大跨度鋼結構連廊的設計要點和施工技術

摘要：在介紹鋼結構連廊設計和施工重要性的基礎上，詳細闡述了大跨度鋼結構連廊的計算原理和設計方法、構件的焊接，鋼結構預拼裝、正式拼裝安全措施、整體吊裝技術、施工方案和注意事項等，可供從事大跨度鋼結構連廊工程設計和施工的技術人員參考。

關鍵詞：大跨度；鋼結構連廊；設計要點；施工技術

0" "引言

鋼結構連廊是一種用于建筑、橋梁等建設工程的重要結構。隨著我國城市化進程不斷加快，城市基礎設施的需求越來越大，人們對房屋和橋梁建設工程的要求越來越高，鋼結構連廊也隨之得到越來越多的應用。鋼結構連廊的設計、制作和安裝施工均會影響建設項目的進度和質量。因此在設計鋼結構連廊時，需要充分考慮各方面因素，對各個參數(shù)的取值范圍做出客觀分析和準確計算，并結合施工現(xiàn)場具體情況選擇合理的設計和施工方案。

1" "計算原理和設計方法

1.1" " 計算原理

大跨度鋼結構連廊結構的基本計算原理如下：將大跨度鋼結構連廊各個單元的截面積按照一定比例分為若干個小單元體，從每個小單元體的應力分布情況和變形特點中獲取詳細參數(shù)。根據(jù)這些參數(shù)，建立相應的幾何模型，對不同工況下大跨度鋼結構連廊的撓度值、內力值以及位移量等的變化規(guī)律作出判定。

在工程施工過程中，需要考慮多種非線性因素。在建模過程中，要充分利用計算機的數(shù)值模擬技術，通過大量數(shù)據(jù)的采集與處理，確定不同工況下的各種荷載組合，從而得到構件的具體尺寸及形狀。由于大跨度鋼結構連廊施工周期長，在設計時還要綜合考慮多方面的影響因素，以保證其能夠滿足安全、技術、質量和經濟目標的要求。

1.2" " 設計方法

本文所述的大跨度鋼結構連廊是一種典型結構形式，其特點是在連廊的中間位置布置了2個水平面，而將腹板作為支撐的一部分。大跨度鋼結構連廊在施工過程中，往往會因為一些突發(fā)因素，導致其主桁架的剛度和穩(wěn)定性出現(xiàn)偏差，因此需要對主桁架的剛度和強度進行計算，對其剛度和穩(wěn)定性能的變化情況做出合理的預判，從而保證在設計階段能夠提前采取措施，避免因設計、計算不合理而產生損失。

建立模型是基于工程施工的實際經驗而提出的一種優(yōu)化組合方法，該方法將2種或多種材料混合，并通過適當?shù)臄?shù)學工具模擬出各種材料的性能參數(shù)，然后利用 MATLAB 軟件解出具體數(shù)值，最終得到的結果比較準確。為了提高建模效率，可采用分段方式來完成。首先將整個主桁架結構分成若干個單元，然后再將每個單元的質量分配到各個部位，最后再根據(jù)各個節(jié)點的位移量計算出各個部位的承載與焊點的應力值。

2" "連廊構件的焊接

2.1" " 焊接前的準備工作

鋼結構的焊接變形與焊縫的形成是相互關聯(lián)的2個方面，控制焊縫的成形和焊縫應力非常重要。在選擇焊接接頭時，要根據(jù)現(xiàn)場施工條件綜合分析和考慮：一是要對材料的力學性能做出合理的評價，二是要對焊接工藝參數(shù)作出科學的計算，三是要結合現(xiàn)場的具體環(huán)境制定適合的施工方案，四是要做好試件檢驗、試樣設計與布置工作。通過以上準備工作，才能保證焊接的成品構件達到預期效果，滿足技術要求。

2.2" " 焊接變形的控制措施

大跨度鋼結構連廊的構件大都是焊接而成。構件在焊接過程中會發(fā)生焊接變形，其變形的原因包括焊接的熱傳導效應、焊接的殘余應力等。為了有效控制構件的焊接變形，需采取以下控制措施：一是合理選用適宜類型的鋼板材，二是改進鋼板材的焊接工藝，三是采用低碳高強焊條，四是掌握好電弧的弧垂度，五是選用合適的熱處理方法消除殘余應力。可通過降低熱傳導的途徑或者增加冷卻速度的方式，減小殘余應力。

3" "鋼結構預拼裝

3.1" " 相關因素和注意事項

大跨度鋼結構連廊在其鋼結構預拼裝施工之前，需要考慮基坑支護、主體建筑物位置、鋼結構安裝條件等因素，并進行合理的設計與布置。要考慮其吊裝的可行性、吊運效率、經濟性等因素。在基坑支護方面，需確定相應的支架和模板的位置和尺寸。

由于大跨度鋼結構連廊的尺寸和質量比較大，因此在對其進行預拼裝之前，須遵守以下注意事項：一是要保證其支撐部位鋼筋混凝土的強度和質量滿足要求；二是要注意控制連廊接頭處的標高與計算值的差值；三是要確保大跨度鋼結構連廊的整體性。

