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大跨度钢结构的精益建造应用研究

时间:2018-04-27 21:50来源:www.e-lunwen.com 作者:lgg 点击:
本文是一篇土木工程论文,土木工程是指除房屋建筑以外,为新建、改建或扩建各类工程的建筑物、构筑物和相关配套设施等所进行的勘察、规划、设计、施工、安装和维护等各项技术
本文是一篇土木工程论文,土木工程是指除房屋建筑以外,为新建、改建或扩建各类工程的建筑物、构筑物和相关配套设施等所进行的勘察、规划、设计、施工、安装和维护等各项技术工作及其完成的工程实体。(以上内容来自百度百科)今天为大家推荐一篇土木工程论文,供大家参考。
 
第 1 章 绪论
 
1.1 研究背景
在建筑业发展的今天,粗放式的建造模式已经被逐渐淘汰出了市场,而在未来的发展过程中,越来越趋向于精细化的建造模式。现在 BIM 技术在建筑行业已经得到了企业和政府的广泛认可,这使得建筑业正在逐渐摆脱实际造价与预算的差异化,建筑业的建造优势突显。随着我国建筑业的不断升级和转型,建造过程不断地规范化,精益建造势必成为未来发展趋势。对于大跨度钢结构而言,其加工和安装过程都具有复杂性,对精度的要求较高;而且作业环境、施工工序的变化都有可能使钢结构的后期质量和使用功能下降。由于构件尺寸较大,在生产和加工的过程中容易造成材料浪费和效率低下等问题。从 1996 年,我国钢材产量跃居世界第一到现如今钢材产量过剩,这二十年来我国的钢材生产水平取得了长足的进步和发展,特别是 2016 年我国钢材产量为11.38 亿吨,同比增长 2.3%(如图 1-1 所示)。钢结构建筑也越来越多,涉及到体育场馆、会展中心、航站楼、机库等多种场所。我国大跨度钢结构的建造技术也正在不断发展和进步。像国家体育馆,深圳“春茧”体育馆、国家游泳中心等大型体育设施,广州新白云国际机场、北京 T3 航站楼等均是大跨度钢结构在交通枢纽应用的典范。我国大跨度钢结构的建设历史没有发达国家长,但发达国家已经形成了钢结构建设的一系列标准体系。比如欧美现今所形成的模块化建筑体系,将钢结构形成整体单元模块,通过装配式现场组装。美国现如今 20%的钢结构建筑采用了集成模块建造,大大缩短了建造的时间。而我国从钢结构加工到安装都没有形成一定的标准体系,随着钢结构跨度的增加、复杂性不断提高,我国需要不断对钢结构的生产工艺和管理方法进行改进。由于钢结构的建造中会涉及到机械设备、场地、造价等多方面因素的综合考虑,提高我国大跨度钢结构设计施工一体化水平是精益建造实施的价值所在。
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1.2 研究目的及意义
 
1.2.1 研究目的
大跨度钢结构的建造过程和不同于一般的钢结构厂房,它的结构形式更加复杂,加工制作的周期也比较长,构件的数量和连接件的种类较多,给定位和拼装增加了难度,每一个加工好的构件需要合理分段,否则会给运输带来不便,造成运费的增加;加工完成的构件精度不够会造成拼装的困难,误差超过范围会导致构件直接报废,无形之中又增加了制作、运输、安装的二次费用,针对安装还需要结合场地对机械进行合理选择,处理不当会对施工人员的安全造成影响,施工阶段是事故的频发期,也是工程建造质量控制的关键时期,更考验着施工单位的管理水平。用精益建造理论解决目前大跨度钢结构建造过程中存在的问题,探索并采用现代先进管理思想和技术手段,使得大跨度钢结构在建造过程中可以更加合理的降低成本,合理的缩短工期,提高建造过程的质量,延长大跨度钢结构的使用寿命。在建造过程中引入 BIM 技术,运用先进的技术手段指导建造过程,不断预判并解决整个建造过程中可能产生的问题,使得建造过程更加科学、合理。大跨度钢结构是一种特殊的建筑形式,历经工厂加工和现场施工两个阶段,同时它不同于混凝土结构需要经过现场绑扎钢筋和混凝土浇筑,施工过程变得简单,故建造效率较高,但建造过程中对施工中的工序要求较高,涉及到加工制作质量、现场拼接、和安装精度等环节,最终的建造质量受到多方因素的影响,精益建造是近年来新的建造模式,通过将精益建造和大跨度钢结构结合精益建造的手段和方法,来提高建造的效率和质量,并将其运用到吉林工人体育馆钢结构部分中,指导实际工程,为以后类似工程的建造提供实际的参考价值。
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第 2 章 精益建造概述
 
