空间异型曲面钢结构安装技术及应用分析

卢 佳 孙琳璘 于皓晨

(东北林业大学，黑龙江 哈尔滨 150040)



空间异型曲面钢结构安装技术及应用分析

卢 佳 孙琳璘 于皓晨

(东北林业大学，黑龙江 哈尔滨 150040)

结合杭州奥体中心主体育场现场施工实例，从支座预埋件、支座、花瓣三方面，阐述了空间异型曲面钢结构安装技术要点，指出空间异型曲面钢结构具有覆盖面积大、安全性高、稳定性强等优点，应用前景广阔。

空间异型曲面，钢结构，支座，网壳结构

现代建筑随着人们生活质量的不断提高，其造型与结构也向着多元化发展。而空间异型曲面钢结构的出现因其自身结构独特、覆盖面积较大、安全性高、稳定性强等特点备受建筑师们的青睐，从而广泛应用于一些大型体育馆及会展中心等建筑上。这类空间管桁架结构与网壳结构相结合的新型结构设计不仅满足了建筑上的实用性，也使得建筑更趋向于美感化。

1 空间异型曲面钢结构的应用

21世纪以来，空间异型曲面钢结构的出现为土建结构领域的发展起到了促进性作用，日常生活中所常用到的空间异型曲面钢结构主要有空间桁架结构、悬索结构和网壳结构膜结构等。因空间异型曲面钢结构作用于空间内，因此它的荷载、内力与变形属于三维状态，是一般二维设计无法与之媲美的。由于以上特点，空间异型曲面钢结构做到了经济、美观与高效，它的问世得到了迅速的发展。

钢索、边缘构件与下部支承结构共同组成了大跨度屋盖的悬索结构，在一定的静荷载下，要先确定完整的悬索结构在原始的荷载作用之下的原始状态，并计算出荷增量和索支点位移对温度造成的变形。

网壳结构可以由多根杆件组成网格后形成曲线形来实现，它可以分为单曲和双曲两种形式。网壳可以与网架结合形成双层形态，这时因节点呈铰接状态，其杆件受力形式为轴向力。网壳由于曲率，做出节点，使杆件能承受附加弯矩或扭矩，也可以做成单层形态。虽然网壳与网架大小不一、形态各异，但其材料与截面基本相同，杆件与节点都是同样类型可以重复使用。这种有利的条件使得许多标准化的网络结构体系得到了很好的开发与应用，而且形成了其专属的工业化生产线。

20世纪中期逐步发展起来了一种全新型的建筑形式——膜结构，所用的膜材料则是由涂层和基布这两个部分组成的，而基布所采用的材料主要为玻璃纤维和聚酯纤维；而涂层选用的材料则主要以聚四氟乙烯和聚氯乙烯为主。其作为一种覆盖结构能够承受一定的外荷。

2 安装中的技术要点

以杭州奥体中心主体育场现场施工为参考，其安装中的技术要点主要由支座预埋件部分、支座部分主花瓣部分和次花瓣部分的安装组成。

2.1 支座预埋件的安装

支座预埋件的安装主要考虑到其荷载的传递问题。上下两道竖向支座和中间的一道支座提供了它的支撑固定。它主要是从罩棚钢结构与两道竖向支撑来传递。随后竖向支撑把荷载继续传递给混凝土柱子，再由基地传输到地基。支座预埋件安装时其施工单位要派专人进行监护工作，其安装跟随土建主体结构进行施工，必须保证安装精度的合格，为上部钢结构的安装做好准备。

2.2 支座安装过程

体育场的铸钢支座分上中下三部分。铸钢上支座的安装将与看台土建进行同步施工，在安装时将其局部预埋在看台里，与看台劲性柱形成连接，采用了100 t的履带吊把支座吊安装到固定位置。

钢结构开工之后开始进行铸钢中支座的安装，其采用焊接与看台楼层侧面的预埋钢板进行连接，安装时需设置临时的支撑架辅助进行，当焊接完成后再将临时支撑架拆除。

在提升教师专业能力的过程中，学校还重点提倡“三个对话”，即教师与自我的对话、教师与同伴的对话以及理论与实践的对话。教师与自我的对话就是通过撰写教育案例、教学随想、教育教学故事等，总结经验并寻求方法；教师与同伴的对话就是针对不同年龄、不同水平、不同素质的教师，开展“师徒结对”“课堂教学大练兵”“教学专长展示”“基本功达标展示”等活动，广泛调动组内教师相互学习、相互帮助的热情；理论与实践的对话就是采取“案例反思—对照反思—跟进反思”的方式，丰富理论内涵，提高实践水平。“三个对话”使教师们在浓厚的研究氛围中实现了自我提升和群体发展。

下支座作为铸钢节点因六支管的交汇而形成，因铸钢件较重分设4个吊点，在场外采用400 t履带吊对其进行吊装就位工作，因下支座在调整到预先设计的坐标后，要实行双人对称焊接，架设全站仪对场外的测量点进行测量并对各个管口坐标进行校准测量工作。

