大跨度空間鋼結構施工控制的淺述

蔣柏康

【摘 要】文章結合實踐經驗，先對大跨度空間鋼結構的發展現狀作了分析，并對大跨度空間鋼結構施工過程中要考慮的問題作了分析，然后對于大跨度空間鋼結構的應用及展望進行了論述。

【關鍵詞】大跨度；鋼結構；施工

一、大跨度空間鋼結構的發展現狀

近年來，隨著人們需求的不斷增加，各類大型建筑的功能也逐漸豐富，以北京鳥巢為例，不僅要建設各種類型的比賽場地，還要設置相應的觀眾席、運動員休息室以及大空間的后勤基地。因此，建筑物的規模不斷擴大，功能日益豐富。從國內大型建筑的發展現狀看，跨度達 120mm 以上的超大規模建筑不在少數，并且大都采用了新材料和新設計技術，出現了諸如空間網格結構、張力結構等富有特色的現代化大跨度建筑。從行業發展角度看，大跨度空間鋼結構已經成為近代以來發展速度最快的建筑形式之一，并且隨著建筑施工技術的不斷優化，在未來相當一段時間內還有著更為廣泛的應用，發展潛力巨大。大跨度空間鋼結構施工技術的優劣，在很大程度上成為衡量一個國家建筑技術水平高低的重要因素。

對于國內大跨度空間鋼結構施工來說，雖然經過多年的研究積累了較為豐富的理論基礎，但是實踐經驗相對缺乏：硬件方面，無論是在前期鋼結構的規劃設計還是中期的施工操作，都存在部分的瑕疵和疏漏；軟件方面，專業水平強、綜合能力高的高素質人才數量不足，難以彌補大跨度空間鋼結構施工人才的缺口，理論和知識創新能力稍弱，對國外施工技術的依賴性較強。目前，國外空間鋼結構的最大跨度已達 200m 左右，給國內建筑單位和科研機構帶來了更大的壓力，因此，我們必須結合國內建筑基礎，由“中國制造”向“中國創造”轉變，研發獨具中國特色的大跨度空間鋼結構施工技術。

二、施工中應重點考慮的問題

（一）設計與制造技術的應用

隨著科學技術在各個領域的應用，建筑工程設計通常也采用計算機制圖工具，提高設計的科學性和精準度。如 CAD 技術和 CAM技術在鋼結構施工建設中起輔助作用，它的運用為建筑提供三維空間和立體感，實現了圖文之間的轉換，減少設計的誤差，提高工作效率。

（二）厚板及管結構的全位置焊接技術

在大跨度空間鋼結構施工中，保證鋼材間的高質量焊接對于提升整體結構穩定程度有關鍵性影響，直接決定了空間鋼結構的使用年限。現代大跨度空間鋼結構設計時，為了盡可能體現結構的多樣化，往往采用不同類型、不同尺寸的鋼材，這就給焊接帶來了較高的難度。除此之外，在大跨度空間鋼結構施工時，需要面臨來自外界環境的多重因素影響，例如溫度變化、風速、濕度等，都會給焊接質量產生影響。為了解決上述問題，必須有針對性的采用焊接工藝，確保每個焊頭的施焊均勻和母材的充分融合。

（三）結構形式多樣化

傳統大跨度空間鋼結構功能單一，因此結構形式就會受到固化。隨著建筑理論的不斷發展，大跨度空間鋼結構形式也多樣化發展。如以生物仿生學為設計基礎奧運會鳥巢建筑、以泡沫理論為基礎水立方等。將大跨度空間鋼結構設計理念與現代技術結合起來，不僅使結構外觀豐富多樣，給人以眼前一亮，也滿足了現代人的審美情趣，而且結構形式更加科學、合理。

