大跨度空间钢结构施工控制的浅述

蒋柏康 / 徐州飞虹网架建设科技有限公司

大跨度空间钢结构施工控制的浅述

蒋柏康 / 徐州飞虹网架建设科技有限公司

文章结合实践经验，先对大跨度空间钢结构的发展现状作了分析，并对大跨度空间钢结构施工过程中要考虑的问题作了分析，然后对于大跨度空间钢结构的应用及展望进行了论述。

大跨度；钢结构；施工

一、大跨度空间钢结构的发展现状

近年来，随着人们需求的不断增加，各类大型建筑的功能也逐渐丰富，以北京鸟巢为例，不仅要建设各种类型的比赛场地，还要设置相应的观众席、运动员休息室以及大空间的后勤基地。因此，建筑物的规模不断扩大，功能日益丰富。从国内大型建筑的发展现状看，跨度达 120mm 以上的超大规模建筑不在少数，并且大都采用了新材料和新设计技术，出现了诸如空间网格结构、张力结构等富有特色的现代化大跨度建筑。从行业发展角度看，大跨度空间钢结构已经成为近代以来发展速度最快的建筑形式之一，并且随着建筑施工技术的不断优化，在未来相当一段时间内还有着更为广泛的应用，发展潜力巨大。大跨度空间钢结构施工技术的优劣，在很大程度上成为衡量一个国家建筑技术水平高低的重要因素。

对于国内大跨度空间钢结构施工来说，虽然经过多年的研究积累了较为丰富的理论基础，但是实践经验相对缺乏：硬件方面，无论是在前期钢结构的规划设计还是中期的施工操作，都存在部分的瑕疵和疏漏；软件方面，专业水平强、综合能力高的高素质人才数量不足，难以弥补大跨度空间钢结构施工人才的缺口，理论和知识创新能力稍弱，对国外施工技术的依赖性较强。目前，国外空间钢结构的最大跨度已达 200m 左右，给国内建筑单位和科研机构带来了更大的压力，因此，我们必须结合国内建筑基础，由“中国制造”向“中国创造”转变，研发独具中国特色的大跨度空间钢结构施工技术。

二、施工中应重点考虑的问题

（一）设计与制造技术的应用

随着科学技术在各个领域的应用，建筑工程设计通常也采用计算机制图工具，提高设计的科学性和精准度。如 CAD 技术和CAM技术在钢结构施工建设中起辅助作用，它的运用为建筑提供三维空间和立体感，实现了图文之间的转换，减少设计的误差，提高工作效率。

（二）厚板及管结构的全位置焊接技术

在大跨度空间钢结构施工中，保证钢材间的高质量焊接对于提升整体结构稳定程度有关键性影响，直接决定了空间钢结构的使用年限。现代大跨度空间钢结构设计时，为了尽可能体现结构的多样化，往往采用不同类型、不同尺寸的钢材，这就给焊接带来了较高的难度。除此之外，在大跨度空间钢结构施工时，需要面临来自外界环境的多重因素影响，例如温度变化、风速、湿度等，都会给焊接质量产生影响。为了解决上述问题，必须有针对性的采用焊接工艺，确保每个焊头的施焊均匀和母材的充分融合。

（三）结构形式多样化

传统大跨度空间钢结构功能单一，因此结构形式就会受到固化。随着建筑理论的不断发展，大跨度空间钢结构形式也多样化发展。如以生物仿生学为设计基础奥运会鸟巢建筑、以泡沫理论为基础水立方等。将大跨度空间钢结构设计理念与现代技术结合起来，不仅使结构外观丰富多样，给人以眼前一亮，也满足了现代人的审美情趣，而且结构形式更加科学、合理。

（四）空间钢结构的跨度大，钢材等级要求高

在科技进步和经济发展的不断推动下，建筑行业建筑理论不断更新，为了满足人们对于建筑的需求，建筑空间钢结构跨度向更大范围扩展开来。虽然建筑空间横向扩展会使建筑内部功能丰富，但由此带来建筑压力也会不断增加，在这样的情况下，保证建筑空间框架安全、提高钢结构荷载能力成了保证建筑质量的关键所在。因此，相关审查委员会制定严格建筑安全审查标准，要求大跨度建筑要选择高强度、高质量的优质钢材，并且定期要对钢结构进行检验，确保及时发现钢结构问题及时解决，起到防患于未然的作用。

三、大跨度空间钢结构的应用

（一）张拉整体结构

张拉整体结构大致为三棱柱或四棱柱构成的基本单元，如果把所有基本单元的节点进行联接，则能够构成双层张拉整体结构，这一自应力网格体系大多是通过被连接的棱柱体单元具备的单独受压刚性杆以及持续张拉的柔性索而构成，其中敷设的膜材可选用遮光挡雨的类别，总体刚度以单元间的自平衡预应力为根本。

（二）弦支弯顶结构

把以上张拉整体结构上层柔性索变成具备刚性的单层球面网壳，在弹性的支撑方面能够提升单层网壳的稳定性以及结构刚度，因为上层属于刚性，能够把膜材取消运用常规的夹芯板进行取代，在提升建筑物室内保温性能以及隔热性能的状态下，可以大面积节约工程造价的成本。

（三）预应力网格结构

在工作中，透过技术人员把当前预应力技术与空间网格结构相融合，则能够打造出预应力网格结构。通常状态下，在空间网格结构内施加预应力的方式有以下两类:首先，在空间网格结构四周设定相关的预应力索或在下弦平面中设定预应力索，如此则可以结合为预应力网格结构;其次，在空间网格结构创建当中施加预应力，透过适宜的协调而变为预应力网格结构。

（四）预应力张弦梁与弦析架结构

张弦梁结构属于上弦抗弯受压构件与下弦受拉钢索而构成，在工程内体现出受压撑杆相互衔接的自平衡结构体。弦析架结构属于受压撑杆持续上端抗弯受压拱式析架与下端构成，在工程内体现为受拉钢索而构成的自平衡结构体。这两类结构的用钢量有所增加，施工难度有所提升。

（五）对角线布索体外预应力平板型网架

对角线布索体外预应力平板型网架最初使用在前苏联，通过前苏联的建筑举例，在1977年的福尔日思科的某一商业中心，建筑面积在72mx17m。我国某空间结构厂在1993年运用同等原理以及布索形式创建对角线布索体外预应力平板型网架，以此展现出对角线布索体外预应力平板型网架的优势，而不足之处则为预应力结构体系并不完善，构造十分艰难。

四、预应力大跨度空间钢结构的展望

(l)最大的跨度可以为400一500m，跨度在200一300m之间尤为普遍;(2)当前应当持续完善并提升应用斜拉网格结构、预应力乃至弓式预应力钢结构以及张弦梁结构;(3)应当结合承建单位的力量，一同研发并推广索弯顶结构，在短时间内尤其应当争取创建我国首幢索弯顶;(4)探索预应力空间钢结构全新的材质、工艺、结构、节点，极力进行创新;(5)处理并未解决的预应力空间钢结构抗震、抗风、结构优化、结构控制等方面的问题;(6)由于普遍运用在公共性窗口建筑的预应力大跨度空间钢结构，能体现出一个地区乃至国家的建筑水平。

五、结语

综上所述，工程师与建筑师对于工程项目的创建当中，需要有效结合，将各类先进技术运用其中，如此才可打造出全新的预应力空间钢结构，以便符合当前社会的发展所需，加快建筑行业的健康化发展，使社会经济能够可持续运行。

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