大跨度穹頂鋼結(jié)構(gòu)設計與施工分析

古 濤 （南京承霖建筑設計有限公司北京分公司，江蘇 南京 100010）

大跨度穹頂鋼施工的過程中，主要是在跨度空間較大的區(qū)域開展鋼結(jié)構(gòu)的施工工作，設計人員應該按照結(jié)構(gòu)特點科學化開展有關(guān)的設計工作，完善其中的施工模式和機制，在改善設計與施工的同時提升工程建設水平，彰顯出大跨度穹頂鋼的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢和作用，達到預期的設計和施工工作目的。

1 大跨度穹頂鋼結(jié)構(gòu)分析

1.1 具有現(xiàn)代化的特征

現(xiàn)代化的建筑領(lǐng)域中大跨度穹頂鋼施工的過程中，已經(jīng)轉(zhuǎn)變了之前的單一性結(jié)構(gòu)形式，形成了多元化的組合結(jié)構(gòu)模式。近年來我國在鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)快速進步的過程中，之前所采用的單一結(jié)構(gòu)形式開始轉(zhuǎn)變成為多元化的結(jié)構(gòu)形式，其中使用了很多的新型技術(shù)，如：對于大跨度穹頂鋼來講，可以使用先進的預應力技術(shù)，創(chuàng)建跨度較高的穹頂鋼建筑結(jié)構(gòu)，為整體工程的有效建設提供了一定的支持和保障。

1.2 具有復雜性的特點

一般情況下，對于大跨度穹頂鋼來講，施工期間的規(guī)模較高，結(jié)構(gòu)屬于很多構(gòu)件組成，數(shù)量最多的能夠達到數(shù)十萬，其中的構(gòu)件無論是尺寸還是長度都存在一定的差異性，會導致工程的施工面臨很多難點，在復雜性的結(jié)構(gòu)施工期間出現(xiàn)施工的難點，尤其是一些扭曲類型的穹頂鋼結(jié)構(gòu)，需要開展專業(yè)性的設計工作與試驗工作，以此來增強工程的施工有效性，為穹頂鋼結(jié)構(gòu)的良好施工建設提供一定的支持[1]。

1.3 具有高精確度的特點

目前我國很多國家級的重點工程領(lǐng)域中，已經(jīng)開始應用大跨度穹頂鋼施工技術(shù)，尤其是在一些體育場工程的建設領(lǐng)域中，由于對施工質(zhì)量所提出的要求很高，要想更好地滿足高標準、嚴要求，必須要保證施工工作的精確度，最高程度上提升結(jié)構(gòu)的精確性，將焊接縫的施工控制在一級標準，這樣會導致施工難度增加，必須要嚴格的控制。

2 大跨度穹頂鋼結(jié)構(gòu)設計措施

2.1 科學開展計算工作

實際設計的過程中應科學開展有關(guān)的穹頂鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性計算工作，按照空間網(wǎng)格技術(shù)規(guī)程，準確開展網(wǎng)殼方面的穩(wěn)定性計算活動，在最初階段采用幾何非線性分析方式研究缺陷情況，在屈曲第一階模態(tài)中提取初始缺陷的數(shù)據(jù)值。開展穩(wěn)定性計算工作的過程中，應重點將永久、可變荷載等效設置在節(jié)點區(qū)域，利用位移控制的手段合理分析，結(jié)合非線性工況的信息和內(nèi)容明確最高位移節(jié)點，將其當作是主要的控制節(jié)點，才能有效執(zhí)行穩(wěn)定性計算工作。設計人員還需著重開展結(jié)構(gòu)計算的有關(guān)工作，計算永久荷載數(shù)據(jù)值、吊掛荷載數(shù)據(jù)值、風荷載數(shù)據(jù)值、地震作用數(shù)據(jù)值、溫度數(shù)據(jù)值，來保證計算的準確性。設計工作中應合理使用有限元軟件開展計算工作，完善計算模型，獲取到準確的結(jié)果，便于開展有關(guān)的設計活動[2]。

