大跨度鋼結構施工安裝變形控制技術

劉亞軍

（甘肅第一建設集團有限公司，甘肅 蘭州 730070）

1 引言

從2016年開始，國內的鋼結構產值就大幅提升，我國的鋼產量得到了有效地提升，2018年鋼結構產量就達到了6800萬噸。目前鋼結構應用于建筑、商業樓、飛機場、工業廠家等公共建筑領域當中，在未來一段時間內，鋼結構仍擁有非常大的發展空間。而很多大型建筑工程都更喜歡使用大跨度鋼結構，因為大跨度鋼結構的重量大、體積大、性能優勢更強，非常適合用于大型建筑建設工程之中，能夠更有效地保證整體工程的質量與安全。但是大跨度鋼結構在施工安裝的過程里，容易因為各種問題而產生變形，為了控制如上情況，相關的施工團隊在建造大跨度鋼結構的過程中，應當采取合理的控制技術方法，杜絕變形現象和安全隱患的發生。

2 淺析大跨度鋼結構施工

2.1 大跨度鋼結構的特點

大跨度鋼結構具備較為鮮明的特點，在現代化的建筑施工過程應用得十分廣泛，其尺寸和結構建筑方式都有一定的特殊性。通常來說，大跨度鋼結構相對于其他鋼結構而言尺寸更大，同時，其構筑方式具備更強的多樣性。大跨度鋼結構的工程焊接量比較大，整體的施工規模也比較大，所需使用的鋼材料具備較強的等級，強度較高，鋼板的厚度也較厚。隨著大跨度鋼結構施工工藝的增強，現在能實現的跨度范圍已經越來越大。結構節點形式比較多，根據不同的施工需求，應當采取不同的結構形式，比如北京奧運會羽毛球館的頂部，就采用了大跨度鋼結構，成為世界上跨度最大的弦支穹頂鋼結構。由于大跨度鋼結構的施工工程量和施工難度都比較大，其間所使用的構件數量會比較多，通常而言能有十幾萬個。

2.2 大跨度鋼結構的類型

首先，大跨度鋼結構施工當中最常用的一種空間結構是網架結構，采取了支撐性更強的架構形式，利用空間布局，有效達成連接建筑構件的作用。在實際的施工過程中，網架結構的施工效率比較低，同時成本較高，但是其穩定性和外觀美觀性都比較強，性能比較優越。第二，大跨度鋼結構也可以采用網殼結構，即一種成網狀形式的結構。網狀分布能夠有效平衡構件結點的水平壓力，提升鋼結構的整體穩定性，所能提供的支撐力也比較強，在施工的過程中，網殼結構的搭建和安裝都比較便利，這種結構形式具備較強的發展空間。第三，大跨度鋼結構的形式也可以是懸索結構。懸索結構是利用具備一定柔性的繩索材料來拉動整體，給其較強的承重拉力的結構。如果繩索結構的鋼結構使用性能更好的柔性材料，則能夠產生更好的承重力，使結構性能上升一個等級。除此之外，懸索結構的自重較輕，在施工安裝時操作方便，能夠節省許多材料，具備較強的優勢。

2.3 大跨度鋼結構施工方法

大跨度的鋼結構在施工的時候，主要采用的施工方法有高空散裝法、分塊吊裝法、分條吊裝法、整體吊裝法、整體提升法、折疊展開安裝法等。首先，高空散裝法指的是將整個鋼結構拆分成不同的構件，生產廠家需要制造出對應的散裝構件，在高空中確定合適的位置，將相應的散裝構件進行組織拼裝，結合形成穩定的大跨度的整體。這種施工方式非常適用于場地比較小、地勢比較復雜的結構工程。其安裝靈活性較強，能夠適用于大多數的情況，安裝方便，不占地方。但其缺點也比較明顯，制作材料的工序麻煩，所需耗費的施工時間長。分塊吊裝法和分條吊裝法指的是將拼裝好的部件構成塊狀結構或條狀結構，然后再將其運送至相應的位置，其具備較為靈活的施工可能性。整體提升法是在地面上將所有的鋼結構材料拼裝完成后，整體運送到相應的位置。雖然這種方式比較節約施工成本，但是也存在著一定的局限性。整體吊裝法需要分為三步，整體拼裝后通過起重機將整體鋼結構運送到指定位置，再通過相關工藝在相應的位置進行固定施工。整體頂升法指的是在設備和軌道不同時，將鋼結構支柱置于設備之下，再緩慢提升到指定位置。折疊展開安裝法主要適用于網殼結構的鋼材料，核心思想是降低原裝的高度，再通過起重設備將結構體吊起至指定位置。

