装配式大跨度钢结构的安装工艺

郑晟++陈锡宝

摘要：大跨度钢结构进行施工时，根据各工程的施工特点，可选择多种施工工艺进行施工，如可根据工程的场地条件、结构体系、起重机械的性能、施工成本、施工质量等进行选择，可将其归纳为高空散装法、分条（分块）安装法、整體提升（顶升）法、滑移安装法、单元或整体安装法五类施工方法。通过对装配式大跨度钢结构的安装特点进行分析，得到各种施工方法对应的工程特点及该施工方法的优缺点，为以后相关装配式大跨度钢结构安装提供相应的理论及技术参考。

DOI：10.3969/j.issn.1674-7739.2017.02.020

随着科技的发展和施工技术水平的提高，我国的装配式大跨度钢结构已经从普通的网架结构发展至网壳结构，再发展至空间管桁结构，再发展至张弦结构、索膜结构等。大跨度钢结构主要应用于体育馆、车站、机场候机厅、工业厂房等人流量较大或其他工业设备密集的工业建筑的屋盖结构中。大跨度钢结构进行施工时，根据各工程的施工特点，可选择多种施工工艺进行施工，如可根据工程的场地条件、结构体系、起重机械的性能、施工成本、施工质量等进行选择。

GB 50755-2012[1]中根据大跨度钢结构的特点及施工环境，共提供了七种施工方法。将这七种施工方法进行归纳总结，可将其归纳为高空散装法、分条（分块）安装法、整体提升（顶升）法、滑移安装法、单元或整体安装法[2-4]五类施工方法。

一、高空散装法

高空散装法的特点是将散装零件或小拼单元根据结构设计图纸直接进行高空现场安装的施工方法，这种方法主要包括两种施工方法：全支架法和悬挑法。全支架法主要是将散装零件进行拼装安装，悬挑法主要是将小拼单元进行高空安装。由于所安装的零件多数为小型构件，其他局部为大型零散构件，安装时需采用临时支撑进行安装或采用吊装设备进行高空吊装安装。针对大悬挑结构，可不用临时支撑进行安装，直接使用吊装设备进行高空拼装即可。

在进行高空散装施工作业时，应注意以下问题：①根据该施工项目的特点，选择恰当的安装顺序，安装时实时控制所安装零件的累积误差；②为避免施工完成后的施工偏差满足规范要求，需在安装时对所安装的零件位置进行观测、复测及调整；③对大悬挑结构进行施工时，确保分段施工后悬挑部分的刚度及稳定性；④对螺栓球节点进行施工时，将球节点上的螺栓均拧紧至规定扭矩后再将定位螺栓拧紧；⑤高空安装时，采取有效措施确保施工人员的安全，做到安全施工。

二、分条（分块）安装法

分条（分块）安装法的特点是将屋盖钢结构划分为条状或块状的小单元，再将小单元吊装至设计位置，最后将单个的条状或块状小单元连接成整体的施工方法。这种施工方法的拼装及焊接等工作是在地面上进行，不仅可确保施工质量，同时也可缩短施工工期、减少施工人员高空作业的任务量。采用这种施工方法的条状或块状的小单元自身需具备较高的刚度及几何尺寸稳定性。

施工作业时，应注意以下问题：①拼装单元自身刚度较大，拼装完成后的尺寸偏差较小，具有较好的稳定性。若小单元的刚度较小，则需采用临时支撑的方法进行支设，以确保施工质量及安全施工。②吊装施工时，根据所吊装单元的重量选择起重机的型号，避免因所吊单元的自重较大而起重机的起吊载荷较小而产生倾覆等险情。当所吊装的部件为条状单元时，条状单元在起吊过程中所受荷载为自身的自重，此时的手里状态几乎为平面结构，需选择选择吊装的位置及数量，以确保吊装施工后上部屋盖产生较大的挠度，从而影响施工质量。③吊装施工前，若所拼装的单元较小，可在地面上增大单元的数量及体积，以免因单个单元安装完成后其挠度过大而产生一定的尺寸偏差，影响后续施工过程中节点的安装。④当屋盖需进行起拱施工时，可采用增加临时支撑的台架高度进行起拱，支撑高度调整完成后需注意支撑对钢结构屋架中节点的影响。

三、整体提升（顶升）法

整体提升法的特点是将屋架零件在地面上基本全部安装完毕后，使用多台起吊设备（顶升设备）将屋盖起吊（顶升）至指定位置，最后将屋架与结构主体进行有效连接。顶升法又包括整体提升、整体顶升和整体吊装三种施工方法。提升法和顶升法的原理相同，不同之处在于所使用的机械不同、起吊或提升的位置不同。提升是将起吊设备置于结构及屋盖上方进行提升，而顶升法是通过在屋盖下部、结构内部安装千斤顶等可承受较大荷载的顶升设备进行顶升施工。提升法适用于屋盖面积较小、自重较小的工程，而顶升法适用于大型钢结构屋盖工程中。