2.2 合理開展臨時支撐與高空作業(yè)平臺的設計

設計人員在工作中應該重點進行臨時支撐方面、高空作業(yè)方面的平臺設計，保證整體平臺的穩(wěn)定性和合理性。設計的過程中應明確立柱截面數(shù)據(jù)值、水平工裝數(shù)據(jù)值、斜撐數(shù)據(jù)值、工裝系桿數(shù)據(jù)值、最大高度數(shù)據(jù)值等等，同時還需明確腹桿的角鋼加工設計與安裝設計的內(nèi)容，在工裝周圍合理設計桁架腳手架平臺，明確桁架截面、材料截面、腹桿材料的規(guī)格，這樣在合理設計的情況下能夠為工程的施工提供準確依據(jù)[3]。

2.3 內(nèi)外圈軌道設計措施

對于內(nèi)外圈軌道來講，在設計的過程中應遵循科學性的要點，首先，穹頂鋼結(jié)構(gòu)滑移單元的具體累積滑移的過程中，滑倒結(jié)構(gòu)需要具有導向作用與沉重作用，實現(xiàn)制作位移的限制性目的。外圈部分應該設計成為鋼筋混凝土立柱結(jié)構(gòu)，通過桁架類型的滑移大梁對混凝土立柱進行組合處理，使其成為通長滑道，內(nèi)圈部分則需要設計臨時性的支架部分，在頂部區(qū)域設計環(huán)形的軌道。其次，針對軌道標高進行設計的工作中，應注意快速將障礙物多開，將滑移大梁當作是臨時性的部分，直接將滑道設置在大梁的表面區(qū)域。最后，設計期間還應該重視軌道中心線和大梁軸線之間的重合度，預防在滑移過程中出現(xiàn)水平推進力、自重荷載過高的問題，減少有關(guān)的數(shù)據(jù)值，保證設計的效果。需要注意的是，軌道應該使用熱軋鋼槽設計，將其焊接到大梁表面區(qū)域，在兩側(cè)設計擋板部分，使其可以形成支座滑移過程中側(cè)向推力的抵抗作用[4]。

2.4 合理設計支座部分

在支座設計期間可以選擇應用永久結(jié)構(gòu)當作滑移支座，在其中設計臨時性的支座部分，和上部分的人字柱相互連接，與環(huán)桁架之間高質(zhì)量銜接。設計人員需要注意，支座周圍部分需要和滑道的中心線切線處于平行狀態(tài)，與鋼槽的內(nèi)壁區(qū)域有著相應的孔隙，起到一定的滑移導向、限制性的作用。

3 大跨度穹頂鋼結(jié)構(gòu)的施工措施

3.1 軌道的施工措施

具體的施工工作中應重視外軌道的合理安裝，由于長度很高，所以在工程區(qū)域可以采用分段安裝的措施，為了提升滑道的水平度，減少摩擦系數(shù)，預防出現(xiàn)阻礙的問題，安裝施工的過程中，應借助薄鋼板對大量表面、滑道下表面合理墊實處理，對于鋼槽分段的焊接部分而言，可以使用單面焊接技術(shù)措施，利用砂輪打磨焊縫部分，開展滑移的測試活動期間也需要利用黃油潤滑處理。具體的安裝工作中應該將軌道安裝在環(huán)桁架的下部分區(qū)域，一共有內(nèi)軌道與外軌道兩種，在內(nèi)圈施工期間應該設置支撐結(jié)構(gòu)，外圈施工應設置混凝土支撐架部分，在支撐部分的支持下開展安裝活動。在此之后應該進行測量放線，在施工現(xiàn)場按照工程的情況進行放線，獲取準確的測量數(shù)據(jù)值，為后續(xù)施工提供相應的數(shù)據(jù)內(nèi)容和信息[5]。

