大跨度鋼結構屋蓋安裝施工技術的應用研究

何靜

摘 要：隨著大跨度鋼結構體系的日益復雜與跨度不斷增加，其施工安裝技術遇到了新的機遇與挑戰。各種傳統的鋼結構施工方法已不能完全適應當今大跨度鋼結構的施工要求，為了適應其結構發展，各種經濟高效、安全可靠的新型安裝技術不斷出現。本文歸納并總結了大跨度鋼結構常規及新型的安裝施工方法，并分析了其各自的適用條件及特點，旨在為大跨度鋼結構的安裝施工技術提供理論及技術指導。

關鍵詞：大跨度；鋼結構；安裝施工技術

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.09.098

0 引言

大跨度鋼結構安裝施工方法多種多樣、層出不窮，選擇一個安全合理、經濟可靠的安裝方法是制定安裝方案的重點和難點。大跨度鋼結構安裝施工方法的選擇與其結構類型息息相關，同一結構類型可采用多種安裝方法，但只有對比選擇出最佳安裝方法，才能保證工程的施工質量、人員安全、進度要求，才能最大限度的節約成本。

1 大跨度鋼結構常規安裝施工方法

1.1 高空散裝法

高空散裝法是先在地面搭設臨時支架，再用起重設備將桿件吊至相應的設計位置，然后在已搭設的臨時支架上拼裝成整體的結構安裝方法。高空散裝法有全支架法和懸挑法，其中全支架法多用于散件拼裝，而懸挑法多用于小拼單元在高空總拼，目前我國全支架法應用廣泛。高空散裝法的優點是不需要大型起重運輸設備，在高空一次拼裝完畢，可適應于起重能力薄弱或運輸困難的山區，但其缺點是現場高空作業多，臨時支架用量大。

1.2 分條或分塊安裝法

分條或分塊安裝法是指將結構沿長跨分割成若干條狀單元或沿縱橫兩個方向分割成若干塊狀單元，先將這些單元在地面拼裝，然后將其分別用起重設備吊至相應位置，拼裝成整體的結構安裝方法，對桁架、網架、網殼結構較為適用。該法因大部分的拼裝作業是在地面完成的，質量容易保證，并能省去大部分臨時支撐，節省時間，降低成本。

1.3 高空滑移法

高空滑移法是指將被分割的條狀網架單元沿事先設置的滑軌單條或逐條累積后滑移到相應的位置，拼裝成整體的安裝方法。采用這種方法，結構安裝可與下部其他作業平行立體施工，從而縮短工期，同時條狀單元可在地面完成拼裝后再起吊至平臺滑軌上，也可將散件直接吊至平臺后拼裝，故該方法對起重設備要求不高，成本低，尤其適用于場地狹小、需跨越其他結構設備或進行立體交叉施工的情況。

1.4 整體安裝法

整體安裝法是將結構在地面拼裝成型后，直接通過相應的設備將其送至設計位置安裝就位的安裝方法。這種方法由于在地面完成拼裝工作，易于保證結構質量，不需要高大的拼裝支架，高空危險作業少。根據使用設備的不同，該法又可分為整體吊裝法、整體提升法和整體頂升法。

（1）整體吊裝法：是利用一臺或多臺起重設備將已成型的結構吊至設計位置，故該法需要起重能力較大的起吊設備，有時需要多臺起吊設備同時起吊，技術難度高。

（2）整體提升法：是利用安裝在柱頂的小型設備如升板機、液壓千斤頂等將已成型的結構提升至設計位置，該法不需大型起重設備，所需機具和安裝工具簡單，提升平穩，同步性好，功效高，施工安全。

（3）整體頂升法：是利用建筑物承重柱作為頂升的支承結構，用千斤頂將已成型的結構頂升至設計標高，特點同整體提升法，只是設備安裝位置不同，提升法設備安裝在結構上部，而頂升法設備安裝在結構下部。

2 大跨度鋼結構新型安裝施工方法

近年來，隨著鋼結構不斷向更大跨度、更高高度和奇特造型發展，鋼結構安裝施工難度越來越大，對施工技術的要求也越來越高，上述單純的常規施工方法已難以滿足現代鋼結構的施工要求，與此同時為了適應結構形式的發展，國內外學者在綜合上述常規施工方法優缺點的基礎上，研究出了一些新型的安裝施工方法，取得了一定的經濟效果和社會效益。

2.1 “攀達穹頂”整體頂升施工法

穹頂結構使用歷史悠久，而近代的殼體結構和空間網架結構就充分利用了穹頂結構的三維立體特征，而穹頂的空間立體性反而成了該結構體系在制作安裝時的障礙，攀達穹頂施工法正是為暫時取消穹頂在制作安裝過程中的這種立體特性而提出的。

攀達穹頂施工法的核心思想是通過臨時去掉一些桿件并在結構中設置單軸鉸使穹狀結構在建造的一個時期內暫時成為幾何可變體系，從而在施工中可被折疊，結構即可在地面上或在一個相對較低的高度上進行組裝。不僅是結構主體，室內外裝修、電氣及機械設備的安裝也可在較低的高度上進行安裝，這樣便可使安裝工作安全、迅速、經濟地完成。然后采用吹氣設備提高穹頂內的氣壓或采用千斤頂等頂升設備將其頂升至預定高度就位。當結構達到最終形態后，再將施工中臨時去掉的桿件安裝在相應位置上，完成整個結構的安裝。該法具有施工速度快、造價低、安全可靠及施工質量易得到保障等顯著優點。

