大跨度钢结构施工安装变形控制技术

刘亚军

（甘肃第一建设集团有限公司，甘肃 兰州 730070）

1 引言

从2016年开始，国内的钢结构产值就大幅提升，我国的钢产量得到了有效地提升，2018年钢结构产量就达到了6800万吨。目前钢结构应用于建筑、商业楼、飞机场、工业厂家等公共建筑领域当中，在未来一段时间内，钢结构仍拥有非常大的发展空间。而很多大型建筑工程都更喜欢使用大跨度钢结构，因为大跨度钢结构的重量大、体积大、性能优势更强，非常适合用于大型建筑建设工程之中，能够更有效地保证整体工程的质量与安全。但是大跨度钢结构在施工安装的过程里，容易因为各种问题而产生变形，为了控制如上情况，相关的施工团队在建造大跨度钢结构的过程中，应当采取合理的控制技术方法，杜绝变形现象和安全隐患的发生。

2 浅析大跨度钢结构施工

2.1 大跨度钢结构的特点

大跨度钢结构具备较为鲜明的特点，在现代化的建筑施工过程应用得十分广泛，其尺寸和结构建筑方式都有一定的特殊性。通常来说，大跨度钢结构相对于其他钢结构而言尺寸更大，同时，其构筑方式具备更强的多样性。大跨度钢结构的工程焊接量比较大，整体的施工规模也比较大，所需使用的钢材料具备较强的等级，强度较高，钢板的厚度也较厚。随着大跨度钢结构施工工艺的增强，现在能实现的跨度范围已经越来越大。结构节点形式比较多，根据不同的施工需求，应当采取不同的结构形式，比如北京奥运会羽毛球馆的顶部，就采用了大跨度钢结构，成为世界上跨度最大的弦支穹顶钢结构。由于大跨度钢结构的施工工程量和施工难度都比较大，其间所使用的构件数量会比较多，通常而言能有十几万个。

2.2 大跨度钢结构的类型

首先，大跨度钢结构施工当中最常用的一种空间结构是网架结构，采取了支撑性更强的架构形式，利用空间布局，有效达成连接建筑构件的作用。在实际的施工过程中，网架结构的施工效率比较低，同时成本较高，但是其稳定性和外观美观性都比较强，性能比较优越。第二，大跨度钢结构也可以采用网壳结构，即一种成网状形式的结构。网状分布能够有效平衡构件结点的水平压力，提升钢结构的整体稳定性，所能提供的支撑力也比较强，在施工的过程中，网壳结构的搭建和安装都比较便利，这种结构形式具备较强的发展空间。第三，大跨度钢结构的形式也可以是悬索结构。悬索结构是利用具备一定柔性的绳索材料来拉动整体，给其较强的承重拉力的结构。如果绳索结构的钢结构使用性能更好的柔性材料，则能够产生更好的承重力，使结构性能上升一个等级。除此之外，悬索结构的自重较轻，在施工安装时操作方便，能够节省许多材料，具备较强的优势。

2.3 大跨度钢结构施工方法

大跨度的钢结构在施工的时候，主要采用的施工方法有高空散装法、分块吊装法、分条吊装法、整体吊装法、整体提升法、折叠展开安装法等。首先，高空散装法指的是将整个钢结构拆分成不同的构件，生产厂家需要制造出对应的散装构件，在高空中确定合适的位置，将相应的散装构件进行组织拼装，结合形成稳定的大跨度的整体。这种施工方式非常适用于场地比较小、地势比较复杂的结构工程。其安装灵活性较强，能够适用于大多数的情况，安装方便，不占地方。但其缺点也比较明显，制作材料的工序麻烦，所需耗费的施工时间长。分块吊装法和分条吊装法指的是将拼装好的部件构成块状结构或条状结构，然后再将其运送至相应的位置，其具备较为灵活的施工可能性。整体提升法是在地面上将所有的钢结构材料拼装完成后，整体运送到相应的位置。虽然这种方式比较节约施工成本，但是也存在着一定的局限性。整体吊装法需要分为三步，整体拼装后通过起重机将整体钢结构运送到指定位置，再通过相关工艺在相应的位置进行固定施工。整体顶升法指的是在设备和轨道不同时，将钢结构支柱置于设备之下，再缓慢提升到指定位置。折叠展开安装法主要适用于网壳结构的钢材料，核心思想是降低原装的高度，再通过起重设备将结构体吊起至指定位置。

