探析大跨度空间钢结构施工技术

王振林

黑龙江利瑾海纳工程造价咨询有限公司

探析大跨度空间钢结构施工技术

王振林

黑龙江利瑾海纳工程造价咨询有限公司

随着社会经济的不断发展，人们在追求建筑艺术的同时，也对建筑的结构提出了新的要求。目前的建筑市场上大跨度钢结构工程不断涌现，尤其是对大型火车站、体育馆等建筑的渴望，使得国内钢结构施工技术面临着巨大的考验。

大跨度；空间钢结构；施工；技术

一、大跨度空间钢结构的特点

1.结构形式多样化和复杂化

新型大跨度空间钢结构形式多样，并不拘泥于传统的单一结构，在其发展中不断地涌现出各种各样的结构形式。

2.结构跨度大、钢板厚

现代建筑对审美和功能性要求比较高，因此空间钢结构之间的跨度就愈来愈大。端方向上的跨度已超过百米的建筑越来越多，例如“鸟巢”的短向跨度已达到296m，这种钢结构选用的都是高强度的钢材，高板厚度甚至超过10 cm。

3.预应力技术的大量应用

预应力技术的充分应用，使其涌现出了一批新型的建筑结构，如张拉整体结构、索穹顶及索膜结构。

4.节点形式复杂多样

现代大空间结构为了满足建筑造型的需求，通常选用各种节点形式的仿生态建筑。例如锻钢节点、铸钢节点、球铰节点等。

5.构件数量及截面类型多、设计难度大

针对大型建筑来说，它通常是由上万个，甚至于是几十万个构件组成，而且构件的长度、形状、尺寸、截面均有不同，所以给建筑施工单位的放样工作带来了很大的难度。对于部分弯扭构件必须进行专门的试验才能投入使用。

6.构件的加工难度大，精度要求高

通常来说大跨度工程多是国家重点工程，相对来说建筑质量要求高。因此必须要加强对构件加工精度的把控，在构件施工时焊接的等级需要要达到一级，这样不可避免地为建筑施工增加了难度。

7.现场的焊接工作量大，施工技术难度高

施工前为了保证施工的精度，往往要进行预拼装，而且施工现场的焊接工作量很大。由于大跨度空间钢结构新型的结构特点，施工中必须要采用先进的施工技术，这样才能保证施工的经济安全。

二、大跨度空间钢结构施工的关键技术

近些年来随着钢结构造型不断追求艺术化，施工中所采用的钢结构方法也随之改变，不同的钢架结构体系在建造成型过程中采用的施工技术也是不同的。

1.分段吊装钢结构法

这种结构通常应用在大型体育场、会展中心的建筑中。针对大型钢结构的体育场，由于观众席的看台位置比较高，而且相对比较集中，所以采用分段吊装钢结构的办法实现。

2.滑移施工法

滑移施工方法必须要在一定条件下才能进行，这种方法要求建筑结构类型整齐，通常是有规则的轴线，例如圆形或是矩形；主桁架结构形式基本相似等；在场地或者空间受到制约的时候，施工被局限在某个区域或者吊装等情形下可以选用滑移施工法。

3.高空散装法

此法适用于建筑单位面积对钢的需求少的工程，通常采用的是网架结构，或者是有张拉弦的管桁架结构。这种方法的优点就是安全，同时施工时可将控制点进行细化，进而保证施工的质量；缺点就是在施工中支撑用脚手架搭设数量比较多。

三、结合工程实践分析大跨度空间钢结构施工技术

1.工程概况

某建筑工程总面积为20 680m2，建筑设计为了使空间利用最大化，在屋盖设计时选用了大跨度钢拱支撑空间管桁架+实腹式工字钢梁结构受力体系。主体结构由两个拱和十八个榀钢架组成。桁架拱跨度为91+48m，矢高为29m。平面桁架最大跨度38 m，实腹式工字钢梁最大跨度16m，梁高800mm。

2.施工方案分析

在本工程施工中，难度最大的要属桁架拱的安装，在屋顶结构设计时选用了格构式的构造，这样在很大程度上降低了其吊装过程中的重量，但在本工程中整体吊装法在吊装高度达到33m高度难以实现。在通过对几种施工方案的对比选择之后，最终采用了分段吊装法施工。在本工程中桁架拱的尺寸比较大，在对拱做分段处理时，必须要全面考虑吊装中的各部分构件变形及其经济性。

3.结构施工

（1）主体构件加工

桁架拱的截面是三角管的形状，为本工程钢结构的主要构件，其总跨度约为140m，根据上述方案采用的是分段吊装的方式，其桁架拱单元吊装尺寸为24m，各桁架边长均大于5m。

1）主要材料

本工程主要运用的钢构件有圆钢管和H型钢两种。

2）胎架布置及要求

依据现场实际施工情况，最终采用路基箱、H型钢以及千斤顶共同搭设而成的平台来进行桁架拼装焊接。胎架的布置必须要在安全的基础上满足施工所需强度，保证路基箱与胎架底部焊接安全可靠。

3）构件拼装流程

在进行构件拼装时首先要在两侧胎架上下部位各放置上弦杆和第一根下弦杆，并且将上下弦杆之间的腹杆焊接，然后在其中一侧的胎架上方布置第二根下弦杆，最后在第二根下弦杆和上弦杆之间焊接腹杆。

（2)结构吊装

从建筑的结构特点以及工程现场的施工环境，析架拱的施工应该选用分段吊装法，此方法的实施需要一台不低于150 t的履带吊车，吊装析架拱时，必须对其分成最少六段进行吊装。对两榻析架拱间的工字钢梁进行吊装施工时应选用一台不低于50吨的履带吊，吊装开始时必须要在析架拱节点的正下方的位置进行措施析架的搭设，析架搭设完成后还必须对析架拱的位置进行调整找正，完成后再进行分段吊装。两榻析架拱之问的字钢梁工字钢梁是山一个直线段和两个v形段所组成，山于v形段的水平长度超过了3m，因此在吊装过程中在直线段与v形段相交处的正下方进行临时支撑措施的搭设，搭设完成调整完成后开始吊装。吊装开始时先吊装v形段，将其与析架拱相拼接后，再吊装直线段。需要注意的是，在进行吊装时，必须结合场地的实际情况选择符合的吊装机械，以此来确保整体拼装的精度。

结语：

目前，在我国钢结构住宅仍处于发展启动阶段，并没有形成成熟的配套技术，在施工中也有许多问题亟待解决。因此，在进行大跨度空间结构施工时必须要严格按照施工要求进行施工，加强质量管控。

[1]鲍广鉴,李国荣,王宏,罗军,曾强,陈柏全.现代大跨度空间钢结构施工技术[J].钢结构.2005(01)

[2]董石麟.预应力大跨度空间钢结构的应用与展望[J].空间结构.2001(04)

[3]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)