大跨度鋼結構關鍵施工技術的應用

張艾武

摘要：大跨度鋼結構是鋼結構體系逐漸發展過程中所形成的一種施工形式，這類型結構施工形式本身能夠充分的滿足某些大型建筑的需求。就目前來說，大跨度鋼結構已經憑借著自身所具有的獨特優勢，成為了我國應用范圍較大的建筑結構類型。而在大跨度鋼結構復雜設計的過程中，相應的設計人員本身應當要著重對于設計狀態、結構狀態、結構施工等多個方面加以重視。本文對對大跨度空間鋼結構施工技術進行研究，側重點是質量保障措施，希望這些措施可以讓鋼結構的施工順利的進行。

關鍵詞：大跨度鋼結構；施工技術；應用探討

中圖分類號：TU74文獻標識碼： A

1、大跨度鋼結構應用

大跨度鋼結構的跨度還沒有完全統一的衡量標準，像《網架結構設計與施工規程》和《鋼結構設計規范》中將60 米以上跨度的鋼結構定義為大跨度鋼結構，其構造和計算均有特殊的規定。目前我國最大的跨度能做到340米。膜材和鋼索做成的索膜結構最大已經能夠做到320 米。大跨度鋼結構主要用于公共建筑，如影劇院、大會堂、音樂廳、展覽館、體育館、航空港等。大跨度鋼結構也可以用于工業建筑，如飛機制造廠的總裝配車間，其大跨度鋼結構主要是在自重荷載狀態下工作，主要的矛盾是減輕結構自身的重量，故最適宜采用大跨度鋼結構。

2、大跨度鋼結構施工中主要存在的技術問題

現代大跨度鋼結構在施工的過程中表現出了很多施工技術問題，而且有一定程度的的難度。其中主要包括：施工過程的跟蹤模擬方法及計算、滑輪力學問題及計算、結構及構件的穩定性計算、拆撐過程中的安全分析及問題、臨時支承柱對結構安全的分析及影響、柔性結構的成型計算及問題、大跨度結構的整體提升計算及設計和預應力張拉全過程跟蹤模擬方法及計算。以上的各個方面都是大跨度鋼結構施工過程中的重點和難點，在施工的過程中施工人員還要尤其的注意連接質量問題、支承柱拆卸問題以及施工過程中的安全問題，要想使工程完美的完成，必須每個點、每個單元都要確保合格。

3、大跨度空間鋼結構的施工方法

確定大跨度空間鋼結構的施工方案時應充分考慮結構在各施工階段的力學特性及其構造特點；在確保施工質量、結構安全的前提下，綜合考慮施工進度和經濟效益并根據現有施工技術條件和設備資源配備情況選取合適的施工措施?，F階段大跨度空間鋼結構的常用施工方法主要有高空散裝法、分條分塊吊裝法、整體吊裝法及整體頂升法、滑移法。近年來，國內外工程技術人員通過大量的技術創新和工程實踐，提出了一些新型施工方法，例如“折疊展開式”整體提升法、Pantadome 法和高空曲線滑移法等。

3.1高空散裝法

高空散裝法主要是將單一桿件連同節點直接安裝到設計位置，廣泛應用于螺栓球節點網架和網殼結構中，按照支撐形式可分為局部點撐懸挑法、分片滑動支撐法和滿堂紅支架支撐法。目前高空散裝法施工過程中需注意以下幾個關鍵技術問題：

（1） 合理安排拼裝順序，減少累計誤差以控制拼裝精度；

（2） 在拼裝過程中應進行誤差調整，確保拼裝后的結構質量；

（3） 嚴格驗算支撐的強度、剛度、穩定性和最大沉降量，應特別注意對分片滑動的支撐系統平面外剛度的計算；

（4） 桿件擰緊扭矩應達到設計要求，且在后期的涂裝過程中要控制節點的漆膜厚度以防結構成形后水蒸氣進入而銹蝕節點。

3.2分條分塊吊裝法

分條分塊吊裝法是當今大跨度空間鋼結構安裝的常用方法。分條分塊的劃分應首先根據現場條件確定吊機形式、位置與走行路徑，然后基于吊機的吊裝能力對整體結構進行吊裝單元的劃分，再根據劃分后的吊裝單元確定支撐位置。由于大部分的焊接和拼裝工作均在地面進行，減少了臨時支撐的數量，降低了施工面的布置難度，拼接質量可以得到有效保證。

3.3整體吊裝法

整體吊裝法是現代吊裝技術發展的產物，可以最大限度地減少空中拼裝和焊接工作，提高了結構安裝效率和安裝質量。整體吊裝施工可以采用一臺或多臺吊機同時進行，在場地平整、吊機走行路線順暢的條件下還可以采用空中移位技術，大大降低了對下部結構施工的影響，具有較高的綜合效益。整體吊裝施工中提升設備的布置應遵循以下兩個基本原則：一是網架在吊裝時的受力應盡可能接近結構成型后的受力；二是每臺吊裝設備所承受的荷載應該近似相等，并嚴格控制升降差以實現協同工作。