3 大跨度钢结构施工安装变形控制技术方法

3.1 合理选择大跨度钢结构变形控制技术

许多大型的建筑工程当中，都需要使用大跨度型钢结构，比如机场、体育场、大剧院等。但是针对不同的施工结构和实际情况，所适合采取的大跨度钢结构也有所不同。在施工安装的过程中，常常会因为材料焊接不良、结构不稳等因素，使得大跨度钢结构出现变形，所以应该合理选择大跨度钢结构变形控制技术。首先是大跨度钢结构构件和异形节点的制作技术，要确保钢结构构件和异形节点的受力稳定性。为了更好地保证钢结构的质量，确保钢结构的整体稳定性，应当充分发挥滑移施工技术的作用，使用整体滑移施工技术将钢结构进行有效的牵引控制。在使用整体提升施工技术时，可以有效地保证大型结构姿态的平稳性以及相应的施工负荷的均衡性。比如可以有效使用液压千斤顶，通过这种动力设备提升运作的可靠性，还可以针对高层的大型建筑，采用可靠安全的高空无支托拼装施工技术，使得施工的过程更加流畅，不需要额外的依靠支撑平台，更快速地提升现代化的综合运用水准，构成完整的结构体。对于大多数的建筑工程而言，计算需要采用的变形控制技术也有所区别，制定严格的吊装流程计划，针对不同的变形突发情况进行有效控制处理。

3.2 采取规范的钢结构安装顺序

大跨度钢结构的安装过程应当遵循《钢结构工程施工规范》，确定安装流程中必须明确的指标，同时也要结合建筑的高度、尺寸、位置等具体的工程细节，确定钢结构安装的标志点、轴线、标高等等。在安装之前，必须严格测量好相应的位置点，同时进行精确的校正工作，确保位置点的合理性。在进行安装时，确保作业通道和防护措施的可靠性，考虑当天的气候因素，提前采取应对措施，以防突发天气造成的安全隐患，对钢结构进行焊接时，做好防风、防水等措施。焊接的部位应当保持整洁，确保焊接的稳定性，不能存有不当的缝隙，要注重安装的钢结构梁柱在接口处的焊接工作，确保焊接工作的完成度和钢结构的良好性能，注重安装施工的质量。针对性地提升施工安装的水准，根据不同的结构，安装方式及焊接的顺序也有所不同，通常是采取由下至上的焊接方式，规范的钢结构安装顺序可以帮助提升钢结构的稳定性，减少变形的风险。

3.3 采取正确的钢结构吊装顺序

采用大跨度钢结构的工程，通常都是工程量比较大的大型建筑，在大型建筑的上层区域，距离地面有着较大的距离，经常需要使用吊装机对钢结构进行吊装。在吊装之前，应当确定好施工的先后顺序，可以先拼装、再固定，也可以先运送、再拼装、再固定，采用履带吊车的通道对相应的构件进行运输和吊装。地下室通常会采用钢骨柱的钢结构，也需要通过吊车将其路基板运送到相应的位置。整体施工过程中，吊装工序的空间顺序应当是由下至上，采取合理的方法进行吊装。不同的结构所采取的吊装调配的方式也有所区别，安装的钢结构位置应当根据实际的施工方向来调整。采取正确的钢结构吊装顺序，保证钢结构的整体性，实现更良好地对大跨度钢结构施工安装过程变形情况的控制。

3.4 采用合适的支撑系统

想要提升大跨度钢结构的安装稳定性，对变形情况进行一定的控制，就需要给大跨度钢结构提供良好的支撑系统，进行合理的支撑设计。根据吊装时的受力情况确定支撑支架，临时的支撑支架应当结合实际的需求，经过验收之后才能使用。支撑支架通常具备重要的功效，在吊装结束之后需要及时对临时的支撑支架进行拆卸，所以临时支撑支架也要具备便于拆卸的特点。除此之外，大多数情况下所使用的施工承重支撑胎架才是主体的支撑结构。通常采用分段吊装的形式完成承重支撑胎架的搭建，采用构架式钢管柱作为主要的承重胎架的支柱，采用连续的环形支撑架结构，能够提升定位的稳定性，确保在高空运作的过程中钢结构能更牢固地安装好。钢结构设施在临时完成混凝土结构的连接后，在设置之处应当结合支撑架的位置，对钢梁结构进行受力转移，将承重支撑的受力主要移动到制混凝土的支柱上，确保吊装整体支架的安全。在完成支撑胎架的设置之后，也要对定型的模板标高进行适当的调整，确保标高位置的合理性，支撑台下的设计结构要符合钢管的设计规范标准。结合受力荷载的力学原理，确定支撑荷载，采用合理的大跨度钢管构式结构，提升支撑结构的稳定性。

