大跨度复杂钢结构施工过程中出现的技术问题分析

杨春江　段爱涛

摘 要：随着建筑行业的迅速发展，人们对建筑审美的要求也逐渐提高了，大跨度钢结构逐渐成为了现代建筑设计的重要元素。很多大型的公共建筑，比如体育场、展览大厅、影剧院等建筑的顶盖都使用了大跨度钢结构。不仅增强了建筑的牢固性，同时还使建筑物更加美观。近年来，随着新技术和新材料的不断出现，大跨度结构的跨度也在逐渐扩大，这就给建筑施工提出了更高的要求。文章主要对大跨度复杂钢结构施工过程中出现的技术问题进行了具体的分析。

关键词：大跨度复杂钢结构；施工过程；技术问题

1 大跨度复杂钢结构的特性

1.1 预应力技术的大量应用

预应力作为一种新技术，在现代建筑设计中得到了广泛应用，主要表现在索穹顶、索膜和整体张拉等新型结构上。在结构承受荷载之前，对其施加一个与载荷力相对应的预应力，可以提高构件的刚性，增加构件的耐久性。

1.2 材料质量要求严格

为满足建筑功能的需求，大跨度钢结构的跨度正变得越来越大，如国家体育馆“鸟巢”，其跨度为296m，国家游泳中心“水立方”的跨度也达到了 177m，这样大的跨度，要保证结构的安全性和稳定性，必须使用优质高强度的钢材，如此才能保证这些宏伟的建筑物安然无恙地耸立起来。

1.3 构件数量多，设计和施工难度比较大

大跨结构建筑的工程量巨大，往往由几万个，甚至几十万个构件构成，不仅如此，构件的种类也是多种多样，其切口、截面形状、尺度各不相同，使得施工放样过程变得极为困难，而且对于某些特殊结构的构件，需要先进行复杂的试验和研究后才能投入使用。

2 大跨度复杂钢结构施工过程中的技术问题

2.1 整体滑移施工技术

滑移施工技术的作用非常大，解决了大跨度钢结构施工过程中在空间结构形成整体之前的稳定问题。滑移施工技术使用牵引装置控制同步过程，并被划分为多个稳定且沿着目标轨道运行的车身结构，通过施工技术，可实现设计位置水平移动到装配位置。该技术优点是能够解决起重设备不能解决的问题，如设备中的辐射，这在吊装安装结构上，大大降低了施工现场起重设备的要求。缺点就是对结构平面刚度要求低，在铺设轨道牵引困难时，多点同步控制难度很大。

避免吊点强度和稳定性对析架产生影响，在提升的过程中，有必要进行不同步检测，除了系统设置一个标准提升点进行系统动态采样化之外，还有增强位移值，差异确保在15mm之内。由于千斤顶只能提供单向垂直约束，帮助结构向上，因此即便遵循结果计算，但仍然要进行严格的测试通算。各个提升点若出现位移差，在增强应力状态时则结构会发生变化。因此，计算位移差时需要计算可能会发生结构的受力状况，并确保提升析架过程中安全、可靠。

在各种位移差工作条件下，通过对杆件内力进行稳定性分析。计算位移差析架体系，以此确保提升过程中，严格控制提升点和标准点Lp12之间的差不超过15mm，确定该结构安全提升点有多个，分别位移不同步的工作状况中，而提升点的位移差则会造成位移构件内力变得更大一些，因此应选择较为危险的情况。

2.2 柔性结构的成型问题及分析

索穹顶结构的构件有许多，如常见的中央支柱拉伸钢圈、环索、斜索、脊索及外压钢圈梁，它是典型的空间张拉结构体系。而施工过程中，工程的施工技术和计算方法却是最为关键的问题。索育顶结构可通过不同的方法与不同的顺序施加预应力，促使结构逐步形成。总的来说，施工索育顶结构也就是存在两种顺序和方法。

第一，首先用临时施工塔架支撑中央桁架或中间拉力环提升至设计位置，其次定位其间部分结构，最后每个断续从外圈开始向内拉紧斜拉桥。

第二，首先必须要固定脊索、坡道和外部电缆的连接，其次每个断续地从外侧倾斜向内拉紧电缆、起重桅杆，最后达到提高内拉环的作用。近年来，许多国内学者已深入探究施工方面的工作，并取得了好的成绩，这为索穹顶在中国的应用奠定了理论依据。

2.3 复杂空间钢结构施工过程的动态结构计算机控制

计算机控制能建立一个新的技术领域，这对施工来说至关重要，也是近年来计算机技术的动态结构。对其经过各种不利因素分析与计算，可有效地进行可行性方案分析、确保施工质量、优化施工方案、安全和科学的程序，以此验证负面影响对结构规定范围是否合理，进而提出合理的控制方法，帮助指导施工全过程。

2.4 施工过程跟踪模拟计算及分析

在施工的过程中，施工队伍必须在施工过程中进行跟踪模拟计算，以此确保大跨度结构或超大跨度结构能够在施工过程中能安全有效地进行，进而确定结构与构件能满足刚度、强度及稳定性的具体要求。由于大跨度结构建设的工程项目的过程是一个持续时间较长的过程，因此在这样一个持续施工过程中，谁也不能保证每一个阶段的结构和构件内力与位移是否都是固定不变的。因此为了防止或变更加工尺寸更加精准，需要对工程进行跟踪计算，并采取有效措施。比如澳门运动场，就是在安装程序安装过程中进行的控制，并根据跟踪模拟计算进行仿真结果。

2.5 高空无支托拼装施工技术

高空无支托拼装施工技术的建设原则，首先选择吊装顺序将结构系统分段，使其在施工过程中不用塔设支撑平台。其次，利用单元组件刚性结构构成一个稳定的单元本身。最后，形成一个整体结构。厦门国际会展中心，双向悬臂，悬臂长度从北到南长达35m，从北到东长达21。且由于单棍重量有80t，在进行双向屋顶外挑结构封顶时，施工阶段析架偏转却有点难以控制。截至目前，厦门国际会展中心是国内规模最大的双悬臂式空间析架结构屋顶，它的悬臂式结构就是利用空间析架系统和高空无支托拼装施工技术进行建设的。充分利用结构本身的优势，减少对建设的投资。既为下部空间创建了一个工作表面，也加快了施工进度。在单棍吊装时，若使用空间析架系统，那么施工阶段的负载与最终使用负荷的差距较为悬殊。而高空无支托拼装施工技术的目标就是扩大稳定的结构单元组装，从而形成一个整体结构。

3 结语

发展大跨度钢结构施工技术对于建筑业的发展具有非常重要的意义，由于建筑设计的理念和建材不同，在大跨度钢结构施工过程中仍然存在很多问题，我们要从安全的角度对施工过程进行控制，不能放过任何一个小细节，以提高建筑施工的整体质量，进而促进建筑行业的发展。

参考文献

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[2] 唐伟.分析大跨度复杂钢结构施工过程中的若干技术问题及探讨[J].建设科技，2014（Z1）：171-172.

[3] 郭彦林，田广宇，周绪红，陈国栋.大型复杂钢结构施工力学及控制新技术的研究与工程应用[J].施工技术，2011（01）：47-55+89.

作者简介：杨春江，身份证号码：130929198610070012；段爱涛，山东联创建筑设计有限公司。