3.4整體提升法

與整體吊裝法相類似，整體提升法也是將鋼結構在地面拼裝，但整體提升法需要將地面拼裝構件置于安裝位置的垂直投影位置，且可以用小型設備安裝大型網架。整體提升法特別適用于周邊支撐和點支撐網架。按照提升單元的不同又可以分為單獨提升法、升梁提網法、升網提模法和滑模提升法等。

3.5整體頂升法

整體頂升法主要是利用結構柱作為上升滑道，將千斤頂安裝在結構各支點的下面，逐步地把結構頂升到設計位置[1]，特別適用于采用雙肢或四肢格構柱的結構。整體頂升法與整體提升法相類似，區別在于提升設備位置的不同，前者的動力設備位于結構支點的下面，后者則位于結構上面，兩者的作用原理相反。采用整體頂升法施工時需要注意以下幾點：一是整體頂升法需要有固定的導向裝置，導向裝置的設置要保證相互平行；二是應特別關注頂升過程中的同步控制。

3.6“折疊展開式”整體提升（頂升）法

從結構設計方面看，超靜定幾何不變體系的力學性能最為穩定，是工程設計人員的首選；而從結構施工的角度看，幾何可變體系具有一定的可運動機構，便于施工。折疊展開施工技術就是綜合考慮以上兩方面因素形成的一種新型施工方法，主要通過拆除部分桿件，使原本超靜定的結構在施工過程中變成幾何可變體系，在地面上形成了一個可折疊體系，通過大量的地面拼裝，利用臨時鉸接點，然后將臨時折疊的網殼提升到設計位置，之后補缺未安裝的構件使結構變成超靜定結構?！罢郫B展開式”施工過程控制分析涉及到機構運動學、機構運動與彈性變形偶合的強非線性計算、瞬態動力響應、同步的控制與分析等多個方面。

4、大跨度空間鋼結構施工的研究現狀及存在問題

4.1.研究現狀

近年來，我國大跨度空間鋼結構發展勢頭迅猛，從大跨度到超大跨度、單一結構體系到混合結構體系、從靜態結構到開合結構及拓撲優化和新材料的應用使得施工工藝不斷創新；且空間鋼結構施工控制的復雜性和精細化程度的不斷提高對施工過程分析和施工技術的革新提出了更高的要求，如何結合建筑結構形式、施工現場條件限制、建筑設備的選擇、工期造價等因素，探索合理的施工工藝和分析方法已經成為現階段鋼結構領域的研究熱點。

從結構的整個壽命周期來看，風險概率最高的時段往往是在結構施工階段，大量的工程事故調查表明，70%以上的建筑工程事故均發生在結構施工階段。由于大跨度空間鋼結構具有龐大復雜的結構體系，其施工過程分析較為困難，工藝繁瑣，使得建造時期結構失效的風險概率較高，越是復雜的結構，其建造過程中出現事故的可能性就越大，需要更加深入系統的進行施工工藝探討和施工力學行為的研究。相對于大跨度空間鋼結構設計理論研究，其施工分析和模擬的理論發展較為緩慢，主要是由于大跨度空間鋼結構本身體型龐大、體系復雜，導致施工過程中大跨度空間鋼結構內力傳遞極其復雜，且引起結構變形的因素眾多。

4.2.展望

目前，大跨度空間鋼結構施工力學理論的研究尚未成熟；大多數理論并未完全結合實際，很難對施工過程提出切實可行的理論依據，主要集中在以下幾個方面：

（1） 我國的設計施工一體化程度較低，雖然大跨度空間鋼結構的多數設計理論已趨于成熟，眾多設計軟件的出現又極大地提高了設計效率，但此類設計軟件遠未達到設計施工一體化的高度，缺乏對施工階段必要的分析和技術幫助；

（2） 目前施工力學分析理論尚未成熟，針對不同施工工藝的眾多施工分析方法比較零散，對于大型空間結構的施工全過程缺乏系統實用的分析理論；

（3） 施工技術水平落后導致眾多施工工藝和施工過程質量控制點的選擇往往以經驗為主，多限于工藝和構造上的定性保證，缺乏科學的施工過程簡化模型、計算理論及定量的分析研究。

結語

在大跨度復雜鋼結構建筑施工當中，不僅僅要熟練掌握技術，還要將其各個環節構件的內力作用動態和工作原理掌握，了解到設計人員的設計要求，在不留下任何安全隱患的情況下完成工程要求。本文只是對大跨度復雜鋼結構的施工技術方面進行研究分析，下一階段筆者將會在在各個構件結構力學方面、施工要素安全分析方面進行分析，供大家參考賞鑒。

參考文獻：

[1]郭彥林，崔曉強.大跨度復雜鋼結構施工過程中的若干技術問題及探討（J）.工業建筑.2004.12（34）：1-5

[2]郭彥林，劉學武.大型復雜鋼結構施工力學問題及分析方法（J）.工業建筑.2007.9（37）：1-8