大跨度钢结构关键施工技术的应用

张艾武

摘要：大跨度钢结构是钢结构体系逐渐发展过程中所形成的一种施工形式，这类型结构施工形式本身能够充分的满足某些大型建筑的需求。就目前来说，大跨度钢结构已经凭借着自身所具有的独特优势，成为了我国应用范围较大的建筑结构类型。而在大跨度钢结构复杂设计的过程中，相应的设计人员本身应当要着重对于设计状态、结构状态、结构施工等多个方面加以重视。本文对对大跨度空间钢结构施工技术进行研究，侧重点是质量保障措施，希望这些措施可以让钢结构的施工顺利的进行。

关键词：大跨度钢结构；施工技术；应用探讨

中图分类号：TU74文献标识码： A

1、大跨度钢结构应用

大跨度钢结构的跨度还没有完全统一的衡量标准，像《网架结构设计与施工规程》和《钢结构设计规范》中将60 米以上跨度的钢结构定义为大跨度钢结构，其构造和计算均有特殊的规定。目前我国最大的跨度能做到340米。膜材和钢索做成的索膜结构最大已经能够做到320 米。大跨度钢结构主要用于公共建筑，如影剧院、大会堂、音乐厅、展览馆、体育馆、航空港等。大跨度钢结构也可以用于工业建筑，如飞机制造厂的总装配车间，其大跨度钢结构主要是在自重荷载状态下工作，主要的矛盾是减轻结构自身的重量，故最适宜采用大跨度钢结构。

2、大跨度钢结构施工中主要存在的技术问题

现代大跨度钢结构在施工的过程中表现出了很多施工技术问题，而且有一定程度的的难度。其中主要包括：施工过程的跟踪模拟方法及计算、滑轮力学问题及计算、结构及构件的稳定性计算、拆撑过程中的安全分析及问题、临时支承柱对结构安全的分析及影响、柔性结构的成型计算及问题、大跨度结构的整体提升计算及设计和预应力张拉全过程跟踪模拟方法及计算。以上的各个方面都是大跨度钢结构施工过程中的重点和难点，在施工的过程中施工人员还要尤其的注意连接质量问题、支承柱拆卸问题以及施工过程中的安全问题，要想使工程完美的完成，必须每个点、每个单元都要确保合格。

3、大跨度空间钢结构的施工方法

确定大跨度空间钢结构的施工方案时应充分考虑结构在各施工阶段的力学特性及其构造特点；在确保施工质量、结构安全的前提下，综合考虑施工进度和经济效益并根据现有施工技术条件和设备资源配备情况选取合适的施工措施。现阶段大跨度空间钢结构的常用施工方法主要有高空散装法、分条分块吊装法、整体吊装法及整体顶升法、滑移法。近年来，国内外工程技术人员通过大量的技术创新和工程实践，提出了一些新型施工方法，例如“折叠展开式”整体提升法、Pantadome 法和高空曲线滑移法等。

3.1高空散装法

高空散装法主要是将单一杆件连同节点直接安装到设计位置，广泛应用于螺栓球节点网架和网壳结构中，按照支撑形式可分为局部点撑悬挑法、分片滑动支撑法和满堂红支架支撑法。目前高空散装法施工过程中需注意以下几个关键技术问题：

（1） 合理安排拼装顺序，减少累计误差以控制拼装精度；

（2） 在拼装过程中应进行误差调整，确保拼装后的结构质量；

（3） 严格验算支撑的强度、刚度、稳定性和最大沉降量，应特别注意对分片滑动的支撑系统平面外刚度的计算；

（4） 杆件拧紧扭矩应达到设计要求，且在后期的涂装过程中要控制节点的漆膜厚度以防结构成形后水蒸气进入而锈蚀节点。

3.2分条分块吊装法

分条分块吊装法是当今大跨度空间钢结构安装的常用方法。分条分块的划分应首先根据现场条件确定吊机形式、位置与走行路径，然后基于吊机的吊装能力对整体结构进行吊装单元的划分，再根据划分后的吊装单元确定支撑位置。由于大部分的焊接和拼装工作均在地面进行，减少了临时支撑的数量，降低了施工面的布置难度，拼接质量可以得到有效保证。

3.3整体吊装法

整体吊装法是现代吊装技术发展的产物，可以最大限度地减少空中拼装和焊接工作，提高了结构安装效率和安装质量。整体吊装施工可以采用一台或多台吊机同时进行，在场地平整、吊机走行路线顺畅的条件下还可以采用空中移位技术，大大降低了对下部结构施工的影响，具有较高的综合效益。整体吊装施工中提升设备的布置应遵循以下两个基本原则：一是网架在吊装时的受力应尽可能接近结构成型后的受力；二是每台吊装设备所承受的荷载应该近似相等，并严格控制升降差以实现协同工作。

