工程施工中大跨度鋼結構施工技術

韓曉彤 孫樂健

摘 要：大跨度空間鋼結構施工技術的新特點，給大跨度空間鋼結構施工帶來了機遇與挑戰，促進了施工技術的革新。本文對工程施工中大跨度鋼結構施工技術進行了探討分析。

關鍵詞：工程施工；大跨度；鋼結構

引言：

目前大跨度空間結構主要被應用到機場建筑、會展中心、體育場館、展覽館等大型公共建筑的屋蓋結構中。各種類型的大跨度空間鋼結構在美、日、歐、澳等發達國家發展很快，其跨度和規模越來越大，新材料和新技術的應用越來越廣泛，結構形式越來越豐富。許多宏偉而富有特色的大跨度建筑已成為當地的象征性或標志性人文景觀。

一、大跨度空間鋼結構施工技術的新特點

一是大跨度空間結構跨度趨大化，空間結構形式多樣化，施工技術復雜化，如“鳥巢”跨度296米，“水立方”跨度177米，廣州國際會展中心跨度126.6米，南京奧體中心體育場跨度360米。

二是結構形式不再局限于采用傳統的單一結構形式，新的結構形式和各種組合結構形式不斷涌現，如“水立方”采用了基于泡沫理論的多面體空間剛架結構、“鳥巢”采用復雜扭曲空間桁架結構、奧運會羽毛球館則采用世界跨度最大的弦支穹頂結構、廣州國際會展中心采用了張弦桁架結構。

三是預應力作為一項新技術，得到充分應用，涌現了索穹頂、張拉整體結構和索膜結構等新型結構形式，如奧運會羽毛球館（北京工業大學體育館）采用了世界跨度最大的弦支穹頂結構、國家體育館采用了世界跨度最大的雙向張弦梁結構。在大跨度空間結構中引入現代預應力技術，不僅使結構體形更為豐富而且也使其先進性、合理性、經濟性得到充分展示。通過適當配置拉索，使結構獲得新的中間彈性支點或使結構產生與外載作用反向的內力和撓度而卸載，前者即為斜拉結構體系，后者則為預應力結構體系。這一類“雜交”結構體系改善了原結構的受力狀態，降低內力峰值，增強結構剛度，技術經濟效果明顯提高。

四是現代空間鋼結構大多采用仿生態建筑，為了滿足建筑造型，采用了各種各樣的節點形式，結構復雜、設計難度越來越大，如鑄鋼節點、鍛鋼節點、球鉸節點等。構件數量和截面類型越來越多，深化設計難度越來越大。一般而言，這類大型工程都由幾萬個構件，甚至逾10萬個構件組成，并且這些構件的截面形式尺寸和長度均不相同，這樣給施工單位放樣帶來極大困難，對于有些彎扭構件，還需進行專門試驗和研究才能完成。

五是構件加工難度大，加工精度要求高。這類工程都屬于國家重點工程，工程質量要求相當高。只有提高構件加工精度，才能滿足質量要求。并且大量焊縫要求一級焊縫標準，給施工帶來極大難度?，F場焊接工作量大，施工技術難度高。為保證施工精度，這些工程都需要進行預拼裝，并且現場焊接工作量特別大。由于結構新、跨度大，為了保證經濟、安全，都必須采用先進的施工技術才能順利完成。

二、大跨度空間鋼結構房屋施工控制

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。

結束語

隨著建筑物的跨度和規模越來越大，必將進一步研制開發出適應我國大跨空間鋼結構需要的新體系、新技術、新材料，更充分地體現大跨度空間結構的先進性、經濟性與合理性，促使我國大跨空間鋼結構更積極、健康發展，更好地為我國經濟建設服務。

參考文獻

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（作者單位：中通鋼構股份有限公司）