現代大跨度空間鋼結構施工技術

張宗勝

摘 要：大跨度空間鋼結構是對人們的大空間需求的積極響應，依托復雜的結構設計和優質的材料性能形成大跨度空間，為人們提供相對廣闊的室內空間。然而，該種結構的實現是以復雜的結構為基礎的，對施工技術提出更高的要求。一定程度上，合理的施工技術是建設大跨度空間鋼結構的決定要素。因此，本文對現代大跨度空間鋼結構的施工技術進行論述，僅供施工人員參考。

關鍵詞：大跨度；空間鋼結構；施工技術

中圖分類號： U445 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2017）04-76-2

0 引言

建筑是伴隨人類文明的發展而興起的，從最初的遮風擋雨到后來的生活、生產場所，建筑在社會發展中的地位與日俱增，成為人類日常活動的重要基礎要素。近些年，得益于建筑施工技術的發展和材料技術的更新，諸多先進的設計理念得以實現，為人們提供更加廣闊的室內空間，滿足人類活動對空間的需要。其中，大跨度空間結構就是為滿足人們的空間需要而形成的建筑結構，能夠提供相對廣闊的室內空間，滿足體育場館、博物館、大型會展中心等場所的需要。

1 大跨度空間鋼結構的主要類型

在建筑施工領域，將室內空間跨度超過30m的建筑結構稱之為大跨度空間鋼結構，是近些年興起的新型空間結構形式[1]。與傳統的建筑結構相比，該種結構形式取消了建筑物內部的支撐結構，實現空間的整體拓展，滿足現代建筑對大空間的需要。根據結構支撐形式的不同，大跨度空間鋼結構可以分為網架結構、網殼結構和懸索結構三種形式[2]。

1.1 網架結構

網架結構是由許多鋼管等構件按照特定的空間布局進行連接，形成的空間架構，能夠對建筑物的屋頂起到良好的支撐效果，形成巨大的下部懸空空間。該種結構形式具有支撐力強、穩定性好、形式美觀等優點，是建筑施工中常用的大跨度空間結構。但是，網架結構需要借助鉸接或焊接等形式實現連接，節點數量眾多，導致施工工期較長，對施工人員的素質要求較高，因而施工的難度較大，效率偏低、成本偏高，這成為網架結構的主要缺陷，影響結構的現實應用。

1.2 網殼結構

簡單來說，網殼結構就是網狀結構，結構的相關構件呈現網狀分布，通過對網殼施加水平的壓力和拉力給予建筑物的頂部結構以穩定的力學支撐。1967年施工的鄭州體育館即采用結構形式。該種結構形式兼具桿系和殼系的特點，能夠提供較為穩定的支撐力，具有自重低、施工便捷，穩定可靠的特點，是最具應用前景的大跨度空間鋼結構形式。

1.3 懸索結構

懸索結構主要依靠柔性繩索的拉力作用實現結構承重的，其承重性能主要受到繩索的材質和性能影響。隨著材料科學的發展，各類柔性材料、復合材料相繼問世，大幅度提高了繩索的力學性能，使得懸索結構具備更高的承載能力，成為建筑業的重要結構形式之一。總體來看，該種結構形式自重輕、跨度大、施工簡便、節約材料，符合建筑行業的未來發展趨勢，在當下的橋梁、水利等工程領域應用較為普遍。

2 大跨度空間鋼結構施工的基本特征

2.1 材料強度高、厚度大

隨著跨度的增加，結構材料受到的力學作用呈現幾何增長，對材料的力學性能提出較高的要求。當前的大跨度空間鋼結構已經不滿足30m的跨度下限要求，向著更大跨度發展，為了保證結構的穩定性和可靠性，需要對材料的進行精心選擇，選擇具有較高強度的材料作為建筑構件的主體材料。同時，應該保證材料具有一定的尺寸厚度[3]，從而實現對建筑物載荷的穩定支撐。

2.2 空間結構日趨多樣化

目前，大跨度空間結構已經不能滿足于基本的空間造型，在滿足場內空間需求的同時，其結構形式正日趨多樣化，借助仿生學等靈感設計的新型空間鋼結構形式不斷的涌現，極大地豐富了空間結構的形式，實現空間結構的多樣化提升，為人們提供大量的造型美觀、結構合理的大跨度建筑。

2.3 設計難度大

與普通的建筑結構形式相比，大跨度空間結構需要由數量眾多的桿件構成，存在數量極為龐大的節點，如果桿件的空間位置發生偏差或某個節點的連接情況出現問題，將會導致整個結構受到影響，無法實現可靠的力學傳遞，造成整個鋼結構的失穩，造成的危害是極為嚴重的。所以，此類結構的設計都是需要經過反復的計算和驗證的。近些年，得益于計算機技術的發展，可以借助模擬軟件實現對結構穩定性的仿真驗證，大幅度提高了設計的效率和質量，對設計工作起到一定的輔助和簡化作用。

