大跨度空间钢结构施工技术研究

2015-10-21江伟良

建筑工程技术与设计 2015年8期

江伟良

【摘要】随着我国综合国力的日益提高和建筑行业的飞速发展，大跨空间钢结构广泛出现于工程中。近年来，大跨空间钢结构的造型越来越复杂，跨度越来越大，随之而来的就是对大跨空间钢结构施工技术的发展和更新的要求也越来越高。文章详细介绍探讨了几种当前常用大跨空间钢结构的施工方法，并结合代表性算例重点介绍了一种新型的钢结构安装技术—整体提升施工技术，分析了大跨空间钢结构整体提升点布置位置对施工工艺的影响，期望为工程设计及施工提供依据。

【关键词】大跨度空间钢结构；施工技术；整体提升施工；提升点布置

随着综合国力的提高和经济的飞速发展，我国的建筑行业得到了快速进步，同时由于不断引入的新型建筑材料、不断更新的建筑理念、更高的建筑美学要求以及丰富的建筑功能要求，建筑结构的形式呈现多样化和复杂化的趋势，建筑结构也越来越朝着超大跨度、大空间的方向发展，并在各大城市中大量兴建诸多文化体育场馆、飞机库、机场候机厅、摩天大厦、会展展览中心等大型公共建筑和各种类型的重型工业建筑。目前，大跨度空间钢结构常用的安装方法有高空散装法、分条分块吊装法、整体吊装法、高空滑移法、折叠展开法、双机或多机抬吊吊装法、整体提升法、整体顶升法等，每种大跨空间结构安装方法都有其优缺点和适用范围。施工安装方法的选择对于大跨空间钢结构工程的质量、安全和进度等诸多技术指标有着非常重要的影响，因此合理选择大跨空间钢结构工程的施工安装方法具有非常重要的意义。

文章总结施工经验，针对几种常用的施工安装技术加以介绍，结合算例重点分析了整体提升施工技术，以期业内同行共同探讨，不断推动大跨度空间钢结构工程需要施工技术的发展与创新。

一、大跨空间钢结构施工技术发展概述

现阶段，大跨空间钢结构逐渐出现了许多新颖的建筑结构形式，按结构体系通常可划分为平面结构体系和空间结构体系两大类。常见的平面结构体系有桁架结构、以及拱式结构等形式。常见的空间结构体系有网架结构、悬索结构、网壳结构。接下来针对几种常见的施工技术加以探索介绍

（一）高空散装技术

高空散装技术首先在设计的位置处搭设拼装满堂脚手架或者临时支架，然后使用起吊设备把结构的小拼单元或者若干散件吊至构件设计的位置，最后在支架上进行总拼。高空散装技术通常不需要大型的起重设备，但散件较多导致高空作业多，工作量较大，在作业之前为了减小拼装的累计误差和方便空中作业首先要选择合理的散件拼装顺序，然后在拼装过程中应控制好标高和轴线的位置，确保拼装过程均符合相关规范要求，同时搭设支架用量比较大，也需要确保拼装支架的刚度、强度、稳定性等的要求，因此施工质量难以保证。因此，该技术方案通常适用于结构构件用高强螺栓连接的，或用螺栓球节点连接的网架。该施工技术方法已经应用于国家游泳中心-水立方。

（二）分条分块吊装技术

分条分块吊装技术首先根据施工现场起吊设备的能力把結构分成条状或块状单元，然后搭设拼装临时支架，再利用起重机械把各条状或块状单元分别吊至设计位置，最后完成总体拼装。该类技术相比于高空散装技术降低了空中施工作业量，同时可以使用一些焊接构件，焊接工作可以在地面进行，降低工程造价，确保了施工安全和质量，但值得注意的是，划分后的条状或块状单元必须具有足够刚度且为几何不变结构体系，否则应采取相应的临时加固措施以便于施工。该类施工技术方案已应用于国家大剧院。

（三）高空滑移技术

高空滑移技术首先在预设位置前搭设拼装平台，将结构划分为若干拼装单元，通过预先设置的拼装轨道滑移至设计位置，直到拼装到整个结构完成为止。该类方法拼装平台较小，不需要大型起吊设备，而且只需要搭建局部支架，在降低工程造价的同时还能减少空中作业量，更好的确保了工程安全和质量，近年来逐渐多用于堂、影剧院等工程。但是在进行拼装过程中，确保滑移过程中的同步控制难度比较大。该类施工技术已应用于国家体育馆和五棵松篮球馆

（四）整体顶升技术

整体顶升技术首先在地面把被提升结构拼装完成，然后利用千斤顶将结构顶升到设计高度的，值得注意的是若顶升支撑结构柱为原建筑结构柱时应首先验算原建筑结构柱的稳定性。根据整体顶升技术特点，该类技术适用于点支撑的大跨空间结构，已经应用于三门峡南站候车大厅屋盖、武汉体育中心主体育馆。

（五）整体提升技术

整体提升技术与整体顶升技术类似，首先把被提升结构在地面投影位置拼装完成，然后利用千斤顶和钢绞线等提升设备将被提升结构提升至设计位置。整体提升技术可利用原建筑结构柱作为提升支撑柱，也可以采用临时的支架作为支撑，若提升支撑结构柱为原建筑结构柱时也需要验算原建筑结构柱的稳定性。虽然该类技术高空作业量少，不需搭设大量支架，但提升点的位置布置、提升设备提升结构的同步性及与提升相关的设计验算都是整体提升施工技术的关键问题，会直接影响工程施工的质量和安全，以及进度。该方法适用于有群柱作为支撑的大跨空间钢结构方便布置提升点，或者施工场地较为狭小的工程项目，已经应用于国家图书馆。

二、工程算例

（一）工程概况

根据国内某机库大厅屋盖结构进行整体提升技术施工模拟分析，该屋盖结构网架形式为正放四角锥单层，平面尺寸70m×80m，网格尺寸 5.0×5.0m，高度 4.0m—5.5m，网架下弦标高 18.0m。钢结构网架总重量约为 600t。

图1 工程结构模型

（二）工程难点

由于提升结构相对复杂，提升点布设的数量及布置位置的确定尤为重要，确保提升的稳定性和准确性。根据实际情况预设3种提升点布设方案，其中利用原结构柱作为支撑结构：

方案一：1、2、3三边各布置 5个点；

方案二：1、3两边各布置6个点，2边布置3个点；

方案三：1、3两边各布置 5个点，2边布置 4 个点；

利用MIDAS软件进行整体分析计算，得到方案三中网架拉压应力均未超限，也未出现失稳杆件，综合考虑技术可行性和经济合理性选择方案三。

三、结语

近年来，随着大跨度空间钢结构新颖的结构形式不断涌现，其施工技术也随之不断更新和改善，文章总结介绍了几种常用的施工技术方案，并通过有限元软件分析比选整体提升技术的若干方案，从而确定最优方案，为大跨空间钢结构设计与施工提供参考依据。