大型钢结构安装技术研究

杨红林

摘要：伴随着当前我国社会发展需要和经济实力的进一步增强，大型钢结构的应用越来越广泛，本文总结了钢结构的安装方法，系统的阐述了钢结构的连接方式和钢结构工程安装施工质量控制要点，为类似工程提供参考和借鉴。

关键词：钢结构；安装； 控制

一、概述

大型钢结构是一个生命力极为活跃的结构领域，依靠其不断推陈出新的结构形式以满足国民日益增长的物质、精神需要。随着一批大型钢结构公共建筑（如大剧院、体育馆、展览馆、超级市场、车站、航站楼、厂房等）的创新新建以及新材料、新工艺、新技术的使用带来了钢结构施工技术的不断革新，成为体现国家建筑科技综合实力的一杆标尺。

大型钢结构的安装就是使用施工工艺使其到达设计位置，实现其使用功能。如何选择大型钢结构的安装方法应综合考虑结构的受力特性、构造特点（包括结构选型、钢结构的刚度、外形特点、支持形式、支座构造等）、施工技术条件、设备资源配置等情况，争取在满足质量、安全、进度的前提下取得最优化的经济效益。

二、钢结构安装方法

目前国内大型钢结构安装的方法主要有如下七种：高空散装法、分条或分块安装法、高空滑移法、整体提升法、整体吊装法、整体顶升法、折叠展开法。

1、高空散装法

高空散拼法是指将在工厂加工完成的杆件运至现场、运用人力或吊装设备将其吊至高空后在设计位置完成所有的组装、拼装工作。采用该法安装，脚手架用量大，高空作业量较多，工期较长，且需要较大场内用地，技术上亦有一定难度。

江苏盐城站站房屋盖结构采用的是大跨度网架结构，如图1所示，网架施工采取搭设满堂红脚手架，网架安装采用高空散装法。网架安装前应对网架支座轴线与标高进行验线检查，其轴线、标高位置必须符合设计要求。网架安装时，应随时测量检查网架安装质量、整体挠度和偏差，确保变形在规范允许的范围之内。

图1盐城站站房

2、分条或分块法安装法

分条或分块安装法指的是将钢结构划分成若干条状或块状的结构单元后依靠起重设备将各结构单元吊装到高空设计位置后再拼装焊接形成有机的整体的安装方法。

南京国际展览中心大型屋盖弧形主拱架制作安装采用的就是分条或分块法安装法，本项目对钢结构屋盖安装结构稳定措施提出了设置垫块、跟踪监测等方法。如图2为屋盖弧形主拱架的拼架吊装图。

3、高空滑移法

高空滑移法就是在设置的拼装平台上进行拼装后，待第一个拼装单元或第一段拼装完毕，即将其下落至滑移轨道上，用牵引设备通过滑轮组将拼装号的结构单元向前滑移一定距离，

图2 拼架吊装图

然后再在拼装平台上拼装第二个拼装单元或第二段，接好后连同第一个拼装单元或第一段一同向前滑移，如此逐段拼装不断向前滑移，直至整个钢结构拼装完毕并滑移至就位位置。

图3 武汉国博会议中心

4、整体吊装法

整体吊装法是指将钢结构在地面进行总拼后，采用单根或多根拔杆，一台或多台起重机将构件整体吊装至设计标高的施工方法。采用这种方法施工，不需要较大的拼装支架，高空作业量少，但框架梁等某些结构施工需待钢结构整体安装完成后才能进行，平行施工受到一定的限制。

5、整体提升

整体提升法就是在地面拼装胎架上将钢构件拼成整体后借由安装在结构上的提升设备将钢构件整体一次性提升到设计位置。如广州新白云国际机场飞机维修机库安装工程采用整体提升施工方法实现了该工程 250m×88m 鋼屋架的顺利安装。

整体提升过程归纳为结构脱离胎架、结构匀速提升、结构落位三个阶段，并认为首尾两个阶段对结构安全性的影响至关重要。

6、整体顶升法

整体顶升法是指将钢结构在设计位置的地面上拼成整体后，通过千斤顶的作用将其顶升至设计标高。采用此方法时可利用原有结构柱作为顶升支架，也可以专门设置顶升支架，所用设备一般为液压式千斤顶，体积较小；当顶升大跨度的大型钢结构是，可用专门的大型千斤顶。如图4所示为武汉体育中心顶升过程示意图。

图4 顶升过程示意图

7、折叠展开法

折叠展开法是指在钢结构拼装过程中先除去部分杆件后在地面进行拼装，使结构成为一个可折叠的机构，降低安装高度的同时在提升过程中可以将钢结构逐步展开，待提升至设计标高处后将先前除去的部分杆件安装到位，使整个结构恢复受力性能。折叠式钢结构的特征均在施工成形过程中得以体现。苏州工业园区华能发电厂大跨度干煤棚网壳便是采用折叠展开法施工。

三、钢结构连接方式

钢结构的构件是由型钢、钢板等通过连接构成的，各构件再通过安装连接架构成整个结构。因此，连接在钢结构中处于重要的枢纽地位。在进行连接的设计时，必须遵循安全可靠、传力明确、构造简单、制造方便和节约钢材的原则。

