
2.案例办公大楼钢结构施工安全与质量控制技术
2.1施工管理准备工作
综合案例工程钢结构的特点，在施工前需明确具体的施工方法，以便为后期施工时的安全与质量控制，奠定有利的技术基础。笔者认为本工程的提升作业，可借助液压千斤顶同步提升，在地面拼装构件后，利用柔性钢绞线承重提升到预定安装位置。这种提升方式可避免提升高度与幅度的限制性影响，所使用的柔性索具，适用于类似案例工程大跨度的空间结构，而且不需要搭设脚手架，大大减少了高空作业量，同时在很大程度上可确保施工的安全和质量。为了保证提升的安全稳定，可在各层主体结构周围布设滑轨，供以桁架滑行提升，而采用穿心结构的提升千斤顶，将上下锚，以及底座与缸筒连接成一体，可实现钢绞线的逐步拔升，屋盖也可以被带动上升。在提升期间，提升点与提升力的计算，需基于静力学视角分析，其中提升点的平面布置情况如下图2-1所示：
以上提升点的平面布置，需计算每个吊点的提升力，综合考虑动力的放大系数，确保不至于影响桁架的强度与稳定性，以及将位移值控制在允许范围内。笔者认为钢结构受力状态的变化，可从提升点的位移差分析，譬如本工程15个提升点中，将任何一个节间接在柱子上，结构的受力情况就可能出现变化，而由于桁架的跨度比较大，可采用动力有限元时程分析方法，以及进行缜密的数据统计，明确杆件内力的动力放大系数，从而将提升点与标准点的位移差控制在合理范围内。
2.2施工管理控制系统
钢结构施工工序多，一般需要经过若干个施工阶段，期间将不可避免地遇到各种不确定性因素，譬如材料性能、施工方法、温度荷载、量测系数等，以致钢结构的实际施工效果与预期效果之间存在较大的差异，同时在一定程度上可能影响钢结构施工的安全和质量，譬如结构内力状态不稳定，影响结构施工安全。为此，我们需要在施工的同时，借助施工管理控制系统，深入剖析这些不确定性影响因素。
钢结构施工控制系统由四个子系统构建，每个子系统体现出具体的控制任务，其结构构成如下图2-2所示：
（1）施工模拟分系统。施工模拟分系统自成简化模型，其目标状态为理想应力、理想位移和下料长度，将视为施工控制的主要参数。案例钢结构工程施工的理论计算，需要明确具体的施工方法和程序，制定具有可行性的施工方案，其中涵盖钢材容重、弹性模量、环境温度等现场参数，并在施工过程中，按照实际施工顺序，详细分析结构体系内的荷载情况，尤其是结构的零状态几何，进而计算出节点位移、截面应力、内力变化、位移变化等施工控制参数，形成施工控制的基准，而钢结构按照该基准施工，即可保证施工过程的安全与质量。
（2）施工监测分系统。针对影响施工控制目标的不确定性因素，要求我们在施工期间监测状态参数，以便获取能够真正反映施工情况的数据，然后比对分析状态参数与设计参数，明确参数控制的目标。本工程需要监测的重点参数，包括位移监测、应力监测和温度监测，其中位移监测需要借助经纬仪、光电图像式挠度仪、水准仪、全站仪和测距仪，全方位检查每个关键节点的位移情况，但其间必须同步测试监测范围内温度，只有在温度趋之稳定后，方可保证监测结果的稳定和准确；应力监测需要借助电阻传感器和钢弦式传感器，前者用于检测短暂荷载增加状态下的应力，并需要克服耐久性的问题，对于复杂的监测环境，需要利用后者辅助测试，尤其是远距离的监测；温度量测可选择的方法很多，较为常见的有辐射测温法、热电偶测温法、电阻温度计测温法，以上温度量测仪器的选用，需考虑量测现场的客观条件，予以灵活选用。
