大跨鋼結構選型與施工安裝技術

摘 要：20世紀后半葉，土木工程和結構工程取得令人歡呼鼓舞的成就，發達國家開始籌劃建造更高、更大、更長超大型復雜結構物，來滿足人們對不斷擴大的生活空間的追求。當前，我國經濟高速發展，基礎設施建設突飛猛進。人民生活水平日益提高，大跨鋼結構正是在經濟和社會發展的產物。很多復雜因素影響大跨空間鋼結構選型，單獨地考慮其中任何一種因素，都可能使得大跨空間鋼結構選型結果產生誤差。然而從實際應用的角度來看，所考慮的因素的增加必然使選型過程過于復雜，加大模型處理的難度。對一個空間鋼結構而言，往往有多種可供選擇的施工方法，每一種施工方法都有其自身的特點和不同的適用范圍。施工方法選擇的合理與否將直接影響到施工進度、工程質量、施工成本等技術經濟指標。本文首先分析了在對大跨鋼結構進行選型時，需要考慮的一些重要因素，然后進一步的討論了大跨鋼結構的施工安裝技術。

關鍵詞：跨度 寬度 建筑功能

中圖分類號：TU391 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）07（b）-0073-02

就當前大跨度鋼結構而言，其覆蓋的范圍很廣且包括的內容很多，導致不能對其進行比較好的定義。隨著建筑科技的不斷發展，大跨結構的具體跨度數值也在不斷的變動。在一些論文中將跨度超過60 m的結構稱為大跨度結構。就我國的空間鋼結構而言，其基礎是比較薄弱的，但是隨著現代預應力技術的引入，空間鋼結構得到了前所未有的飛速發展，從起初的平面桁架、平板網架轉到了空間立體桁架、多層網架等，使得我國大跨鋼結構體形更為豐富，同時也更加充分的展示了先進性、合理性、經濟性。

1 大跨度鋼結構選型需要考慮的因素

1.1 跨度與寬度因素

隨著社會的不斷進步，人們對大空間結構的需求也越來越高，這便在一定程度上引起了各種不同大跨空間鋼結構形式的出現。對于不同的大跨空間鋼結構形式其適用于不同的跨度，需要注意的是一旦跨度不合適便會使得其結構空間性能和剛度合適性變劣，可見在大跨空間鋼結構選型中，需要十分注重跨度的選取。由于大跨空間鋼結構屬于空間受力的結構形式，所以其具有不宜分解為平面結構體系的三維形體，該結構在荷載的作用下一般呈空間工作的結構。可見長度對于鋼結構整體的影響也是不容忽視的。

1.2 鋼結構的建筑功能

在建筑業中，將大跨空間鋼結構建筑定義為：是建筑師根據不同的功能組合形成的綜合形象。在進行建筑時，需要考慮的因素主要包括：（1）大跨鋼結構建筑本身的采光及通風，保溫及隔熱；（2）該建筑物與周圍環境的協調美以及自身的形象美等。

以下是對上述兩個方面的進一步闡釋：（1）自然采光及通風會直接影響到大跨結構的形體變化；（2）由于大跨空間建筑體的容量大，所以需要考慮人置身其中的舒適感，所以需要考慮其結構的保溫及隔熱效果；（3）與周圍環境的協調美：指由于大跨空間建筑基地環境是不同的，所以對建筑體量的安排、形體的塑造、尺度的處理需要根據環境的不同而不同。

1.3 大跨結構荷載類型

就建筑物而言，其在使用的過程中必須保證具有足夠的承載能力，以便應對各種荷載作用，在對大跨鋼結構進行選型時，需要考慮的荷載類型有如下幾種：（1）地震荷載和自身重量為主；（2）風荷載、雪荷載以及車輛荷載等。就同一種大跨空間鋼結構而言，其在不同的荷載類型下，構件受力均勻與合理性也是不同的。鑒于此，在進行選型時需要合理的考慮建筑物可能會承受的荷載。