根据不同的情况，钢结构可釆用不同的连接方法：（1）焊接——是钢结构中用得最广泛的连接方法。（2）铆接——在20世纪中叶以前是用得最广泛的连接方法，由于施工不方便现已被焊接和其它连接方法所代替。（3）普通螺栓连接——具有施工方便的优点，但在传递剪力时会有较大滑移，不利于结构受力，因此常用于不传剪力的安装连接中。（4）高强度摩擦型和高强度承压型螺栓连接——具有较好的工作性能，但对被连构件在连接处的接触面的加工有较高要求，是目前用得较为广泛的连接方式，也用来替代过去常用的铆钉连接。（5）熔嘴电渣焊——常用于高层建筑钢结构箱形柱内横隔板的焊接。（6）电阻点焊——可用于厚度较薄板件的连接。（7）自攻螺钉和射钉——用于较薄钢板之间的连接。（9）焊钉——用于钢-混凝土组合构件中型钢和混凝土间的连接。

其中，焊接连接、铆钉连接、螺栓连接和轻型钢结构用的紧固件连接等在一般钢结构工程中广泛应用，如图5所示。电阻点焊、自攻螺钉和射钉等连接方法主要用于轻型钢结构和冷弯薄壁型钢结构中

图5 常用钢结构连接方式

四、钢结构安装施工质量控制要点

钢结构安装顺序通常为：①基础放线→②连接→③吊装→④校正→⑤最后固定。该过程中的质量控制要点如下：

1、型钢柱吊装时，采用两点吊装法。吊装就位固定后，设临时支撑，以防受风力或其他外力作用而倾斜。

2、钢结构在进场时应有产品质量证明书，其焊接连接、紧固件连接、钢构件制作等分项工程验收应合格。

3、验算构件吊装的稳定性，合理选择吊装机械，确定经济、可行的吊装方案。

4、钢结构应符合设计要求及规范规定。运输、堆放、吊装等造成的钢结构变形及涂层脱落，必须进行矫正和修补。

5、多层或高层框架构件的安装，在每一层吊装完成后，应根据中间验收记录、测量资料进行校正，必要时通知制造厂调整构件長度。

6、设计要求顶紧的节点，相接触的两个平面必须保证有70%紧贴，用0.3mm塞尺检查。边缘最大间隙不得大于0.8mm。

7、垫铁的位置应保证柱子底部的刚度，垫铁的布置不应使柱子或底座承受附加荷载。

8、每节柱的定位轴线应从地面控制线直接引上，不得从下层柱的轴线引上；结构的楼层标高按相对标高或设计标高进行控制。

9、在形成空间刚度单元后，应及时对柱底板和基础顶面的空隙进行细石混凝土、灌浆料等二改浇灌。

10、钢结构在运输、堆放和安装时，应确保结构的稳定，并确保结构不会产生永久变形。

11、高强螺栓连接的钢构件之间，不得随意扩孔，并严禁气割扩孔。

12、构件安装精度及允许误差详见《高钢规》、《钢规》及《验规》。

13、预埋螺栓：浇筑过程中须确保基础螺栓保持原位。在施工的各个阶段，必须采取措施，保护螺栓、螺纹和螺帽，避免损坏、腐蚀及沾污。埋于基础之螺栓护筒应保持清洁，没有杂物。

14、灌浆：柱脚底板的灌浆，必须在结构经对中、水平及垂直度测检合格，有足够支撑，且与永久性连接构件准确地牢固连接之后，才可进行。基础底板下的空间须除去杂物和清洗完毕，才可进行灌浆。商品灌浆须按厂商指引进行准备、混合和灌浆。必要时应进行试验。

15、型钢柱安装时控制柱脚的平整度和密实性，拧紧柱脚螺栓，掌握好型钢柱的垂直度。

五、结论

钢结构安装技术内容丰富，要求严格，需要各专业知识的密切配合和交叉渗透，并根据工程实际不断创新和改革，本文从大型钢结构安装的常用施工方法入手，介绍了高空散装法、分条或分块安装法、高空滑移法、整体提升法、整体吊装法、整体顶升法、折叠展开法七种安装方法，通过优劣比较，可以针对特定工程选择合适的工艺。根据钢结构的安装顺序总结了钢结构安装施工质量控制要点，为我国钢结构建筑的繁荣发展而努力。

参考文献

[1] 王二中，候国伟. 大跨度高空散装钢结构屋盖网架施工技术[J].现代城市轨道交通，2011年01期。

[2] 于国家.南京国际展览中心大型钢结构施工技术[J].江苏建筑，2001，1：8-13.

[3] 鲍广鉴.现代大跨度空间钢结构施工技术[J].钢结构：2005，1（20）.

[4] 郭彦林.大跨度复杂钢结构施工过程中的若干技术问题及探讨[J].工业建筑，2004，12（34）.

[5] 吴聚龙.大型屋盖整体顶升施工技术[J].施工技术，2008，37（3）：40-42.

[6] 陈豫山.某大型钢结构工程施工关键技术选择与应用[D].华南理工大学，2013.