3.2 科學開展穹頂鋼構(gòu)件的施工工作

對于穹頂鋼構(gòu)件來講，在具體施工期間應該重視穹頂桁架鋼結(jié)構(gòu)方面的滑移安裝處理，對其進行合攏，以此來增強穹頂鋼部分的施工有效性。首先，在構(gòu)件施工的過程中應重點進行構(gòu)件滑移方面的模擬分析，模擬工作中選擇空間三維實尺當作是計算模型，設置網(wǎng)格鋼結(jié)構(gòu)的自由度，按照情況可以設置留個自由度、兩個節(jié)點。具體的施工模擬工作中，應研究結(jié)構(gòu)彎曲內(nèi)力、抗剪內(nèi)力、抗壓內(nèi)力、扭曲內(nèi)力的作用狀況，獲取到結(jié)構(gòu)變形特點數(shù)據(jù)值，在完成模擬分析的工作之后，需要在其中開展臨時性支撐部分的施工活動，在受力變形數(shù)據(jù)值最高的位置設置觀測控制點，以此來合理完成滑移施工的監(jiān)控工作，要求施工人員將檢測數(shù)據(jù)信息當作依據(jù)，在施工期間嚴格預防穹頂鋼結(jié)構(gòu)的受力變形問題，提升工程質(zhì)量的同時保證構(gòu)件使用的安全性。其次，在施工中應開展穹頂鋼桁架結(jié)構(gòu)滑移的控制工作，采用計算機技術(shù)開展同步性的施工控制，使用液壓系統(tǒng)合理處理，原因是有關(guān)的液壓系統(tǒng)傳動加速度較低，能夠形成控制的良好作用，維護工程施工的穩(wěn)定性與安全性，便于開展操作工作，所以施工人員可以使用液壓系統(tǒng)聯(lián)合計算機技術(shù)同步性觀察滑移的整個過程，利用人機界面有效進行操作，將手動、自動化的控制方式融入其中，使用電動操作的方式進行液壓頂推器的處理，實時性調(diào)整累積滑移的具體施工狀態(tài)，以此來提升工程的施工有效性。

3.3 合理開展穹頂鋼的整體提升施工工作

對于穹頂鋼來講，大跨度建筑領(lǐng)域中的提升施工操作，應該準確安裝提升機械設備，科學化開展鋼結(jié)構(gòu)的提升試驗活動，在試驗之后如符合標準就可以正式進行提升處理，這樣除了能夠預防出現(xiàn)施工問題，還能保證穹頂鋼結(jié)構(gòu)的提升處理有效性，為大跨度建筑工程的合理施工建設提供一定的保障。首先，在安裝有關(guān)提升設備的工作中，應該在完成有關(guān)鋼結(jié)構(gòu)拼裝任務以后，使用整體性的提升技術(shù)措施，塔架結(jié)構(gòu)使用2000kN的油缸，頂端部分則利用鋼梁有效開展廉潔處理工作，在外圍的吊點設置期間主要就是殼體節(jié)點板焊接耳板，中間區(qū)域則在圈梁上面設置牛腿部分，然后安裝提升設備，安裝提升鋼絞線部分、液壓缸部分之前應該在現(xiàn)場進行測量分析，各個提升點的高度都必須要符合要求，鋼絞線具體安裝的過程中應該設置在油缸上下錨固的區(qū)域，之后針對卡板進行固定性處理。在此期間應該合理設置液壓泵系統(tǒng)、計算機控制系統(tǒng)，在對液壓泵站進行安裝的過程中，結(jié)合機械設備的特征連接液壓油管，對液壓油全面檢查，做好備用油的準備工作。在完成控制系統(tǒng)的安裝工作以后還需調(diào)試整體的提升系統(tǒng)，明確性能情況、各項指標情況，了解機械設備的功能是否符合標準，保證提升系統(tǒng)可以符合大跨度穹頂鋼的具體提升要求。其次，應該重點進行鋼結(jié)構(gòu)的提升試驗，按照現(xiàn)場情況開展式提升工作，在支撐架體系、穹頂鋼結(jié)構(gòu)方面設置應立即檢測器，檢測鋼結(jié)構(gòu)的具體應力情況、應變數(shù)據(jù)值情況等等，提出提升的建議，提升試驗以后如果符合標準就可以正式開展提升工作，合理進行穹頂鋼的安裝施工處理，形成大跨度建筑領(lǐng)域中的良好施工應用模式。

4 結(jié)語

綜上所述，大跨度穹頂鋼設計的過程中，應重點開展計算工作與結(jié)構(gòu)設計工作，保證所設計的結(jié)構(gòu)部分能夠滿足工程的標準，增強鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。具體施工工作領(lǐng)域中應該形成正確的觀念，完善有關(guān)的施工計劃與標準，科學化開展穹頂鋼構(gòu)件施工工作、整體提升施工工作、安裝施工工作，在各個施工項目中都必須強化質(zhì)量的管理，遵循施工技術(shù)要點，確保大跨度穹頂鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。