3.2" " 預拼裝準備工作

預拼裝準備工作主要包括以下4個方面：

一是在基坑開挖之前，先測量好基坑的標高和軸線位置，并根據(jù)基準點的坐標確定基坑的具體尺寸，然后將其轉交給設計單位，完成土方挖運設計。

二是為了保證工程施工的質量和進度，需使用挖掘機、吊車、起重機等各種土方、運輸機械，以確保順利完成土方挖運施工。除了要配備專門的施工機具之外，還要安排專業(yè)的人員負責，以防出現(xiàn)問題[1]。

三是在開始正式預拼裝作業(yè)之前，應制作、準備好足夠數(shù)量的結構件，并將其運至預拼裝現(xiàn)場，以便施工人員的有序拼裝。

四是所有的結構件都必須用經緯儀進行精確測試，并經監(jiān)理工程師批準后方可投入使用。某些特殊部位的結構件要有相應的保護措施。

3.3" " 支架的布置

大跨度鋼結構連廊的安裝位置比較特殊，在進行布置時，要考慮施工條件和難度，要把握連廊的尺寸和標高。在布置支架時，對于拱架，一般采用懸臂桁桿的方式進行安裝。而拱架的間距則需要根據(jù)施工現(xiàn)場的實際情況來確定。當拱架的厚度大于8m時，可采取與之相連的鋼管支架的方式來連接。

3.4" " 預拼裝步驟

首先，建立連廊預拼裝工程的施工模型，并根據(jù)實際情況對其進行合理布置和安排。按照結構件的尺寸、形狀以及材料，確定好各種參數(shù)的取值范圍，并將這些數(shù)據(jù)信息傳輸給設計人員，以便于在后期的計算中能夠有針對性地修改、優(yōu)化。

其次，要對各單元的預裝線位置及數(shù)量選取預拼裝方案，通過分析和比較，最終選定合適的預拼裝線位。在預制好的連廊實體中，嚴格控制各個部位的標高和軸線，避免出現(xiàn)誤差。

最后，收集測點數(shù)據(jù)，將各部位的測點全部埋設在基礎的側面或墻體的中部。按照適當?shù)姆椒ㄕ{整鋼筋的分布方向，使其不發(fā)生偏移，并且可以得到理想的平面面積[2]。

4" "正式拼裝安全措施

4.1" " 臨時結構穩(wěn)定性控制

臨時結構要有合理的設計方案，要結合當?shù)販囟取穸鹊葰夂驐l件，選擇合適的鋼板、混凝土等材料。選用強度較高的鋼材和低密度水泥砂漿，以便降低成本和提高耐久性。所用鋼材采用焊接連接方法，要有效控制焊縫強度，防止焊縫開裂產生安全隱患。在設計和施工過程中，必須嚴格執(zhí)行相關規(guī)范和標準，做好相應的記錄，以便后期進行檢驗。

4.2" " 主體結構的穩(wěn)定性控制

大跨度鋼結構連廊的主體結構在焊接和吊裝時最容易發(fā)生變形。而在主體結構的拼裝過程中，由于受力不平衡，會產生較大的彎曲扭矩，導致降低主體結構的穩(wěn)定性。為了保證主體結構的穩(wěn)定性，必須對其進行有效的控制和管理。

首先，嚴格控制焊縫質量。焊縫的長度一般為2～3m，焊縫的寬度一般為10mm。焊縫的具體尺寸應根據(jù)實際情況來確定。其次，采取錨固處理方法。錨固的作用就是將鋼柱與節(jié)點之間的聯(lián)系切斷，避免因連接處的張力過大而影響主體結構的安全性能。最后，主體結構的加固方法。主體結構的加固，可采用錨栓的方式來完成。在使用錨栓加固方式之前，先用砂土墊底，再澆筑混凝土，最后澆搗密實，這樣才能確保其強度。

4.3" " 鋼結構就位時允許調整的范圍

為了保證鋼結構的施工質量，需要對其構件進行合理安裝和調整。在設計圖紙時，要考慮不同的因素對鋼結構的影響。如果有的部位不能夠滿足技術要求，會造成鋼結構的受力情況出現(xiàn)問題，從而導致產生損失甚至安全隱患。施工技術人員必須根據(jù)具體施工條件制定出相應的措施方案，以確保鋼結構的整體穩(wěn)定性。

設置連接管主要針對2個方面的情況：一是對于那些比較小的單元體，如柱、梁等，應選擇一些小的尺寸來實現(xiàn)連接管的布置；二是在連接管的位置盡可能地減少焊接的次數(shù)以及長度，這樣才能提高其抗震能力[3]。

4.4" 連廊拼裝的安全防護與加固

在鋼結構連廊拼裝施工過程中，要嚴格按照相關規(guī)定和要求，掌握安全防護措施的使用范圍和安全系數(shù)。在鋼結構的連接處設置一定數(shù)量的防雷設施，以防止發(fā)生雷擊事故、降低電磁干擾的概率。在處理連廊焊接部位時，應采用相應的保護措施，以保證焊接部位不會受到破壞。