（3）施工现场控制分系统。由于钢结构施工，实际状态与理想状态经常存在差异，即两种状态之间存在误差，而钢结构施工处于动态变化的过程，需借助现代控制理论，深入分析实际状态与理想状态之间的误差。首先是误差的分析，重点分析结构几何、截面特征、结构荷载、材料特性等方面的参数，以推荐值和经验值的表达方式，量测结构的实际施工行为，找出具体的状态偏差，并对产生偏差的设计参数予以修正，以上的误差分析，亦可概括为三个步骤，一是引起钢结构状态偏差设计参数的确定，二是分析敏感性设计参数，三是估计和修正设计参数。其次是状态的识别与预测，将钢结构动态施工流程视为随机系统，将各种流程状态视为随机变量，除了在设计阶段考虑到的各种变量因素，其他无法考虑到的影响因素，可根据钢结构施工时的实际反应，估计施工的真实状态，并对下一个施工步骤进行确定，从而行之有效地实现施工的实时动态控制。最后是工程的最优控制，根据状态识别与预测的结果，针对实际状态偏差的实际情况，如果偏差超出允许范围，则应定义某个特定的性能指标，并围绕指标深入优化，尽可能趋近理想目标地控制钢结构施工安全与质量，本工程钢结构施工偏差的最优控制，涉及到变分学的问题，可按照设计变量，将系统状态从转移到，适时将性能指标取最小值。
（4）施工控制管理分系统。钢结构施工控制管理的主体，包括建设单位、设计单位、施工单位、社会及政府相关部门，在施工过程中，各方主体起到指导、直接管理、间接管理、干涉、监督等作用。本工程在施工期间，业主以施工控制委托者和协调者的身份，提出了施工控制管理内容和目标的意见或者建议，在发现施工控制管理方案有失偏颇时，就会发表意见并予以最终确认；施工单位则是整个工程施工的直接管理者，其控制管理手段的科学与否，关系到施工控制管理目标的实现；社会监理则是针对施工控制的成效，尤其针对是否发生工程事故等敏感性问题，进行了舆论监督；政府在相关政策和法律规定范围内，就控制管理的内容和目标，发表监督意见。以上的施工控制管理分系统，强调多方协作和共同努力，其前提是建立完善的控制管理，并要求系统内分工明确和责任到位，一旦发现违反安全与质量管理的行为，则令行禁止，确保控制管理工作高效地开展。
2.3施工管理控制方法
借助施工控制管理系统，在实际施工期间，还必须因地制宜地选择合适的施工控制管理方法，基于本工程的实际情况，笔者认为以下几种施工控制管理方法较为适用。
（1）开环控制方法。根据预拱度值估算的结果，保持设计理想状态与施工实际状态的平衡，使得钢结构的几何线形控制在合理范围内。这种施工安全与质量控制方法，不需要考虑结构状态的方程误差，也不需要对方程误差进行量测，因此又被视为确定性的控制方法，可作为钢结构施工安全与质量控制的最基本方法。
（2）闭环控制方法。这种控制方法，需要对结构状态误差进行精准测量，分析引起误差的施工因素，从而准确掌握钢结构的几何线形和内力状态，以便针对性地采取纠偏措施。闭环控制方法的利用，结合"性能最优"的基本原则，通过反馈计算，形成随机性系统中的结构基本状态。
（3）自适应控制方法。自适应性控制方法借助结构模型参数，进行误差的修正和参数的估计，通过计算分析，确定工可的最佳状态值，同时灵活性利用开环控制和闭环控制方法，使得结构模型与实际钢结构保持一致。
3.结束语
综上所述，本文以办公大楼钢结构施工为例，基于该工程基本概况，笔者认为在对该工程施工安全与质量控制时，应该做好充分的施工准备工作，并借助施工控制系统和选用合适的控制方法，方可保证施工安全与质量符合相应标准。文章通过研究，基本明确了建筑钢结构施工安全与质量控制的方法，但鉴于不同钢结构工程施工条件与要求的差异性，因此以上方法在其他工程中参考借鉴时，需结合实际工程的主客观情况，予以灵活应用。
参考文献
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