2.2 “折疊展開式”整體提升施工法

目前國內采用整體提升法和整體頂升法對網架、網殼結構的安裝運用越來越廣泛。但這兩種方法在結構提升或頂升的過程中，僅僅是向上平動的過程，內部各點之間并無相對位移，所以這些方法只適用于平板網架或較為扁平的網殼結構，而對曲率較大、失高過高的網殼或網架結構并非優選。日本的川口衛教授針對雙曲率網殼結構的施工，提出了較為實用的“折疊展開式”整體頂升施工法。該法是一種新型的網殼結構安裝施工方法，基本思路類似于“攀達穹頂”施工原理，是將網殼結構去掉部分桿件，在地面上折疊起來；然后將折疊的網殼結構利用提升設備提升到設計高度；最后補缺去掉的部分桿件，整個施工過程是一個由機構變為結構的變化過程。

2.3 少支架高空懸挑拼裝法

對于跨度大、高度高、覆蓋面積大的網殼結構，若采用傳統的全支架安裝法，僅腳手架的費用就很高，且腳手架的拆裝也需大量的時間，工期和成本必然提高。

少支架高空懸挑拼裝法，是利用網殼結構各節點對集中荷載的承載能力大，且自身剛度大、穩定性好的特點，用已安裝好的部分結構作為后續待安裝結構的操作面，來完成結構的安裝作業的。使用該法，在施工初期，需先按傳統的安裝方法搭設少量支架，安裝3-4跨網殼結構，保證其具有一定的剛度，能夠承受后續施工荷載；然后在己安裝好的網殼結構節點上懸掛搭設支架，在其上安裝后續結構，逐步擴展，直至完成整個結構安裝。與傳統的全支架安裝法相比，該法可大大減少腳手架的用量，同時在地面上可進行立體交叉作業，從而大幅度減少施工成本縮短工期，但由于其高空作業相對較多，也存在一定的安全隱患。

2.4 整體張拉施工法

整體張拉施工法適用于柔性結構，尤其是索桿結構和索網結構。

對于索結構的施工，傳統的施工方法普遍采用高空散裝法，需搭設大量臨時支架，高空作業多，存在很大的安全隱患。

整體張拉施工法是將索結構在地面整體拼裝，然后利用液壓千斤頂將索結構同步提升至與周圍剛性約束連接，再對整個結構進行整體張拉成形的施工方法。該法避免了高空作業存在的安全隱患，同時減少了大量臨時支架的安拆作業，從而節省時間，降低成本，更重要的是在整個提升過程中，能夠準確并有效地控制構件的位移、變形和受力狀態。

3 選擇安裝施工方法的原則

大跨度鋼結構常規的安裝施工技術已趨于成熟，應用廣泛。目前大部分的鋼結構均采用這些安裝施工方法。而不同的結構形式和條件所選擇的施工方法是不相同的。在選擇安裝方法時，首先應根據施工現場的具體情況考慮，當施工場地狹窄或需要跨越已有建筑物時，可選擇高空滑移法、整體提升法或整體頂升法施工；同時還應考慮設備條件，盡可能利用現有設備，并優先選用中小型常用設備，以降低成本；如果僅從安裝大跨度鋼結構的角度分析，高空散裝法最基本的設備是腳手架，滑移法最基本的動力設備是人工絞車架或卷揚機，頂升法最基本的起重設備是千斤頂；從施工經濟的角度來看，如能在地面進行屋面結構、電氣、通風設備等的安裝，可使費用降低，但同時對吊裝、提升、頂升等設備的負荷能力要求會增加；對體育場、展覽館、劇場等下部裝修設備工程大的建筑物來說，滑移法可使大跨度結構的拼裝與場內土建施工同時進行，從而大大縮短工期降低成本；整體吊裝需要大的起重設備，而分條分塊安裝所需的起重設備就相對小些。

對于新型的安裝施工方法，雖然技術先進，但主要適用于一些特定的結構形式。如“攀達穹頂法”、“折疊展開法”及“少支架高空懸挑法”，主要適用于大型的網架和網殼結構，“折疊展開式”施工法更適用于曲率較大的曲面結構折疊展開的提升過程；“整體張拉法”適用于索結構。

綜上所述，選擇何種安裝施工方法，要從工程的具體情況出發，結合現場實際情況、起重設備情況以及結構體系的特點，因地制宜地選擇出最佳方案。

4 結語

隨著我國建筑業的迅速發展，人們對建筑物空間的要求將越來越高，建筑結構的施工難度也將越來越大，傳統的安裝方法已無法滿足建造要求，相信工程界將會不斷創新出更加先進的安裝施工技術，適應更大跨度的建筑結構。

參考文獻：

[1]張貴舟，陳開樹，許惠玲.淺談大跨度空間鋼結構施工方法[J].四川建材，2016，42（05）：135-137.

[2]劉中華，李建洪，蘇英強，邢遵勝.現代空間鋼結構施工方法綜述[J].空間結構，2016，22（03）：70-76+26.

[3]曾祥穩，賀勃濤.現代大跨度鋼結構施工技術[J].低碳世界，2018

（02）：208-209.

項目基金：陜西國防工業職業技術學院專項科研項目《自錨式懸索結構在大跨度屋蓋中的應用研究》（項目編號Gfy18-36）