大跨度钢结构施工技术研究

龙兴

(湖南省第五工程有限公司,湖南株洲 412000)

大跨度钢结构施工技术研究

龙兴

(湖南省第五工程有限公司,湖南株洲 412000)

大跨度钢结构施工技术是衡量一个国家土木建筑工程的重要指标。从近年来一些地震事件可以看出,高水准的钢结构的施工技术可以增加一栋大楼、一座桥的抗震能力。这里笔者先简要的介绍大跨度钢结构施工的方法,再结合一些地方体育馆钢结构建设、吊装工程等,最后对这些进行总结,为大跨度钢结构施工提供一些经验。

大跨度钢结构施工技术 吊装法 案例分析

近年来我国土木工程建筑行业在不断的发展，这不仅有城市建设，还有一些公共设施建设，对于这些建设中最为重要的是钢结构的运用。钢结构具有制作工艺简单、可塑性强、硬度高等优点，因此钢结构在生活中的应用也是越来越广泛。而大跨度钢结构的应用较传统钢结构而言有着其结构的特殊性和复杂性。所以在大跨度钢结构的运用过程中有很多问题需要注意，下面笔者在大跨度钢结构施工技术方法以及注意问题。

1 大跨度钢结构施工方法

1.1 大跨度钢结构施工过程中应该注意的事项

在大跨度钢结构有着结构形式上的特殊性，这与传统钢结构的应用有着很多的不同。大跨度钢结构施工在结构和施工场地上更为复杂，在大跨度钢结构施工过程中，要注意到很多细节问题，在施工过程中应该设计施工顺序、以及钢结构的成型之后的承载能力和完工之后施工结构的承载能力。除此外还有构造钢结构的稳定性，这相对会影响到施工工程的进展，搭建的钢结构不稳定会因失去稳定性而造成破坏会倾覆等问题。所以在搭建钢结构的过程中应该注意到吊装钢结构和安装就位技术是这类工程的关键。

大跨度钢结构体系主要是有悬索机构、钢架机构、网壳结构等，对于这类结构，在施工过程中需要考虑的因素有很多，如场地条件、施工设备、施工成本以及工程质量等。根据这些因素，可以选择不同的施工方案。常见的大跨度钢结构施工方案可以分为两类，一是分散吊装类，如分块吊装法、分条吊装法，高空散装法；而是整体吊装类，如整体提升法、整体吊装法、整体顶升法以及折叠展开安装法。下面笔者就以上的几种吊装方式进行简要的介绍。

1.2 高空散装法

这种方式是将要制造的一个整体钢结构分散成若干个散件，然后在高空中设计适当的位置，再将这些散件拼装成一个整体的工艺。这个过程可以使用悬挑法或者满堂支架法来辅助施工。相对而言，满堂支架法在我国建筑施工中应用较为广泛，适用于节点多的网状结构，特点是在施工过程中不需要使用大型的设备，特别适用于场地小、大型设备难以进入的场地，但是其缺点也明显，搭建过程使用的材料多，对搭建的支架塔的稳定性要求很高，施工时间较长等。

1.3 分块吊装法或分条吊装法

这两种方法的所使用的基本原理是相同的，一般来说是将分散的部件在地面进行拼装、焊接等工艺，然后再将这些拼装成的条状或块状通过大型的起重机或者是吊车吊至适当的位置，再在空中将这些块状或者是条状的部件进行拼装成一个整体。这种方式的优点是可以节省地面支架的使用，施工方案相对要灵活一些，这种方式在施工中受到起重机负载量来决定，如吊起条、块单元的大小等。缺点是施工过程需要使用大型设备，如起重机等，受到场地相对要求大等因素的影响。

1.4 整体提升法

这种操作方法是要求起重设备置于安装结构的上方，再将地面拼装成整体后的机构通过相关的设备吊至设计好的位置。实际操作过程中，对整体的吊装一般是选用小机群安装大机构的方式，这种方式的优点在于相对要节省施工成本，还可以在吊装整体钢结构时一并将附属部件吊起，还可以加快工期，提高施工的安全系数。

1.5 整体吊装法

这种操作方式分三步，一是在地面将散件进行整体拼装；二是使用起重机将整体吊装到指定的位置；三是在制定的位置进行固定施工。在整个施工过程中对辅助设备有一定的要求，对起重设备要求要达到相关的标准；需要使用中型的桁架结构。这种施工方式对地面的破坏程度较大，对地面的施工会造成较大的影响。

1.6 整体顶升法

这种方法与整体提升法主要是在提升设备和轨道上不同。该方法利用现有的钢结构支柱，然后千斤顶置于这些设备之下，慢慢的将整体结构升到指定位置，最后在进行固定等工序。这种方法中对现有的设备使用率较高，不使用大型设备。

1.7 折叠展开安装法

钢筋是整个高速公路桥梁工程的骨架与重要支撑点，是一个桥梁工程的灵魂所在，对桥梁工程的整体质量有很大的影响。进行钢筋安装作业时，施工人员应按照相关规范的要求和标准进行施工作业，杜绝违规操作。在安装施工过程中，应加强对管桩内钢筋的保护，有效防止施工过程中出现断裂与锈蚀等现象，保证施工过程的顺利进行。