3.4整体提升法

与整体吊装法相类似，整体提升法也是将钢结构在地面拼装，但整体提升法需要将地面拼装构件置于安装位置的垂直投影位置，且可以用小型设备安装大型网架。整体提升法特别适用于周边支撑和点支撑网架。按照提升单元的不同又可以分为单独提升法、升梁提网法、升网提模法和滑模提升法等。

3.5整体顶升法

整体顶升法主要是利用结构柱作为上升滑道，将千斤顶安装在结构各支点的下面，逐步地把结构顶升到设计位置[1]，特别适用于采用双肢或四肢格构柱的结构。整体顶升法与整体提升法相类似，区别在于提升设备位置的不同，前者的动力设备位于结构支点的下面，后者则位于结构上面，两者的作用原理相反。采用整体顶升法施工时需要注意以下几点：一是整体顶升法需要有固定的导向装置，导向装置的设置要保证相互平行；二是应特别关注顶升过程中的同步控制。

3.6“折叠展开式”整体提升（顶升）法

从结构设计方面看，超静定几何不变体系的力学性能最为稳定，是工程设计人员的首选；而从结构施工的角度看，几何可变体系具有一定的可运动机构，便于施工。折叠展开施工技术就是综合考虑以上两方面因素形成的一种新型施工方法，主要通过拆除部分杆件，使原本超静定的结构在施工过程中变成几何可变体系，在地面上形成了一个可折叠体系，通过大量的地面拼装，利用临时铰接点，然后将临时折叠的网壳提升到设计位置，之后补缺未安装的构件使结构变成超静定结构。“折叠展开式”施工过程控制分析涉及到机构运动学、机构运动与弹性变形偶合的强非线性计算、瞬态动力响应、同步的控制与分析等多个方面。

4、大跨度空间钢结构施工的研究现状及存在问题

4.1.研究现状

近年来，我国大跨度空间钢结构发展势头迅猛，从大跨度到超大跨度、单一结构体系到混合结构体系、从静态结构到开合结构及拓扑优化和新材料的应用使得施工工艺不断创新；且空间钢结构施工控制的复杂性和精细化程度的不断提高对施工过程分析和施工技术的革新提出了更高的要求，如何结合建筑结构形式、施工现场条件限制、建筑设备的选择、工期造价等因素，探索合理的施工工艺和分析方法已经成为现阶段钢结构领域的研究热点。

从结构的整个寿命周期来看，风险概率最高的时段往往是在结构施工阶段，大量的工程事故调查表明，70%以上的建筑工程事故均发生在结构施工阶段。由于大跨度空间钢结构具有庞大复杂的结构体系，其施工过程分析较为困难，工艺繁琐，使得建造时期结构失效的风险概率较高，越是复杂的结构，其建造过程中出现事故的可能性就越大，需要更加深入系统的进行施工工艺探讨和施工力学行为的研究。相对于大跨度空间钢结构设计理论研究，其施工分析和模拟的理论发展较为缓慢，主要是由于大跨度空间钢结构本身体型庞大、体系复杂，导致施工过程中大跨度空间钢结构内力传递极其复杂，且引起结构变形的因素众多。

4.2.展望

目前，大跨度空间钢结构施工力学理论的研究尚未成熟；大多数理论并未完全结合实际，很难对施工过程提出切实可行的理论依据，主要集中在以下几个方面：

（1） 我国的设计施工一体化程度较低，虽然大跨度空间钢结构的多数设计理论已趋于成熟，众多设计软件的出现又极大地提高了设计效率，但此类设计软件远未达到设计施工一体化的高度，缺乏对施工阶段必要的分析和技术帮助；

（2） 目前施工力学分析理论尚未成熟，针对不同施工工艺的众多施工分析方法比较零散，对于大型空间结构的施工全过程缺乏系统实用的分析理论；

（3） 施工技术水平落后导致众多施工工艺和施工过程质量控制点的选择往往以经验为主，多限于工艺和构造上的定性保证，缺乏科学的施工过程简化模型、计算理论及定量的分析研究。

结语

在大跨度复杂钢结构建筑施工当中，不仅仅要熟练掌握技术，还要将其各个环节构件的内力作用动态和工作原理掌握，了解到设计人员的设计要求，在不留下任何安全隐患的情况下完成工程要求。本文只是对大跨度复杂钢结构的施工技术方面进行研究分析，下一阶段笔者将会在在各个构件结构力学方面、施工要素安全分析方面进行分析，供大家参考赏鉴。

参考文献：

[1]郭彦林，崔晓强.大跨度复杂钢结构施工过程中的若干技术问题及探讨（J）.工业建筑.2004.12（34）：1-5

[2]郭彦林，刘学武.大型复杂钢结构施工力学问题及分析方法（J）.工业建筑.2007.9（37）：1-8