3 大跨度鋼結構施工安裝變形控制技術方法

3.1 合理選擇大跨度鋼結構變形控制技術

許多大型的建筑工程當中，都需要使用大跨度型鋼結構，比如機場、體育場、大劇院等。但是針對不同的施工結構和實際情況，所適合采取的大跨度鋼結構也有所不同。在施工安裝的過程中，常常會因為材料焊接不良、結構不穩等因素，使得大跨度鋼結構出現變形，所以應該合理選擇大跨度鋼結構變形控制技術。首先是大跨度鋼結構構件和異形節點的制作技術，要確保鋼結構構件和異形節點的受力穩定性。為了更好地保證鋼結構的質量，確保鋼結構的整體穩定性，應當充分發揮滑移施工技術的作用，使用整體滑移施工技術將鋼結構進行有效的牽引控制。在使用整體提升施工技術時，可以有效地保證大型結構姿態的平穩性以及相應的施工負荷的均衡性。比如可以有效使用液壓千斤頂，通過這種動力設備提升運作的可靠性，還可以針對高層的大型建筑，采用可靠安全的高空無支托拼裝施工技術，使得施工的過程更加流暢，不需要額外的依靠支撐平臺，更快速地提升現代化的綜合運用水準，構成完整的結構體。對于大多數的建筑工程而言，計算需要采用的變形控制技術也有所區別，制定嚴格的吊裝流程計劃，針對不同的變形突發情況進行有效控制處理。

3.2 采取規范的鋼結構安裝順序

大跨度鋼結構的安裝過程應當遵循《鋼結構工程施工規范》，確定安裝流程中必須明確的指標，同時也要結合建筑的高度、尺寸、位置等具體的工程細節，確定鋼結構安裝的標志點、軸線、標高等等。在安裝之前，必須嚴格測量好相應的位置點，同時進行精確的校正工作，確保位置點的合理性。在進行安裝時，確保作業通道和防護措施的可靠性，考慮當天的氣候因素，提前采取應對措施，以防突發天氣造成的安全隱患，對鋼結構進行焊接時，做好防風、防水等措施。焊接的部位應當保持整潔，確保焊接的穩定性，不能存有不當的縫隙，要注重安裝的鋼結構梁柱在接口處的焊接工作，確保焊接工作的完成度和鋼結構的良好性能，注重安裝施工的質量。針對性地提升施工安裝的水準，根據不同的結構，安裝方式及焊接的順序也有所不同，通常是采取由下至上的焊接方式，規范的鋼結構安裝順序可以幫助提升鋼結構的穩定性，減少變形的風險。

3.3 采取正確的鋼結構吊裝順序

采用大跨度鋼結構的工程，通常都是工程量比較大的大型建筑，在大型建筑的上層區域，距離地面有著較大的距離，經常需要使用吊裝機對鋼結構進行吊裝。在吊裝之前，應當確定好施工的先后順序，可以先拼裝、再固定，也可以先運送、再拼裝、再固定，采用履帶吊車的通道對相應的構件進行運輸和吊裝。地下室通常會采用鋼骨柱的鋼結構，也需要通過吊車將其路基板運送到相應的位置。整體施工過程中，吊裝工序的空間順序應當是由下至上，采取合理的方法進行吊裝。不同的結構所采取的吊裝調配的方式也有所區別，安裝的鋼結構位置應當根據實際的施工方向來調整。采取正確的鋼結構吊裝順序，保證鋼結構的整體性，實現更良好地對大跨度鋼結構施工安裝過程變形情況的控制。

3.4 采用合適的支撐系統

想要提升大跨度鋼結構的安裝穩定性，對變形情況進行一定的控制，就需要給大跨度鋼結構提供良好的支撐系統，進行合理的支撐設計。根據吊裝時的受力情況確定支撐支架，臨時的支撐支架應當結合實際的需求，經過驗收之后才能使用。支撐支架通常具備重要的功效，在吊裝結束之后需要及時對臨時的支撐支架進行拆卸，所以臨時支撐支架也要具備便于拆卸的特點。除此之外，大多數情況下所使用的施工承重支撐胎架才是主體的支撐結構。通常采用分段吊裝的形式完成承重支撐胎架的搭建，采用構架式鋼管柱作為主要的承重胎架的支柱，采用連續的環形支撐架結構，能夠提升定位的穩定性，確保在高空運作的過程中鋼結構能更牢固地安裝好。鋼結構設施在臨時完成混凝土結構的連接后，在設置之處應當結合支撐架的位置，對鋼梁結構進行受力轉移，將承重支撐的受力主要移動到制混凝土的支柱上，確保吊裝整體支架的安全。在完成支撐胎架的設置之后，也要對定型的模板標高進行適當的調整，確保標高位置的合理性，支撐臺下的設計結構要符合鋼管的設計規范標準。結合受力荷載的力學原理，確定支撐荷載，采用合理的大跨度鋼管構式結構，提升支撐結構的穩定性。

