探析大跨度空間鋼結構施工技術

王振林

黑龍江利瑾海納工程造價咨詢有限公司

探析大跨度空間鋼結構施工技術

王振林

黑龍江利瑾海納工程造價咨詢有限公司

隨著社會經濟的不斷發展，人們在追求建筑藝術的同時，也對建筑的結構提出了新的要求。目前的建筑市場上大跨度鋼結構工程不斷涌現，尤其是對大型火車站、體育館等建筑的渴望，使得國內鋼結構施工技術面臨著巨大的考驗。

大跨度；空間鋼結構；施工；技術

一、大跨度空間鋼結構的特點

1.結構形式多樣化和復雜化

新型大跨度空間鋼結構形式多樣，并不拘泥于傳統的單一結構，在其發展中不斷地涌現出各種各樣的結構形式。

2.結構跨度大、鋼板厚

現代建筑對審美和功能性要求比較高，因此空間鋼結構之間的跨度就愈來愈大。端方向上的跨度已超過百米的建筑越來越多，例如“鳥巢”的短向跨度已達到296m，這種鋼結構選用的都是高強度的鋼材，高板厚度甚至超過10 cm。

3.預應力技術的大量應用

預應力技術的充分應用，使其涌現出了一批新型的建筑結構，如張拉整體結構、索穹頂及索膜結構。

4.節點形式復雜多樣

現代大空間結構為了滿足建筑造型的需求，通常選用各種節點形式的仿生態建筑。例如鍛鋼節點、鑄鋼節點、球鉸節點等。

5.構件數量及截面類型多、設計難度大

針對大型建筑來說，它通常是由上萬個，甚至于是幾十萬個構件組成，而且構件的長度、形狀、尺寸、截面均有不同，所以給建筑施工單位的放樣工作帶來了很大的難度。對于部分彎扭構件必須進行專門的試驗才能投入使用。

6.構件的加工難度大，精度要求高

通常來說大跨度工程多是國家重點工程，相對來說建筑質量要求高。因此必須要加強對構件加工精度的把控，在構件施工時焊接的等級需要要達到一級，這樣不可避免地為建筑施工增加了難度。

7.現場的焊接工作量大，施工技術難度高

施工前為了保證施工的精度，往往要進行預拼裝，而且施工現場的焊接工作量很大。由于大跨度空間鋼結構新型的結構特點，施工中必須要采用先進的施工技術，這樣才能保證施工的經濟安全。

二、大跨度空間鋼結構施工的關鍵技術

近些年來隨著鋼結構造型不斷追求藝術化，施工中所采用的鋼結構方法也隨之改變，不同的鋼架結構體系在建造成型過程中采用的施工技術也是不同的。

1.分段吊裝鋼結構法

這種結構通常應用在大型體育場、會展中心的建筑中。針對大型鋼結構的體育場，由于觀眾席的看臺位置比較高，而且相對比較集中，所以采用分段吊裝鋼結構的辦法實現。

2.滑移施工法

滑移施工方法必須要在一定條件下才能進行，這種方法要求建筑結構類型整齊，通常是有規則的軸線，例如圓形或是矩形；主桁架結構形式基本相似等；在場地或者空間受到制約的時候，施工被局限在某個區域或者吊裝等情形下可以選用滑移施工法。

3.高空散裝法

此法適用于建筑單位面積對鋼的需求少的工程，通常采用的是網架結構，或者是有張拉弦的管桁架結構。這種方法的優點就是安全，同時施工時可將控制點進行細化，進而保證施工的質量；缺點就是在施工中支撐用腳手架搭設數量比較多。

三、結合工程實踐分析大跨度空間鋼結構施工技術

1.工程概況

某建筑工程總面積為20 680m2，建筑設計為了使空間利用最大化，在屋蓋設計時選用了大跨度鋼拱支撐空間管桁架+實腹式工字鋼梁結構受力體系。主體結構由兩個拱和十八個榀鋼架組成。桁架拱跨度為91+48m，矢高為29m。平面桁架最大跨度38 m，實腹式工字鋼梁最大跨度16m，梁高800mm。

2.施工方案分析

在本工程施工中，難度最大的要屬桁架拱的安裝，在屋頂結構設計時選用了格構式的構造，這樣在很大程度上降低了其吊裝過程中的重量，但在本工程中整體吊裝法在吊裝高度達到33m高度難以實現。在通過對幾種施工方案的對比選擇之后，最終采用了分段吊裝法施工。在本工程中桁架拱的尺寸比較大，在對拱做分段處理時，必須要全面考慮吊裝中的各部分構件變形及其經濟性。

3.結構施工

（1）主體構件加工

桁架拱的截面是三角管的形狀，為本工程鋼結構的主要構件，其總跨度約為140m，根據上述方案采用的是分段吊裝的方式，其桁架拱單元吊裝尺寸為24m，各桁架邊長均大于5m。

1）主要材料

本工程主要運用的鋼構件有圓鋼管和H型鋼兩種。

2）胎架布置及要求

依據現場實際施工情況，最終采用路基箱、H型鋼以及千斤頂共同搭設而成的平臺來進行桁架拼裝焊接。胎架的布置必須要在安全的基礎上滿足施工所需強度，保證路基箱與胎架底部焊接安全可靠。

3）構件拼裝流程

在進行構件拼裝時首先要在兩側胎架上下部位各放置上弦桿和第一根下弦桿，并且將上下弦桿之間的腹桿焊接，然后在其中一側的胎架上方布置第二根下弦桿，最后在第二根下弦桿和上弦桿之間焊接腹桿。

（2)結構吊裝

從建筑的結構特點以及工程現場的施工環境，析架拱的施工應該選用分段吊裝法，此方法的實施需要一臺不低于150 t的履帶吊車，吊裝析架拱時，必須對其分成最少六段進行吊裝。對兩榻析架拱間的工字鋼梁進行吊裝施工時應選用一臺不低于50噸的履帶吊，吊裝開始時必須要在析架拱節點的正下方的位置進行措施析架的搭設，析架搭設完成后還必須對析架拱的位置進行調整找正，完成后再進行分段吊裝。兩榻析架拱之問的字鋼梁工字鋼梁是山一個直線段和兩個v形段所組成，山于v形段的水平長度超過了3m，因此在吊裝過程中在直線段與v形段相交處的正下方進行臨時支撐措施的搭設，搭設完成調整完成后開始吊裝。吊裝開始時先吊裝v形段，將其與析架拱相拼接后，再吊裝直線段。需要注意的是，在進行吊裝時，必須結合場地的實際情況選擇符合的吊裝機械，以此來確保整體拼裝的精度。

結語：

目前，在我國鋼結構住宅仍處于發展啟動階段，并沒有形成成熟的配套技術，在施工中也有許多問題亟待解決。因此，在進行大跨度空間結構施工時必須要嚴格按照施工要求進行施工，加強質量管控。

[1]鮑廣鑒,李國榮,王宏,羅軍,曾強,陳柏全.現代大跨度空間鋼結構施工技術[J].鋼結構.2005(01)

[2]董石麟.預應力大跨度空間鋼結構的應用與展望[J].空間結構.2001(04)

[3]郭彥林,崔曉強.大跨度復雜鋼結構施工過程中的若干技術問題及探討[J].工業建筑.2004(12)