2.3 主花瓣的安装

主花瓣的安装需划分为8个单元对其进行现场的拼装和吊装工作，其主要是整片主花瓣的重量高达300 t所致，在场地内不可能进行一次性的拼装及吊装工作。而各个单元分段的重量也是有所差异的，对各个单元的重心问题、结构形式问题和拼装形式的问题进行吊装工作。

2.4 次花瓣的安装

次花瓣的安装是由屋面与里面这两种形式构成。索桁架结构是屋面次花瓣的主要结构，单层网格结构式立面次花瓣的主要结构，结构不同导致安装的方法也不同。

立面次花瓣是被上、下2个节点支撑着的。上节点主要与主花瓣桁架进行相贯连接，而处于主花瓣罩棚下面的下节点则是采用铸钢节点和埋件进行连接，在进行立面次花瓣安装的时候，如果首先安装主花瓣桁架，以后将没有操作空间，因此要先安装立面次花瓣。立面次花瓣有很高的安装标准，它处于倾斜的状态，在安装的时候要通过下部弦杆位置的链接耳板与上端的缆风控制。

3 质量与安全监控

3.1 质量监督

空间异型曲面钢结构在应用中的质量监督方面主要包括原材料的质量监控、生产制作当中的质量监控及施工过程当中的质量监控这三个方面。原材料方面主要是自原材料被运入工厂仓库后对其进行数量清点、重量计算、材料材质及外表质量检查，对所选用的原材料做严格的筛选工作，切实保证所需材料的合格，做完这些工作后，再由专人进行二次审核，严格对待原材料的选用，审核合格后方可投入加工。在生产过程中,要做好技术交底、质量评定和完善资料等前提工作的安排，并且在投入生产时，要注意原材料的保护，防止在搬运时损坏材料从而影响了生产质量。在现场施工前，要先对施工时用到的材料做检查工作，确保所用材料质量达标，同时在施工的过程中严格监控施工人员的工作，施工人员在施工时必须严格按照施工要求开展工作。另外在进行全过程的焊接质量控制时，业主可以委托第三方对钢结构焊缝进行百分百的检测，以此做到在施工过程中的质量监督。

3.2 安全监督

无论在任何地方任何时候，“安全第一”一直是人们老生常谈的问题。因此在进行土建施工时必须做好监督工作，安全的一切后果都是由对待安全的态度造成的，所以必须要抓紧安全工作，而施工人员必须具备较高的安全意识，这样才能做到见微知著、防微杜渐。其实说到底，要保证安全，人的因素是第一位的，在进行安全监督管理工作时，要不断健全和完善安全生产管理制度，对安全生产实行全员、全方位、全过程的管理。同时加强教育培训工作，提高员工素质。而空间异型曲面钢结构在应用中的安全监督方面主要是设备在运行中的安全操作，在建设中的特种作业人员必须执行持证上岗，经过专项的安全培训并考试合格后方可上岗，并且在施工过程中，因为高空作业量较多，因此在高空作业时必须严格按照安全带的正确佩戴方式系好安全带，时时刻刻铭记安全才是第一位。要把安全体现到实际工作中，安全工作最终才有保证。另外在土建施工中，安全帽的正确佩戴也是必不可少的，与安全带的佩戴一样，安全帽的佩戴也要按照其规定来正确使用。

4 结语

目前，空间异型曲面钢结构在我国各个大型场馆的设计和建设正可谓是蒸蒸日上。作为现代化进程下的结构工程师们，应当理性的去分析、认知各类结构形式的特点，在做出方案时就应处理好有关结构概念等方面的设计问题，排除各类隐患，为以后的工程进展打下良好的基础。而随着空间异型曲面钢结构在建筑工程中的大量运用，还必须对其建筑工程质量做好监督管理的工作。

[1] 汪 进，李 扬，刘明峰，等.空间异型曲面钢结构安装技术应用例析[J].建筑，2014(5)：19-20.

[2] 邱继军.异型空间网架结构快速成型[D].哈尔滨：哈尔滨工程大学硕士学位论文，2012.

[3] 张 峥.复杂曲面钢结构屋面的数值找形与结构设计[J].空间结构，2013(3)：77-78.

Analysis on installation technology and application of steel structure with spatial special-shaped convex curved surface

Lu Jia Sun Linlin Yu Haochen

(NortheastUniversityofForestry,Harbin150040,China)

Combining with major gym site construction example of Hangzhou Olympic Sports Centre, starting from three aspects of bracket pre-embedded, bracket and petal, the paper describes the installation technology points of steel structure with spatial special-shaped convex curved surface, and points out its advantages, such as large coverage area, high safety, and strong stability and so on. Therefore, it is worth promoting.

spatial special-shaped convex curved surface, steel structure, bracket, latticed shell structure

1009-6825(2016)16-0050-02

2016-03-24

卢 佳(1995- )，女，在读本科生； 孙琳璘(1995- )，女，在读本科生； 于皓晨(1995- )，男，在读本科生

TU391

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