2.4 構件的安裝精度要求高

與常規結構形式相比，大跨度空間鋼結構缺乏中間區域的力學支撐，需要借助復雜的結構實現力學的有效傳遞。在力學的傳遞過程中，需要結構的各構件位置合理、連接精確，否則將導致力學傳遞受阻，造成結構的損壞或失衡。因此，該種結構形式對構件的安裝精度要求較高，應保證構件的空間位置準確、焊接質量達標，能夠形成合理的鋼結構整體，發揮穩定的承載效果。

3 大跨度空間鋼結構的施工技術淺析

3.1 高空原位單元安裝技術

該種安裝技術屬于原位安裝技術，即將構件直接運輸到預先設計的安裝位置進行固定，然后對構件之間采取焊接方式連接，完成安裝工作。這種安裝方式省略了吊運和拼裝的實際，但是對施工提出更高的要求。具體來說，首先，應該搭建穩定的高空作業平臺，滿足安裝的空間要求；其次，對構件進行合理固定，避免因固定不當導致的安裝結構的破壞；最后，注意焊接的效率和速度，盡可能采取多點施工，提升施工的效率，盡早形成穩定的結構支撐。[4]

3.2 分段吊裝技術

所謂分段吊裝是指進行吊裝前先對構件進行小區域的拼裝，形成相對獨立的穩固單元，之后對單元進行吊裝，在預先設計的位置進行拼接，最終形成統一的空間結構。該種結構形式能夠減少一定量的高空安裝任務，降低施工的高峰風險，對高空吊裝設備的需求相對較大，是大跨度空間鋼結構施工的常用技術。

3.3 整體安裝技術

整體安裝技術是對分段吊裝技術的極限化，結構的所有構件在地面拼裝完成，之后通過高空起重設備起吊到設計為主，進行固定，完成整個安裝工作。該種安裝技術能夠大度降低高空安裝的工作量，給予施工極大的安全和質量保證。此外，在地面完成整個拼裝工作，臨時固定點的需求少，節省相應的固定工作量。根據鋼結構的提升方式的不同，整體安裝技術可以細分為整體提升安裝技術、整體吊裝安裝技術和頂升安裝技術三種。①整體提升安裝技術。該技術是通過起重機或提升設備將地面組裝的鋼結構提升到合適的高度進行安裝[5]，在實際的施工中應用最為普遍，其施工的難點在于控制提升的高度。近年來，隨著機械自動化技術的發展，提升過程借助計算機軟件可以實現有效的過程控制。②整體吊裝安裝技術。與提升安裝技術不同，吊裝技術是借助特殊的機械設備實現鋼結構的吊運提升。③頂升安裝技術。該種安裝技術的主要設備為千斤頂和輔助支架，借助千斤頂將鋼結構抬升一定的高度，然后用臨時支架進行輔助支撐和固定，之后在此應用千斤頂進行抬升，重復上述過程，直到到達設計位置。相較而言，該種安裝技術的應用較少。

3.4 高空滑移技術

高空滑移技術是在其他區域進行鋼結構的部分組裝，一般分為按條組裝或按塊組裝，組裝完成后借助特定的滑軌進行條塊的空間移動，到達設計位置后進行拼裝。該種安裝方式實現安裝區域和拼接區域的分離，能夠避免相互之間的干擾，而且對施工場地的要求相對較小，因而，在施工中的應用相對較多。該技術是對高空原位單元安裝技術的發展，實現對原技術的施工風險的降低，提升了安裝的安全性和可靠性。

4 結束語

綜上所述，隨著社會的發展和人們對建筑空間的需求提升，大跨度空間鋼結構將成為建筑物的重要結構形式之一。廣大的設計與施工人員應該結合行業的發展實際，積極探索大跨度空間鋼結構的形式和施工技術，提升施工的效率和質量，降低施工中的風險，為社會提供優質高效的大跨度空間鋼結構建筑。

參 考 文 獻

[1] 葉杭鋒.關于現代大跨度空間鋼結構施工技術的研究[J].中國水運月刊，2013，13（4）：287-288.

[2] 劉志萌.現代大跨度空間鋼結構施工技術[J].工程技術：全文版，2016（6）：00086.

[3] 江捷.現代大跨度空間鋼結構施工技術[J].中國科技博覽，2015（45）：211.

[4] 羅潤莊.大跨度空間鋼結構施工技術研究[J].全文版：工程技術，2016（6）：95.

[5] 鮮君，張福.大跨度空間鋼結構安裝施工技術研究[J].工業c，2016（6）：00137.