（四）空間鋼結構的跨度大，鋼材等級要求高

在科技進步和經濟發展的不斷推動下，建筑行業建筑理論不斷更新，為了滿足人們對于建筑的需求，建筑空間鋼結構跨度向更大范圍擴展開來。雖然建筑空間橫向擴展會使建筑內部功能豐富，但由此帶來建筑壓力也會不斷增加，在這樣的情況下，保證建筑空間框架安全、提高鋼結構荷載能力成了保證建筑質量的關鍵所在。因此，相關審查委員會制定嚴格建筑安全審查標準，要求大跨度建筑要選擇高強度、高質量的優質鋼材，并且定期要對鋼結構進行檢驗，確保及時發現鋼結構問題及時解決，起到防患于未然的作用。

三、大跨度空間鋼結構的應用

（一）張拉整體結構

張拉整體結構大致為三棱柱或四棱柱構成的基本單元，如果把所有基本單元的節點進行聯接，則能夠構成雙層張拉整體結構，這一自應力網格體系大多是通過被連接的棱柱體單元具備的單獨受壓剛性桿以及持續張拉的柔性索而構成，其中敷設的膜材可選用遮光擋雨的類別，總體剛度以單元間的自平衡預應力為根本。

（二）弦支彎頂結構

把以上張拉整體結構上層柔性索變成具備剛性的單層球面網殼，在彈性的支撐方面能夠提升單層網殼的穩定性以及結構剛度，因為上層屬于剛性，能夠把膜材取消運用常規的夾芯板進行取代，在提升建筑物室內保溫性能以及隔熱性能的狀態下，可以大面積節約工程造價的成本。

（三）預應力網格結構

在工作中，透過技術人員把當前預應力技術與空間網格結構相融合，則能夠打造出預應力網格結構。通常狀態下，在空間網格結構內施加預應力的方式有以下兩類：首先，在空間網格結構四周設定相關的預應力索或在下弦平面中設定預應力索，如此則可以結合為預應力網格結構；其次，在空間網格結構創建當中施加預應力，透過適宜的協調而變為預應力網格結構。

（四）預應力張弦梁與弦析架結構

張弦梁結構屬于上弦抗彎受壓構件與下弦受拉鋼索而構成，在工程內體現出受壓撐桿相互銜接的自平衡結構體。弦析架結構屬于受壓撐桿持續上端抗彎受壓拱式析架與下端構成，在工程內體現為受拉鋼索而構成的自平衡結構體。這兩類結構的用鋼量有所增加，施工難度有所提升。

（五）對角線布索體外預應力平板型網架

對角線布索體外預應力平板型網架最初使用在前蘇聯，通過前蘇聯的建筑舉例，在1977年的福爾日思科的某一商業中心，建筑面積在72mx17m。我國某空間結構廠在1993年運用同等原理以及布索形式創建對角線布索體外預應力平板型網架，以此展現出對角線布索體外預應力平板型網架的優勢，而不足之處則為預應力結構體系并不完善，構造十分艱難。

四、預應力大跨度空間鋼結構的展望

（l）最大的跨度可以為400一500m，跨度在200一300m之間尤為普遍；（2）當前應當持續完善并提升應用斜拉網格結構、預應力乃至弓式預應力鋼結構以及張弦梁結構；（3）應當結合承建單位的力量，一同研發并推廣索彎頂結構，在短時間內尤其應當爭取創建我國首幢索彎頂；（4）探索預應力空間鋼結構全新的材質、工藝、結構、節點，極力進行創新；（5）處理并未解決的預應力空間鋼結構抗震、抗風、結構優化、結構控制等方面的問題；（6）由于普遍運用在公共性窗口建筑的預應力大跨度空間鋼結構，能體現出一個地區乃至國家的建筑水平。

五、結語

綜上所述，工程師與建筑師對于工程項目的創建當中，需要有效結合，將各類先進技術運用其中，如此才可打造出全新的預應力空間鋼結構，以便符合當前社會的發展所需，加快建筑行業的健康化發展，使社會經濟能夠可持續運行。

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