浅析大跨度空间钢结构施工技术

王重群

摘要：近30年的时间，大跨度空间钢结构在美国、欧洲、澳大利亚、日本等发达国家得到了快速的发展，它的跨度、规模变得越来越大，新的材料、技术的应用更为广泛，结构形式变得更加丰富。我国大跨度空间结构基础相对薄弱，随着国家经济的发展和实力水平的提高，近年来的发展相对迅速。2008年的奥运场馆建设为大跨度空间钢结构的发展带来新的契机，涌现了一批结构新颖、技术水准较高的建筑，同时，也给中国的建筑业带来新的挑战。

关键词：大跨度 空间 钢结构 施工技术

中图分类号：TU392文献标识码：A

一、分析大跨度空间钢结构的特点

现阶段，我国大跨度空间钢结构的基础相对较弱，但其发展速度和应用规模达到了新的高度，这反映了我国经济社会的快速发展。大跨度空间钢结构的特点主要包括以下几个方面。

1、节点形式更为复杂

在现阶段，大跨度空间钢结构的一个特点就是节点形式变得更加复杂。节点形式不但有铸钢节点，而且有球铰节点、锻钢节点等各种形式的节点。

2、结构形式多样化和复杂化

大跨度空间钢结构发展初期，结构比较简单，但经济社会的不断发展对大跨度空间钢结构提出了新的要求。大跨度空间钢结构变得更加复杂，新的组合、形式不断出现，使得大跨度空间钢结构的发展更加活跃。鸟巢体育馆采用的结构是扭曲空间析架结构，这种结构较为复杂，从另一个侧面反映了大跨度空间钢结构的发展状态，它的形式和结构趋于复杂。

3、构件加工的难度加大，加工精度的要求提高

国家级或城市的标志性建筑这些重大工程对精度要求一般较高，它不仅要求精度较高的构件，还要求十分严格的焊接技术，这在某种程度上使得大跨度空间结构的施工对质量提出了更加严格的控制。

4、钢材等级变高，钢板厚度加厚，结构跨度变大

现代大型建筑规模和跨度变得越来越大，从几十米跨度到上百米甚至几百米的跨度，发展异常迅猛。此外，钢材的等级也在不断增加，钢板的厚度加厚，据相关数据的统计，某些建筑采用的钢板厚度超过了120mm，而且还有不断增加的趋势。

5、构件数量、截面类型多，设计难度变大

现代房屋的构件数量不断增加，从几百个、上千个到现在的几万个。这些构件的横截面积并不完全相同，在尺寸和长度上有所差异，给房屋的施工带来不便。

6、大量应用现代预应力技术

预应力技术有助于提高构件的刚度，使其更加持久、耐用，这一技术在弦支弯顶结构有所应用。以北京工业大学体育馆为例，它是奥运会的羽毛球馆，采用的就是应用了预应力技术的弦支弯顶结构。

7、加大现场焊接工作量和施工技术难度

采用大跨度空间钢结构构件数量的建筑工程在不断增加，这些工程提高了对精度的要求，这也使得焊接工作的工作量增加，施工难度加大，要采用先进的管理、技术，才能保证施工的质量。

二、大跨度空间钢结构房屋施工中应该注意的技术问题

在大型的空间钢结构建造过程中，施工技术是非常关键的。制定合理的施工方案、科学的分析施工过程，才能保证房屋结构的安全和经济。现阶段，一些大型空间钢结构的施工，突破了传统的施工方法，向高科技领域不断迈进，使传统的施工技术面临着前所未有的挑战。科研、设计和施工单位应该共同合作，创造出更加科学、合理的施工技术。在研究、开发和创造过程中，应注意以下几个方面。

1、使用施工监测分系统

要分析施工过程中影响目标实现的因素，需要使用施工监测分系统进行检测。使用该系统可以监测施工过程中的相应参数，包括误差参数、状态参数和结构设计等，确保工程在合理的范围内。

施工监测不仅能对工程施工进行控制，而且能够确保在施工过程中结构的安全和标准。施工监测主要的工作是通过仪器仪表，测量构件的几何尺寸，材料的容重、弹性的模量，环境温度，以及施工阶段的变形、位移和应力等。施工监测的监测内容主要包括变形监测、应力监测。变形监测多采用测距仪、水准仪、全站仪、光电图像式挠度仪等，以对钢结构的关键节点进行监测。同时，对温度进行监测时，要注意应在构件或结构温度趋于稳定后方可进行，以免使结果产生的误差较大。应力监测采用电阻传感器和钢弦式传感器，电阻传感器使用不便、持久性差，只适用于较短时间的荷载增量应力测试。对于现场情况相对复杂、持续时间较长的监测，钢弦式传感器比较适合。

2、安装施工仿真技术

近些年来，大跨度空间钢结构施工的关键问题主要是仿真技术的应用。仿真技术可以模拟整个施工过程，了解施工过程的要点如构件受力情况，能够对施工中安全问题进行预测。在仿真工作中，需要把施工环节的安全因素考虑在内，以确保施工过程的顺利进行。采用仿真技术主要是仿真五个方面：第一是仿真大型构件的吊装过程；第二是仿真施工各个环节的具体工况；第三是仿真构件的预变形情况；第四是仿真构件的拼装过程；第五是仿真施工完成后相关部件的拆卸。在仿真技术应用过程中，对一些问题和施工过程中不太确定的环节要仔细分析，以便能够保证施工的准确度和安全性。

3、合理选用安装方法

构件的安装有很多方法可供选择，对于这些方法要仔细分析，有些可能适用，也可能只有某一个方法适用，这就需要工作人员做出准确的判断。在施工过程中只有对施工对象进行合理、科学的评估，才能够选取恰当的方法。常见的施工方法有高空散装法、高空滑移法、分条或分块安装法、整体提升法、整体吊装法、整体顶升法等六种，相对复杂的施工可以将两种或多种方法结合起来进行施工，必要的时候进行相应的创新，采用高空曲线滑移技术、网壳结构折叠展开式整体提升技术、滑架法施工技术和其它相关的技术，都可以使整个施工过程更加顺利的进行。

4、关于CAD设计和CAM制造技术的问题

CAD设计和CAM制造技术的采用，在很大程度上有助于大跨度空间钢结构的施工。CAD设计和CAM制造技术通过结合计算机的相关技术，可以进行三维实体建模，对施工过程各个环节进行高度模拟，进而能够对整个施工过程进行更好的控制。此外，CAD设计和CAM制造技术还可以大幅度提高施工工作效率，减少施工误差，对房屋施工的质量进行严格控制，从某种程度上讲，CAD设计和CAM制造技术对大跨度空间钢结构所起的作用是非常显著的。

结语：

随着大跨度空间钢结构的向前发展，它的施工难度会加大，技术要求也会提高。施工技术是一门应用学科，它的发展需要广大科研工作者投入巨大的精力不断地研发和创新，通过实践不断地进行探索，在研究的过程中要及时地总结经验，这种做法能够积累一定的经验，使大跨度空间钢结构的工程在实际施工时有规律可循。房屋施工的关键问题要结合实际情况以采取应对措施，保证房屋施工的顺利进行。笔者对基于大跨度空间钢结构的房屋施工技术进行了一些研究，以期能够给以后的工程项目和施工工作提供相应的参考。

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