對于一些特殊構件，還可采取以下3種加固方式：一是使用錨固方法提高構件抗壓能力；二是使用錨桿方法增強構件抗拉性能；三是增大鋼筋的截面尺寸，提升構件的剛度。

5" "連廊整體吊裝技術

5.1" " 吊裝要點

在吊裝大跨度鋼結構連廊整體吊裝過程中，會遇到天氣、環(huán)境、材料等各方面變化因素，從而對工程施工會造成不利影響，因此在吊裝之前需要進行合理估算和布局，以保證整個吊裝施工的順利完成。

大跨度鋼結構連廊整體吊裝施工的主要工作，是將其各個吊裝點位綜合考慮，使其能夠達到有效的受力平衡。此外，還要考慮大跨度鋼結構連廊與周邊建筑物，特別是其與基礎之間的相互干擾因素，要避免其基礎產生不均勻沉降問題。

5.2" " 吊裝策劃

為了保證大跨度鋼結構連廊整體吊裝的安全施工，在吊裝施工之前，需要對各個部位的施工材料和施工機械設備等，進行安裝與調試。在對連廊進行三維建模后，需要對其施工過程中的關鍵參數(shù)和主要工程量進行計算，并得出相應的控制數(shù)據(jù)，為下一步的工作提供依據(jù)。通過ANSYS軟件建立連廊整體提升策劃模型，并利用該模擬方法，實現(xiàn)連廊的精確化布置，確定最合適的位置和具體施工流程。

吊裝施工包括以下4個步驟：一是在吊裝部位設置好支撐的間距；二是將所有構件按照一定順序排列，保證相鄰2個節(jié)點之間的距離大于等于5m，避免連廊位移，提高連廊的穩(wěn)定性及承載能力；三是對其內部的鋼筋網、樓板、支架等的尺寸做合理的調整與布局，使其達到最佳的組合效果[4]。

5.3" " 吊裝準備

大跨度鋼結構連廊整體吊裝準備工作，可分為連廊基礎施工、安裝節(jié)點和吊裝部位的設計與制作等方面。連廊基礎施工的要點有三：一是在基坑開挖之前，需平整場地，對基坑周圍的建筑物和地下管線等做好相關準備工作。二是要高質量完成地基混凝土澆筑。三是確保施工過程中的標高和軸線的準確度，以此為基準線來實施后續(xù)的施工工序。

在安裝節(jié)點和吊裝部位的設計與制作方面，在大跨度鋼結構連廊內的鋼筋網中，按照相關標準要求選取合適的位置放置支撐點。為了便于連廊的后期維護保養(yǎng)，還應設置專門的操作平臺。在連廊吊裝時必須控制其垂直度。

6" "施工方案和注意事項

6.1" " 施工方案

一是做好充分的準備工作。準備工作包括了解現(xiàn)場的地形地貌、地質條件以及周邊環(huán)境的情況，要根據(jù)設計和施工需求確定適宜的吊裝工序，并將吊裝工序作為控制的重點。

二是做好大跨度鋼結構連廊的鋼筋綁扎工作。在綁扎鋼筋時，必須按照圖紙要求的先后順序進行綁扎，以提高綁扎質量和效率。

三是做好混凝土澆筑工作。在混凝土澆筑過程中，會受到溫度、濕度的影響，因此必須嚴格控制，及時調整相關參數(shù)以避免出現(xiàn)偏差。

6.2" " 注意事項

大跨度鋼結構連廊的施工，在確保施工質量和安全的前提下，要對施工工期和施工成本進行合理控制。要對施工環(huán)境、地質條件、材料性能等因素的不良影響進行控制。要結合施工現(xiàn)場實際的地形、地貌、區(qū)域以及氣候的變化規(guī)律，對施工方案進行必要的調整和補充。

大跨度鋼結構連廊工程包括基坑開挖、支護體系構建和主體結構搭建等諸多方面，是由多種結構共同構成的復雜系統(tǒng)。落實大跨度鋼結構連廊的施工方案和重要事項，是做好大跨度鋼結構連廊施工的關鍵，是保證其施工質量、控制成本和工期的重要條件。

7" "結語

綜上所述，大跨度鋼結構連廊的設計和施工，是高大建筑物一項重要建設項目。組織好大跨度鋼結構連廊的設計和施工，不僅可以提高建筑物的整體質量，還能夠為高大建筑物主體工程的順利完成提供有力施工方案和注意事項的保障。

參考文獻

[1] 李洪泉.大跨度鋼連廊高空散裝施工工法[J].建筑技術開發(fā)，"2013，40（12）：65-67.

[2] 曾新明，于九生，齊子泰.大截面桁架柱構件整體吊裝翻轉過程荷載分析[J].機械研究與應用， 2021，34（6）：194-196.

[3] 曾新明，于九生，齊子泰.大截面桁架柱構件整體吊裝翻轉過程荷載分析[J].機械研究與應用， 2021，34（5）：163-165.

[4] 超劉向東，梁恒越，孫波，等.大跨、大截面矩形桁架無支撐整體吊裝技術[J].建筑技術， 2021，52（11）：1402-1404.