2.1 精益建造的起源及发展应用状况
精益生产方式(Lean Production,LP)最早来源于汽车行业,美国麻省理工学院将它依托于实际的研究项目。1895 年该学院确定了这个项目之后,在丹尼尔 鲁斯教授的带领下,历经 5 年的时间,做了大量的调查和分析,在他的著作中研究了多种先进的生产方式最终将丰田的生产方式命名为“精益”。精益生产的目标是通过避免材料浪费和提高生产效率从而实现利润的最大化。所谓浪费指的是超出产品价值所必要的物料、人力资源、场地和时间等各种资源[14]。大野耐一[15]在其著作中把浪费分为七种类型:生产过量的浪费、移动的浪费、多余存货的浪费、制作生产的浪费、过程的浪费、非人为因素的浪费及成品不合格的浪费。丰田人[16]又把浪费进行分类,并且浪费会层层加大,即过剩的生产能力势必会导致过剩产品的浪费;而生产过量的浪费又会导致库房的浪费;而库房又会增加固定资产的折旧费和间接劳务费,浪费会形成一系列连锁反应。Tommelein[17]从精益生产的优点进行阐述:①对生产过程中存在的质量缺陷直接修正,比事后检查成本更低,效率更高;②拉动系统(Pull System)是以客户需求为导向的,使得生产的目标更加清晰,从而实现零库存的目标;③通过优流程来降低重复的时间;④生产程序和各操作步骤紧密结合来降低人员等待的时间;⑤定期的信息公开使得员工明白自己工作的完成质量和周围的工作环境。
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2.2 精益建造
Koskela[33]最早提出把制造业的理论和方法用到建筑业来,以消除传统建设过程中的浪费现象,并在 1993 年芬兰召开的第一届国际精益建造小组(InternationalGroup for Lean Construction,IGLC)会议上,首次提出精益建造(Lean Construction)的概念:即强调最大化的利用建筑材料、劳动和人力、避免浪费和任何无增值活动,同时交付价值给客户;美国建筑业协会(Construction Industry Institude,CII)把精益建造定义为:在建筑实体中达到超过顾客的预期,将建造的消耗控制在合理范围,以提高价值为目标,对建筑产品不断完善的过程[34]。精益建造协会(LeanConstruction Institute,LCI)认为精益建造是精益生产系统目标的延伸—价值最大化和浪费最小化,在交付项目过程中采用的具体应用技术[35]。英国拉夫堡大学的精益建造团队把精益建造定义为:为客户提供更高的价值,并不断提升企业的竞争力和盈利能力。美国加利福尼亚大学伯克利分校对精益建造的解释是:更好满足顾客的需求及动态改进的建设过程;还指出精益建造原则应建立稳定的工作流、减少浪费、增加建设过程的透明度、拉动式工作、减少过程周期和生产过程的同步化。中国精益建造技术中心指出,目前国内精益建造协会给出的精益建造定义为:以建设项目的特点出发,将工程技术和管理理论和方法应用于建设项目的全过程,将建造、建筑生产、生产管理与建设项目的全寿命周期结合,不断降低过量损耗,最大化的创造产品的价值,实现交付产品的过程[36]。到现在为止,精益建造没有标准的定义,本文将精益建造的内涵解读为:在工程施工项目中实施精益建造,并不是简单的将精益生产的管理模式直接用于建造中去,而是要运用精益生产的思想,结合具体工程项目的特点,对建造施工过程进行分解改造,形成最佳的施工建造管理方法。
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第 3 章 大跨度钢结构建造存在问题及根源分析........ 22
3.1 大跨度钢结构建造阶段存在的问题 ........ 22
3.1.1 深化设计阶段 .... 22
3.1.2 加工制作阶段 .... 23
3.1.3 安装阶段 ............ 24
3.2 影响大跨度钢结构精益建造的根源 ........ 25
3.3 本章小结 ........ 27
第 4 章 精益建造在大跨度钢结构建造中的应用........ 28
4.1 精益建造在深化设计阶段中的应用 ........ 28
4.2 精益建造在加工制作阶段中的应用 ........ 30
4.3 精益建造在安装阶段中的应用 ..... 34
4.4 本章小结 ........ 36
第 5 章 大跨度钢结构精益建造实例......37
5.1 项目概况及工程难点 .......... 37
5.2 施工划分与重点控制部位 ............. 38
5.3 借助 BIM 技术实现精益建造在大跨度钢结构深化设计阶段中的应用...... 39
5.4 精益建造在大跨度钢结构构件制作阶段的应用 .......... 43
5.5 精益建造在大跨度钢结构安装阶段中的应用 .............. 48
5.6 本章小结 ........ 53
 