3.5 结合大跨度钢结构施工力学原理

为了进一步提升大跨度钢结构的结构稳定性，可深入研究其施工力学的原理，因为大跨度结构具备比较长的长度，在每个阶段当中都有着不同的受力状态。受力状态变化的过程里，大跨度钢结构会因为结构内力和位移，发生一定的改变。影响施工力学结构变化的因素非常多，需要对全过程进行跟踪分析，才能够全面了解施工力学的整体作用过程。相应的激活元素会在受力状态内对结构产生新的荷载，从而产生新的内力，内力可能会导致变形状态的出现。所以，要结合工程的实际情况，采用力学分析的方式，精准测量各项重要指标，计算出受力点的受力情况，计算出变形时承受的荷载，考验在荷载程度内其是否会出现内力变化的情况。通过分析大跨度钢结构的位移和内力变化情况，对施工全过程的力学进行整体的计算与检测，保证大跨度钢结构的施工过程处于安全可控的状态，最终根据施工力学的变化情况，找出其可能存在的变形点，制定更合理的改进措施，调整力学结构。

3.6 精确地计算临界荷载

对于大跨度的钢结构体系而言，其所需要达到的稳定承载力标准也更高，相较小跨度的钢结构，其具备的不稳定性更强，所能够承受的荷载也更大，但具体的临界荷载的数量，应当结合实际情况来精确计算。构建强度和相应的规范要求要相匹配，如此一来可以有效提升大跨度钢结构体系的整体承载能力，确保其不会突破临界承载荷载。想要计算出临界荷载的具体值，应当通过变换结构的受力情况和结构形式的方式，调整大跨度钢结构，使其具备不同的变量情况，综合测试出最接近真实值的临界荷载，对相应的预定力构建安全系数进行优化，规范整个施工过程的结构力学操作。主要计算钢结构在双重抗测力的情况之下存在的临界荷载，利用力学计算公式核算具体的钢结构程度，以提升性能为标准，规范钢结构施工操作行为。对大跨度钢结构的力学荷载设计方法进行优化，高效率地分析荷载结构并进行精确的运算，制定出详细的优化规范，提升临界荷载设定的高效性和可靠性。

3.7 优化焊接工艺，防止焊接变形情况

焊接变形的情况在大跨度钢结构施工过程中也经常出现，因为工程量很大的钢结构体往往非常复杂，具备很多需要弯折的地方，需要通过焊接的形式完成拼接、焊接的技术工艺。焊接技术具备一定的不稳定性，会随着外界环境的一些变化而受到相应的影响。通常情况下，操作不当可能会使得大跨度钢结构在焊接的过程里，出现构件部分之间受热不均的情况。当受热情况不稳定时，局部出现高温，局部温度不足就会导致部分构件区域出现热膨胀的反应，而在那些受到导热影响较少的部分，温度则偏低，受到热胀冷缩效应的影响，一部分膨胀，一部分收缩，进而导致钢结构出现不同程度的变形。除此之外，部分操作人员可能会控制不了焊接的程度，出现过度焊接的情况，导致钢结构受损融化，失去所应具有的原本模样，降低了钢结构的硬度。想要针对性地控制焊接变形的情况，可以对构建的平台区域结构重新进行优化，避免位移偏差等情况。保证更稳定的基础架构，提升整体结构的平稳程度，使得钢结构在焊接的过程里，不会出现交叉和缝隙，也不会出现焊接变形。

4 结束语

综上所述，文章针对性地分析了大跨度钢结构的特点、施工方法等，并提出了有效控制大跨度钢结构施工安装变形的技术方法。大跨度钢结构在现代化建设工程中应用广泛，具备尺寸大、强度大、性能优等特点。其空间结构类型也有很多种，比如网架结构、网壳结构、悬索结构等等。在施工过程中所使用的施工方法有高空散装法、分块吊装法、分条吊装法、整体吊装法、整体提升法、折叠展开安装法等等。为了控制其施工安装过程中的大跨度钢结构构件变形情况，所应当采取的技术方法有合理选择大跨度结构变形控制技术，采取规范的钢结构安装顺序，采取正确的钢结构吊装顺序，采用合适的大跨度钢结构支撑系统，结合大跨度钢结构施工力学原理进行施工，精确地计算出临界荷载，保证大跨度钢结构不超过荷载。优化焊接的工艺，防止焊接变形。