淺析大跨度空間鋼結構施工技術

王重群

摘要：近30年的時間，大跨度空間鋼結構在美國、歐洲、澳大利亞、日本等發達國家得到了快速的發展，它的跨度、規模變得越來越大，新的材料、技術的應用更為廣泛，結構形式變得更加豐富。我國大跨度空間結構基礎相對薄弱，隨著國家經濟的發展和實力水平的提高，近年來的發展相對迅速。2008年的奧運場館建設為大跨度空間鋼結構的發展帶來新的契機，涌現了一批結構新穎、技術水準較高的建筑，同時，也給中國的建筑業帶來新的挑戰。

關鍵詞：大跨度 空間 鋼結構 施工技術

中圖分類號：TU392文獻標識碼：A

一、分析大跨度空間鋼結構的特點

現階段，我國大跨度空間鋼結構的基礎相對較弱，但其發展速度和應用規模達到了新的高度，這反映了我國經濟社會的快速發展。大跨度空間鋼結構的特點主要包括以下幾個方面。

1、節點形式更為復雜

在現階段，大跨度空間鋼結構的一個特點就是節點形式變得更加復雜。節點形式不但有鑄鋼節點，而且有球鉸節點、鍛鋼節點等各種形式的節點。

2、結構形式多樣化和復雜化

大跨度空間鋼結構發展初期，結構比較簡單，但經濟社會的不斷發展對大跨度空間鋼結構提出了新的要求。大跨度空間鋼結構變得更加復雜，新的組合、形式不斷出現，使得大跨度空間鋼結構的發展更加活躍。鳥巢體育館采用的結構是扭曲空間析架結構，這種結構較為復雜，從另一個側面反映了大跨度空間鋼結構的發展狀態，它的形式和結構趨于復雜。

3、構件加工的難度加大，加工精度的要求提高

國家級或城市的標志性建筑這些重大工程對精度要求一般較高，它不僅要求精度較高的構件，還要求十分嚴格的焊接技術，這在某種程度上使得大跨度空間結構的施工對質量提出了更加嚴格的控制。

4、鋼材等級變高，鋼板厚度加厚，結構跨度變大

現代大型建筑規模和跨度變得越來越大，從幾十米跨度到上百米甚至幾百米的跨度，發展異常迅猛。此外，鋼材的等級也在不斷增加，鋼板的厚度加厚，據相關數據的統計，某些建筑采用的鋼板厚度超過了120mm，而且還有不斷增加的趨勢。

5、構件數量、截面類型多，設計難度變大

現代房屋的構件數量不斷增加，從幾百個、上千個到現在的幾萬個。這些構件的橫截面積并不完全相同，在尺寸和長度上有所差異，給房屋的施工帶來不便。

6、大量應用現代預應力技術

預應力技術有助于提高構件的剛度，使其更加持久、耐用，這一技術在弦支彎頂結構有所應用。以北京工業大學體育館為例，它是奧運會的羽毛球館，采用的就是應用了預應力技術的弦支彎頂結構。

7、加大現場焊接工作量和施工技術難度

采用大跨度空間鋼結構構件數量的建筑工程在不斷增加，這些工程提高了對精度的要求，這也使得焊接工作的工作量增加，施工難度加大，要采用先進的管理、技術，才能保證施工的質量。

二、大跨度空間鋼結構房屋施工中應該注意的技術問題

在大型的空間鋼結構建造過程中，施工技術是非常關鍵的。制定合理的施工方案、科學的分析施工過程，才能保證房屋結構的安全和經濟。現階段，一些大型空間鋼結構的施工，突破了傳統的施工方法，向高科技領域不斷邁進，使傳統的施工技術面臨著前所未有的挑戰。科研、設計和施工單位應該共同合作，創造出更加科學、合理的施工技術。在研究、開發和創造過程中，應注意以下幾個方面。

1、使用施工監測分系統

要分析施工過程中影響目標實現的因素，需要使用施工監測分系統進行檢測。使用該系統可以監測施工過程中的相應參數，包括誤差參數、狀態參數和結構設計等，確保工程在合理的范圍內。

施工監測不僅能對工程施工進行控制，而且能夠確保在施工過程中結構的安全和標準。施工監測主要的工作是通過儀器儀表，測量構件的幾何尺寸，材料的容重、彈性的模量，環境溫度，以及施工階段的變形、位移和應力等。施工監測的監測內容主要包括變形監測、應力監測。變形監測多采用測距儀、水準儀、全站儀、光電圖像式撓度儀等，以對鋼結構的關鍵節點進行監測。同時，對溫度進行監測時，要注意應在構件或結構溫度趨于穩定后方可進行，以免使結果產生的誤差較大。應力監測采用電阻傳感器和鋼弦式傳感器，電阻傳感器使用不便、持久性差，只適用于較短時間的荷載增量應力測試。對于現場情況相對復雜、持續時間較長的監測，鋼弦式傳感器比較適合。

2、安裝施工仿真技術

近些年來，大跨度空間鋼結構施工的關鍵問題主要是仿真技術的應用。仿真技術可以模擬整個施工過程，了解施工過程的要點如構件受力情況，能夠對施工中安全問題進行預測。在仿真工作中，需要把施工環節的安全因素考慮在內，以確保施工過程的順利進行。采用仿真技術主要是仿真五個方面：第一是仿真大型構件的吊裝過程；第二是仿真施工各個環節的具體工況；第三是仿真構件的預變形情況；第四是仿真構件的拼裝過程；第五是仿真施工完成后相關部件的拆卸。在仿真技術應用過程中，對一些問題和施工過程中不太確定的環節要仔細分析，以便能夠保證施工的準確度和安全性。

3、合理選用安裝方法

構件的安裝有很多方法可供選擇，對于這些方法要仔細分析，有些可能適用，也可能只有某一個方法適用，這就需要工作人員做出準確的判斷。在施工過程中只有對施工對象進行合理、科學的評估，才能夠選取恰當的方法。常見的施工方法有高空散裝法、高空滑移法、分條或分塊安裝法、整體提升法、整體吊裝法、整體頂升法等六種，相對復雜的施工可以將兩種或多種方法結合起來進行施工，必要的時候進行相應的創新，采用高空曲線滑移技術、網殼結構折疊展開式整體提升技術、滑架法施工技術和其它相關的技術，都可以使整個施工過程更加順利的進行。

4、關于CAD設計和CAM制造技術的問題

CAD設計和CAM制造技術的采用，在很大程度上有助于大跨度空間鋼結構的施工。CAD設計和CAM制造技術通過結合計算機的相關技術，可以進行三維實體建模，對施工過程各個環節進行高度模擬，進而能夠對整個施工過程進行更好的控制。此外，CAD設計和CAM制造技術還可以大幅度提高施工工作效率，減少施工誤差，對房屋施工的質量進行嚴格控制，從某種程度上講，CAD設計和CAM制造技術對大跨度空間鋼結構所起的作用是非常顯著的。

結語：

隨著大跨度空間鋼結構的向前發展，它的施工難度會加大，技術要求也會提高。施工技術是一門應用學科，它的發展需要廣大科研工作者投入巨大的精力不斷地研發和創新，通過實踐不斷地進行探索，在研究的過程中要及時地總結經驗，這種做法能夠積累一定的經驗，使大跨度空間鋼結構的工程在實際施工時有規律可循。房屋施工的關鍵問題要結合實際情況以采取應對措施，保證房屋施工的順利進行。筆者對基于大跨度空間鋼結構的房屋施工技術進行了一些研究，以期能夠給以后的工程項目和施工工作提供相應的參考。

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