1.4 大跨鋼結構的平面形狀

采用不同的大跨空間鋼結構會在一定程度上影響構件的受力均勻與合理性。現如今工程中常用的一些形狀有：矩形、正多邊形、圓形、橢圓形、菱形及組合形。當大跨鋼結構的平面形狀為圓形時，充氣式薄膜結構的受力均勻與合理性是比較好的；對于長寬比為1.6的矩形平面，當采用柱面網殼結構時，其受力均勻與合理性較好。在對建筑的平面形狀進行選型時，可以通過受力等方面來選擇平面形狀。

2 大跨度鋼結構施工安裝技術

2.1 高空散裝法

高空散裝法指的是：將鋼結構的全部桿件和節點，這里的節點也包括小拼單元，直接在高空設計的位置處進行拼裝。工程中所謂的高空散裝法一般分為兩種：（1）全支架法，該方法多用于散件拼裝；（2）懸挑法，主要運用于小拼單元在高空的拼裝。高空散裝法常使用于非焊接連接的網架、網殼以及桁架等，其缺點在于高空作業量較大，同時需要大量的支架材料和設備。

2.2 鋼結構的分條安裝法

分條安裝法的實質是：先將鋼結構分割成條狀或塊狀單元，然后利用機械將其吊裝至高空設計位置進行拼裝的安裝方法。在使用該方法中，需要注意的是：（1）分割得到的單元，其剛度和受力改變是比較小的；（2）分割的尺寸是需要根據起重機的負荷能力來決定。該方法的優點在于可以在地面進行焊接、拼裝，既使得高空作業少，有利于工作人員控制質量，同時也在一定程度上省去了大量的拼裝支架。

2.3 高空滑移法

高空滑移法的實質是先將鋼結構按條狀單元進行一定的分割，而后將這些單元鋪設在預先已經準備好的滑移軌道上，以便將單元由一端滑移到另一端進行拼裝。工程中常用的高空滑移法有兩種：（1）單條滑移法，既是將單元分別從一端滑移到另一端進行就位安裝，在高空處對單元進行連接；（2）逐條累計滑移法，既是先將單元滑移一定距離后，再將其與第二個單元連接，而后將兩個單元一起滑移一定距離，再連接第三條，直至連接上最后一個單元。如圖1。

2.4 整體吊裝法

工程中所謂的整體吊裝法，其實質是先將鋼結構在地面進行拼裝之后，利用機械設備將整體吊裝至設計標高并固定的方法。這種方法最大的缺點在于，其需要巨型的機械設備，并且對機械安置地點下方的承受力的要求較高，同時也會在一定程度上影響土建的施工作業。

2.5 整體頂升法

整體頂升法的實質是將柱作為滑道，然后利用千斤頂將結構逐步地頂升到設計位置的施工方法。工程中常常將整體頂升法與整體提升法搞混，它們的區別在于兩種方法利用的提升設備的位置不同，整體頂升法的提升設備位置一般位于結構支點的下面，而整體提升法則與之相反，并且兩種方法的作用原理相反。

3 大跨度鋼結構施工中需要考慮的問題

施工技術對于大跨度鋼結構的建造是至關重要的，只有合理的施工方案才可以保證施工的安全性。隨著大跨結構的日益發展，傳統的施工技術面臨著前所未有的難度和挑戰。因此我們需要開發和創造出更加科學的施工技術，以便可以滿足施工的需要。在對施工技術進行研究時，需要著重考慮以下兩個方面。

（1）利用高科技技術。

隨著科技的不斷發展，在實際的施工中我們可以利用先進的數控設備來提高生產效率和實現定制化目標。

（2）選擇合理的安裝方法。

在對大跨度鋼結構進行安裝時，不能僅限于用一種安裝方法，而應該巧妙的運用幾種基本方法來進行安裝，以便達到更好的安裝效果。

4 結論

在進行大跨度鋼結構的設計中，對鋼結構體系的選型是十分重要的，因為其不僅僅關系到結構整體性能的最佳發揮，同時還直接影響著建筑的綜合造價，更有甚者會在一定程度上限制結構的造型以及結構本身的使用功能，可見，在對結構進行選型時應當綜合考慮其影響因素：建筑功能、受力性能、經濟性能、施工可行性等。

參考文獻

[1] 高校良.高層鋼結構工程質量控制[M].北京：中國計劃出版社，1995.

[2] 夏忐斌.鋼結構設計原理[M].北京：中國建筑工業出版社.