这种安装方法与上述两种安装方法相比，具有较多的优点，如：①屋盖零件按照屋盖设计位置的投影位置进行安装施工，避免了因较多零件在高空进行安装而产生较多的安全隐患，以尽可能减少施工人员的高空作业量；②在进行下部主体结构施工过程中即可进行屋盖的组装，缩短了施工工期，节约施工成本；③由于屋盖构件在地面上进行拼装，拼装完成后直接使用提升或顶升的方法进行安装，减少了临时支撑的使用量，极大地缩短了因安装临时支撑而延长的工期，且减轻了临时支撑安装而产生的相关费用；④节约了施工成本，缩短了施工工期，减少了相对能耗的产生，且拼装屋盖在主体结构内部，减轻了因施工而造成的噪声污染，具有良好的经济效益及社会效益。

施工作业时，应注意以下问题：①应对屋盖四周的异性部位进行吊装安装完成后再安装，避免因主体结构中部的造型突变而影响起吊施工；②起吊时控制所有起吊设备或顶升设备的垂直度，避免因起吊设备吊索或液压柱的偏移而影响最后施工的安装精度偏差；③起吊时控制吊车或顶升设备的上升速度，避免因屋盖的刚度不均、屋盖受力点的局部应力过大，而影响所吊装屋盖的尺寸；④吊装时，尽可能增加起吊设备或顶升设备的数量，使屋盖在起吊时达到受力点相对均匀的状态，避免产生应力集中而使屋盖产生局部破坏，从而影响施工精度；⑤在地面上所拼装的屋盖应小于原设计屋盖，当将屋盖起吊至指定位置后再增大屋盖的外形，使其达到设计形状，避免因屋盖面积较大而主体结构较小而导致起吊过程中产生碰撞，从而影响施工质量及施工进度。

四、整体吊装

整体吊装同整体提升法类似，不同之处在于拼装屋盖时，将屋盖在建筑主体外部进行拼装，拼装完毕后将其吊装平移至屋盖的设计位置处。采用整体吊装的方法安装焊接网架钢结构屋盖时，可将屋盖与钢柱进行错位总拼。在地面上直接进行整体焊接施工，可确保焊接网架具备良好的焊接质量和总体尺寸。采用该方法的缺陷在于需使用大型的吊装设备，且对放置起吊设备底部的地表承载力要求较高，并且因起吊安装网架时影响主体结构的施工，所以不能同时进行安装。

五、滑移安装法

滑移安装法主要是通过滑轨或导轨将组合好的条状单元传送至设计指定位置进行安装的一种方法。采用滑移安装法进行施工时，其下部主体结构也可不受上部结构安装施工的影响，上下交错施工影响较小，可一定程度上缩短安装施工工期。使用滑移安装法施工时，无需使用大型起吊设备和其他大型牵引设备，但需在安装施工前安装、铺设导轨等滑移装置。

苏州火车站位于苏州市城区北端护城河北岸，始建于1906年。随着苏州站客流量的逐年增大，需对苏州站进行改造扩建。其中对其站房屋盖进行改造是改造工程中的一大部分。改造时根据站房的特点，其南区站房和北区站房均采用累积滑移技术进行施工。苏州火车站站房分为南区、北区和候车大厅三部分，该站房的屋面改造后均为大跨度钢结构屋面，屋面外观呈工字形，其中南北向最长为352.2米，东西向最长198米，整个屋架搭设于16组V型斜钢柱上，钢柱通过球形节点连接于下部混凝土柱上。如站房的南区屋盖南北向总长为152.2米，东西向总长198米，共由14榀桁架构成，屋盖的总重达到4 000吨，施工时进行分段滑移施工，首先将12榀桁架屋盖均分为6个滑移区和1个原位拼装区，一共布置八道滑移轨道，轨道总长为650米。所滑移的桁架在滑移前在地面上进行拼装，采用吊车吊装至滑移轨道上运送至指定位置后，再将分段的桁架进行拼装施工，安装完成后再将其与斜钢柱进行有效连接。安装完成后将前11榀桁架进行卸载施工，对接剩余2榀桁架后再将所有桁架进行固定连接。

目前在装配式大跨度钢结构实际施工应用中主要采用五种施工方法，每种方法均有自身的优点及缺点，在实际施工时需根据工程特点及项目本身的工期要求等选择适当的施工方法，确保所安装工程施工进程的正常、稳定与安全。

说明：本文系上海市高职高专土建类专业2017-2018年度教育教學课改项目【2017-TJ12】系列成果之一。

参考文献：

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■责任编辑：张 炜