3.5 結合大跨度鋼結構施工力學原理

為了進一步提升大跨度鋼結構的結構穩定性，可深入研究其施工力學的原理，因為大跨度結構具備比較長的長度，在每個階段當中都有著不同的受力狀態。受力狀態變化的過程里，大跨度鋼結構會因為結構內力和位移，發生一定的改變。影響施工力學結構變化的因素非常多，需要對全過程進行跟蹤分析，才能夠全面了解施工力學的整體作用過程。相應的激活元素會在受力狀態內對結構產生新的荷載，從而產生新的內力，內力可能會導致變形狀態的出現。所以，要結合工程的實際情況，采用力學分析的方式，精準測量各項重要指標，計算出受力點的受力情況，計算出變形時承受的荷載，考驗在荷載程度內其是否會出現內力變化的情況。通過分析大跨度鋼結構的位移和內力變化情況，對施工全過程的力學進行整體的計算與檢測，保證大跨度鋼結構的施工過程處于安全可控的狀態，最終根據施工力學的變化情況，找出其可能存在的變形點，制定更合理的改進措施，調整力學結構。

3.6 精確地計算臨界荷載

對于大跨度的鋼結構體系而言，其所需要達到的穩定承載力標準也更高，相較小跨度的鋼結構，其具備的不穩定性更強，所能夠承受的荷載也更大，但具體的臨界荷載的數量，應當結合實際情況來精確計算。構建強度和相應的規范要求要相匹配，如此一來可以有效提升大跨度鋼結構體系的整體承載能力，確保其不會突破臨界承載荷載。想要計算出臨界荷載的具體值，應當通過變換結構的受力情況和結構形式的方式，調整大跨度鋼結構，使其具備不同的變量情況，綜合測試出最接近真實值的臨界荷載，對相應的預定力構建安全系數進行優化，規范整個施工過程的結構力學操作。主要計算鋼結構在雙重抗測力的情況之下存在的臨界荷載，利用力學計算公式核算具體的鋼結構程度，以提升性能為標準，規范鋼結構施工操作行為。對大跨度鋼結構的力學荷載設計方法進行優化，高效率地分析荷載結構并進行精確的運算，制定出詳細的優化規范，提升臨界荷載設定的高效性和可靠性。

3.7 優化焊接工藝，防止焊接變形情況

焊接變形的情況在大跨度鋼結構施工過程中也經常出現，因為工程量很大的鋼結構體往往非常復雜，具備很多需要彎折的地方，需要通過焊接的形式完成拼接、焊接的技術工藝。焊接技術具備一定的不穩定性，會隨著外界環境的一些變化而受到相應的影響。通常情況下，操作不當可能會使得大跨度鋼結構在焊接的過程里，出現構件部分之間受熱不均的情況。當受熱情況不穩定時，局部出現高溫，局部溫度不足就會導致部分構件區域出現熱膨脹的反應，而在那些受到導熱影響較少的部分，溫度則偏低，受到熱脹冷縮效應的影響，一部分膨脹，一部分收縮，進而導致鋼結構出現不同程度的變形。除此之外，部分操作人員可能會控制不了焊接的程度，出現過度焊接的情況，導致鋼結構受損融化，失去所應具有的原本模樣，降低了鋼結構的硬度。想要針對性地控制焊接變形的情況，可以對構建的平臺區域結構重新進行優化，避免位移偏差等情況。保證更穩定的基礎架構，提升整體結構的平穩程度，使得鋼結構在焊接的過程里，不會出現交叉和縫隙，也不會出現焊接變形。

4 結束語

綜上所述，文章針對性地分析了大跨度鋼結構的特點、施工方法等，并提出了有效控制大跨度鋼結構施工安裝變形的技術方法。大跨度鋼結構在現代化建設工程中應用廣泛，具備尺寸大、強度大、性能優等特點。其空間結構類型也有很多種，比如網架結構、網殼結構、懸索結構等等。在施工過程中所使用的施工方法有高空散裝法、分塊吊裝法、分條吊裝法、整體吊裝法、整體提升法、折疊展開安裝法等等。為了控制其施工安裝過程中的大跨度鋼結構構件變形情況，所應當采取的技術方法有合理選擇大跨度結構變形控制技術，采取規范的鋼結構安裝順序，采取正確的鋼結構吊裝順序，采用合適的大跨度鋼結構支撐系統，結合大跨度鋼結構施工力學原理進行施工，精確地計算出臨界荷載，保證大跨度鋼結構不超過荷載。優化焊接的工藝，防止焊接變形。