浅析大跨空间钢结构施工技术

【关键词】大跨空间结构；施工技术；钢桁架；网架 

　　随着2008年奥运会和2010年上海世博会大量工程的实施，我国的大跨空间钢结构兴起了一波发展的热潮。在这样一种大背景下，有必要对大跨空间钢结构施工技术及建造全过程进行研究，使大跨空间钢结构的施工建造过程建立在科学、定量分析基础上，确保施工过程的安全可靠、经济合理。 

　　一、国内外大跨空间钢结构的应用与发展 

　　各种类型的大跨空间钢结构在美、日、欧等发达国家发展较快。结构形式丰富多彩，采用许多新材料和新技术，发展了许多新的空间结构形式。例如1961年美国建成的匹兹堡会堂，是第一座开合结构，直径达127m；1983年建成的加拿大卡可里加体育馆采用双曲抛物面索网屋盖，其圆形平面直径135m，外形极为美观，迄今仍是世界上最大的索网结构； 1993年日本建成直径达222m的福冈体育馆；英国伦敦于1999年建成的千喜穹顶，跨度达300m。这些宏伟而富有特色的大跨度空间钢结构已成为当地的象征性标志和著名的人文景观。 

　　我国大跨空间结构的基础比较原来比较薄弱，但随着国家经济实力的增强和社会发展的需要，大跨工业厂房、候机大厅、会展中心、剧院、体育场馆等大型工业、公共建筑不断涌现，空间钢结构得到了前所未有的飞速发展，并且获得了广泛的应用。特别是近十余年来，随着我国经济的发展和科学技术的不断进步，形态各异的大跨度空间钢结构在体育场馆、会展中心、影剧院、大型商场、机场车站等建筑中得到广泛的应用。建筑外观的美学因素和使用功能都对结构提出了大空间的要求，大跨度空间钢结构相应进入了一个蓬勃发展的时期。 

　　二、大跨空间结构特点和施工技术研究 

　　（一）空间结构的特点 

　　空间结构是一种具有三维空间形体，且在荷载作用下具有三维受力特性的结构，还可以通过合理的曲线形体来有效地抵抗外荷载的影响，具有受力合理、自重轻、造价低以及结构形式多样的特点。近几十年来，各种新型的空间钢结构不断涌现，如网架结构、网壳结构、悬索结构、膜结构、张拉整体结构等，而它们的组合杂交结构更是花样翻新，如索承网壳、张弦梁等。习惯上，通常将空间结构按形式分为薄壳结构、网架结构、网壳结构、悬索结构和膜结构五大类。 

　　（二）常用施工技术 

　　1、高空滑移法 

　　高空滑移法是指分条的网架单元在事先设置的滑轨上单条滑移到设计位置拼接成整体的安装方法。此条状单元可以在地面拼成后用起重机吊至支架上，在设备能力不足或其他因素，也可用小拼单元甚至散件在高空拼装平台上拼成条状单元。高空支架一般设在建筑物的一端，滑移时网架的条状单元山一端滑向另一端。高空滑移法按滑移方式可分为：单条滑移法和逐条积累滑移法。 

　　2、高空散装法 

　　将结构的全部杆件和节点（或小拼单元）直接在高空设计位置总拼成整体的安装方法称为高空散装法。高空散装法分为全支架法（即满堂脚手架）和悬挑法两种。全支架法多用于散件拼装，而悬挑法则多用于小拼单元在高空总拼。这种施工方法从技术上讲是所有方法中最原始、最简单的施工方法，工效低下但对结构的安全性较高。高空散装法适用于非焊接连接（螺栓球节点）的各种类型网架屋盖，不需大型起重设备高空散装法适用于非焊接连接的各种类型的网架、网壳或桁架，拼装的关键技术问题之一是各节点的坐标控制。 

　　3、分条分块安装法 

　　分条或分块安装法，就是指网架分成条状或块状单元，分别由起重机吊装至高空设计位置就位搁置，然后再拼装成整体的安装方法。首先是大部分焊接、拼装工作量在地面进行，有利于提高工程质量，并可省去大部分拼装支架。其次是由于分条（块）单元的重量与现场现有起重设备相适应，可利用现有起重设备吊装网架，有利于降低成本。此法易于在中小型网架中推广，但仍有一定的高空作业量。 

　　4、整体提升法 

　　整体提升法是指在结构柱上安装提升设备提升网架，或在提升网架的同时进行柱子的施工方法。整体提升法可分为单独提升法、升梁抬网升网提模法和滑模升网法，这些都属于利用小型设备安装大型网架结构的新方法。 

　　5、整体顶升法 

　　整体顶升法是利用柱作为滑道，将千斤顶安装在结构各支点的下面，逐步地把结构顶升到设计位置的施工方法。整体顶升法与整体提升法类似，区别在于提升设备的位置不同，前者位于结构支点的下面，后者则位于上面，两者的作用原理相反。采用提升法时，只要提升设备安装垂直，网架基本能保证较垂直的上升。顶升法顶升过程中如无导向措施，则极易发生偏转。两者共同的特点则为安装过程中网架只能垂直地上升，不能或不允许平移或转动。 

　　6、整体吊装法 

　　整体吊装法是指将结构在地面总拼成整体，用起重设备将其吊装至设计标高并固定的方法。用整体吊装法安装空间锅结构时，可以就地与柱错位总拼或在场外总拼，此法一般适用于焊接连接网架，因此地面总拼易于保证焊接质量和几何尺寸的准确性。其缺点是需要大型的起重设备，且对停机点的地耐一力要求较高，同时会影响土建的施工作业。对于中、小跨度，特别是矢高较小的网壳，采用整体吊装法比较合宜。 

　　7、移动支架安装法 

　　移动支架安装法无固定的支撑脚手架。网架结构在可移动的支撑架上进行安装，对于已安装好的结构部分有必要设置若于固定的临时支撑以分散内力和控制变位，在结构安装完毕再撤去这些临时支撑。移动支撑架的稳定性比固定支架差，支撑脚手架的使用量少，节约了劳动力，加快了施工进度；施工不需要大型起重机，施工方法简单，施工费用较低。一般用于支承点平行的结构，如柱面网壳等。移动支撑架面积大小应根据工程的实际情况而定。 

　　8、空间结构的新型施工方法 

　　空间结构的新型施工方法有：①悬臂安装法：这种方法施工工艺简单，但高空操作危险性加大， 而且由于是由内向外施工，可能有较大的安装次应力产生，适用于节点形式为螺栓球节点的网壳结构。②逆作法：这种方法施工顺序与悬臂安装法相反，需要起重量大的吊装机具，对施工前的准备工作要求高，可用于曲面形式的网格结构。③柱面网壳结构“折叠展开式”整体提升技术。 

　　参考文献 

　　[1]董石麟.空间结构的发展历史、创新、形式分类与与实践应用[J].空间结构，2009， 15（3）：22-43 

　　[2]沈世钊.大跨度空间结构的发展、回顾与展望[J].土木工程学报，2008，31（3）：5-14