第 5 章 大跨度钢结构精益建造实例
 
5.1 项目概况及工程难点
5.1.1 项目概况
长春市工人体育馆(如图 5-1 所示)项目位于长春市南关区南湖中街与南四环交汇处,屋面结构为钢结构工程,形式为圆管型钢桁架,采用混凝土柱内预埋件基础,地上建筑面积为 33812 ㎡,分为四个功能场馆,分别为篮球馆、网球馆、羽毛球馆、游泳馆;平面尺寸分别为 40.5*55.8m、40.5*39.9 m、40.5*72.6 m、35.4*85.05 m; 主体 2 层,局部夹层 4 层,地下一层,场馆计划投资 3.77 亿元,是《2014 年建设幸福长春行动计划》重点民生项目。钢结构主要由圆管管桁架、次梁、钢拉杆组成;屋面维护结构由 H 型屋面檩条、闭口压型钢板混凝土屋面组成;钢管壁厚 6~22mm,材质 Q345C。其中篮球馆单榀桁架最大跨度为 40.5m,加悬挑总长度 47.3m;网球馆单榀桁架最大跨度为40.5m,无悬挑总长度 40.5m;羽毛球馆单榀桁架最大跨度为 40.5m,加悬挑总长度 46.3m;游泳馆单榀桁架最大跨度为 35.4m,无悬挑总长度 35.4m。由于屋面结构跨度和截面尺寸较大,加工厂场地受限,无法实现整体拼装,仅能实现分段加工,需要进行现场拼装,现场作业面大,而工地场地狭小。同时,由于游泳馆层高较高泳池面积大,吊机不得不设置在场馆外侧,吊装条件受限,需要大型设备进行辅助。
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结论
 
大跨度钢结构可以适应不同建筑的性能要求,是我国未来发展的一个方向。无论是从管理还是从施工的角度来说,大跨度钢结构势必要朝着精益建造的方向去发展,这样才能不断提高企业的利润和竞争能力。为此本文基于精益建造的理论和研究现状,针对大跨度钢结构的特点,从深化设计阶段、加工制作阶段和安装阶段三个方面,论述精益建造在实际生产和施工中的作用,通过精益建造的相关理论和 BIM 技术来解决大跨度钢结构中的问题。并通过工程实例来说明建造过程。为此本文的研究成果和工作如下:
(1)通过对大跨度钢结构的发展历程、研究现状的了解,对精益建造相关理论的总结和归纳,提炼出了精益建造的相关理论。并对精益建造理论进行相关文献的归纳,阐述了精益建造对我国建筑业的发展以及未来具有巨大的推动力。
(2)从大跨度钢结构建造的角度对深化设计、加工和安装三个方面对钢结构建造过程中的问题进行归纳和梳理,并对问题产生的原因进行分析,找出适合大跨度钢结构的建造和管理方法,提高整个大跨度钢结构的建造水平和建造效率。
(3)通过对大跨度钢结构问题的梳理,提出利用 BIM 技术辅助对大跨度钢结构的质量、成本、进度方面进行控制,并与精益建造的相关管理手段相结合,解决在实际建造过程中由于各部门间交叉施工而产生的施工盲点而导致问题的产生。并结合实际的工程案例对整个方法进行阐述和应用,对指导现场施工具有重要意义。
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参考文献(略)
(责任编辑:gufeng)
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