该方法主要于网壳结构的安装过程。该方法的施工思想是，先去掉部分的网壳杆件，使之成为一个机动机构，接着将网壳结构在地面上展开，以便降低安装过程的高度，最后通过相关的起重设备，将其吊起至指定位置，接着不全剩余部分。这种方式在网壳结构中的应用较为广泛，但是在整个施工过程中，在安装的流程上只是相比整体吊装法多了一个过程，所以在理论上将这种吊升方式归结为整体吊升方式中的一部分。

2 案例分析

2.1 工程基本情况介绍

本文将引用某体育馆的建设来具体说明大跨度钢结构的施工过程。该体育的建设面积约20000平方米，为了满足体育馆空间的要求，屋盖采用钢拱支撑空间管桁架和实腹式工型钢架结构受力体系，由2个拱和20个钢架组成的主结构。其他的参数如下，桁架的平面最大跨度为35米，桁架拱间的跨度为88米+45米，相对高为27米。此外实腹式工型钢架结构的最大跨度为15.5米，梁高为780mm(如图一所示)。

2.2 施工方案

根据施工的图纸可以看出，体育馆类型的施工，最难的是屋盖的施工方案。在屋盖安装过程中最难的是桁架拱的安装。在施工过程中虽然可以利用结构式的构造相对的减轻吊装重量，但是32米的吊装高度是整体吊装过程中难以实现的，而采用空间曲面桁架结构型式，存在缺点有屋盖部件多，型式多，可以先拼装组合成需要的大小，此外这种方式的灵活性较大。采用高空散吊法，存在这部件多，施工难度大，施工时间较长，成本高的缺点。再结合施工场地，施工成本，施工时间等多方面的因素，决定采用分块吊装法进行屋盖施工。

从上面的介绍中可以看出，该工程的桁架拱跨度很大，采用整体吊装容易使钢结构出现变形的可能，此外在吊装过程中还应该考虑到成本问题，对于拱的分段也需要注意一些问题，拱的分段过小，则会严重影响工程的进展，会增加施工的成本；而拱过大则会增加焊接的难度、焊接的质量以及不便于运输相关部件。结合施工经验和现场，以及交通运输等问题，最终决定选用22截面形式米的分段。在实际施工过程中，考虑到交通运输等方面的因素，对于屋盖一般采用散件出厂现场拼装的模式进行部件运输。

2.3 结构施工

结构的施工主要分为两个施工步骤，一是主体构件的施工，二是结构的吊装工程。相对来说结构的吊装过程是整个结构施工过程中最为复杂，最难处理的施工过程。而主体构件施工是结构吊装的基础，主体构件施工的工程质量会直接影响到吊装结构的施工。

2.3.1 主体构件的施工

在本次施工中钢结构的主体构件是桁架拱，截面形式为三角形，总跨度约为135米，结合上述的讨论可以得出施工方案为，桁架拱分为22米一段，各桁架的边长超过5米，采用分段吊装的方式安装。由于运输的限制，部件只能在施工现场进行拼装。

主要材料：主要是钢类，H型钢和圆形管，材质相同。

胎架的布置。对于台架的布置在施工过程来说十分重要，实际的操作要根据现场的施工情况来确定。对于这次的施工，采用H型钢、千斤顶和路基箱来搭建桁架拼装焊接平台。对于胎架的要求十分严格，必须要满足相应的强度和安全系数；路基箱必须要压实而且要平整，胎架低与路基箱的连接处要焊接牢固构建拼装。按照实际的要求来进行拼装，拼装按照相应的拼装顺序即可。(如图二所示)

2.3.2 结构吊装

结构吊装是一个复杂的过程，也是难度最大的施工项目。对于该体育馆的设计结构和地形特点，选择使用分段吊装的施工方案。根据实际的施工的需要，在这次施工过程中采用一台150吨的大型履带吊车，将桁架拱分为了6段，其中最长的一段约25米，最高的吊装高度超过32米，最大吊装重量约为34吨，该体育馆的桁架拱间的钢梁等均采用50吨的中型履带吊车吊装。(如图三所示)

其他的现场操作就不一一介绍了。根据完工后的实际效果发现，现场拼接的钢结构部件在安装过程中没出现变形的现象，而且各部件之间的连接性较好，屋盖受力情况良好，较为均匀。此外在施工上，不仅没有延误施工时间，还保障了工程的质量，不管是局部施工还是整体都达到了施工的要求。

3 结语

本文不仅介绍了大跨度钢结构的施工方法，还通过案例对大型建筑过程中大跨度钢结构的处理问题进行了简要的较少，本文中安装桁架拱的问题时，进行了多种方案的对比，从中可以发现，对于不同的方案，有着不同应用范围。在介绍大跨度钢结构施工方法时，笔者对其中的一些吊装方法进行了优缺点的分析，在实际的施工过程中就可以结合场地，施工成本等因素，来选择合适的施工方案。大跨度钢结构施工的技术在未来的大型建筑中将会起到越来越重要的作用，了解大跨度钢结构的施工方法，可以减少施工成本，增加施工的安全性等。

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[3]陈百会.采用预应力基础梁的大跨度钢结构施工控制关键技术研究[D].安徽建筑工业学院,2012-03-26.