现代大跨度空间钢结构施工技术

张宗胜

摘 要：大跨度空间钢结构是对人们的大空间需求的积极响应，依托复杂的结构设计和优质的材料性能形成大跨度空间，为人们提供相对广阔的室内空间。然而，该种结构的实现是以复杂的结构为基础的，对施工技术提出更高的要求。一定程度上，合理的施工技术是建设大跨度空间钢结构的决定要素。因此，本文对现代大跨度空间钢结构的施工技术进行论述，仅供施工人员参考。

关键词：大跨度；空间钢结构；施工技术

中图分类号： U445 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2017）04-76-2

0 引言

建筑是伴随人类文明的发展而兴起的，从最初的遮风挡雨到后来的生活、生产场所，建筑在社会发展中的地位与日俱增，成为人类日常活动的重要基础要素。近些年，得益于建筑施工技术的发展和材料技术的更新，诸多先进的设计理念得以实现，为人们提供更加广阔的室内空间，满足人类活动对空间的需要。其中，大跨度空间结构就是为满足人们的空间需要而形成的建筑结构，能够提供相对广阔的室内空间，满足体育场馆、博物馆、大型会展中心等场所的需要。

1 大跨度空间钢结构的主要类型

在建筑施工领域，将室内空间跨度超过30m的建筑结构称之为大跨度空间钢结构，是近些年兴起的新型空间结构形式[1]。与传统的建筑结构相比，该种结构形式取消了建筑物内部的支撑结构，实现空间的整体拓展，满足现代建筑对大空间的需要。根据结构支撑形式的不同，大跨度空间钢结构可以分为网架结构、网壳结构和悬索结构三种形式[2]。

1.1 网架结构

网架结构是由许多钢管等构件按照特定的空间布局进行連接，形成的空间架构，能够对建筑物的屋顶起到良好的支撑效果，形成巨大的下部悬空空间。该种结构形式具有支撑力强、稳定性好、形式美观等优点，是建筑施工中常用的大跨度空间结构。但是，网架结构需要借助铰接或焊接等形式实现连接，节点数量众多，导致施工工期较长，对施工人员的素质要求较高，因而施工的难度较大，效率偏低、成本偏高，这成为网架结构的主要缺陷，影响结构的现实应用。

1.2 网壳结构

简单来说，网壳结构就是网状结构，结构的相关构件呈现网状分布，通过对网壳施加水平的压力和拉力给予建筑物的顶部结构以稳定的力学支撑。1967年施工的郑州体育馆即采用结构形式。该种结构形式兼具杆系和壳系的特点，能够提供较为稳定的支撑力，具有自重低、施工便捷，稳定可靠的特点，是最具应用前景的大跨度空间钢结构形式。

1.3 悬索结构

悬索结构主要依靠柔性绳索的拉力作用实现结构承重的，其承重性能主要受到绳索的材质和性能影响。随着材料科学的发展，各类柔性材料、复合材料相继问世，大幅度提高了绳索的力学性能，使得悬索结构具备更高的承载能力，成为建筑业的重要结构形式之一。总体来看，该种结构形式自重轻、跨度大、施工简便、节约材料，符合建筑行业的未来发展趋势，在当下的桥梁、水利等工程领域应用较为普遍。

2 大跨度空间钢结构施工的基本特征

2.1 材料强度高、厚度大

随着跨度的增加，结构材料受到的力学作用呈现几何增长，对材料的力学性能提出较高的要求。当前的大跨度空间钢结构已经不满足30m的跨度下限要求，向着更大跨度发展，为了保证结构的稳定性和可靠性，需要对材料的进行精心选择，选择具有较高强度的材料作为建筑构件的主体材料。同时，应该保证材料具有一定的尺寸厚度[3]，从而实现对建筑物载荷的稳定支撑。

2.2 空间结构日趋多样化

目前，大跨度空间结构已经不能满足于基本的空间造型，在满足场内空间需求的同时，其结构形式正日趋多样化，借助仿生学等灵感设计的新型空间钢结构形式不断的涌现，极大地丰富了空间结构的形式，实现空间结构的多样化提升，为人们提供大量的造型美观、结构合理的大跨度建筑。

2.3 设计难度大

与普通的建筑结构形式相比，大跨度空间结构需要由数量众多的杆件构成，存在数量极为庞大的节点，如果杆件的空间位置发生偏差或某个节点的连接情况出现问题，将会导致整个结构受到影响，无法实现可靠的力学传递，造成整个钢结构的失稳，造成的危害是极为严重的。所以，此类结构的设计都是需要经过反复的计算和验证的。近些年，得益于计算机技术的发展，可以借助模拟软件实现对结构稳定性的仿真验证，大幅度提高了设计的效率和质量，对设计工作起到一定的辅助和简化作用。

2.4 构件的安装精度要求高

与常规结构形式相比，大跨度空间钢结构缺乏中间区域的力学支撑，需要借助复杂的结构实现力学的有效传递。在力学的传递过程中，需要结构的各构件位置合理、连接精确，否则将导致力学传递受阻，造成结构的损坏或失衡。因此，该种结构形式对构件的安装精度要求较高，应保证构件的空间位置准确、焊接质量达标，能够形成合理的钢结构整体，发挥稳定的承载效果。

3 大跨度空间钢结构的施工技术浅析

3.1 高空原位单元安装技术

该种安装技术属于原位安装技术，即将构件直接运输到预先设计的安装位置进行固定，然后对构件之间采取焊接方式连接，完成安装工作。这种安装方式省略了吊运和拼装的实际，但是对施工提出更高的要求。具体来说，首先，应该搭建稳定的高空作业平台，满足安装的空间要求；其次，对构件进行合理固定，避免因固定不当导致的安装结构的破坏；最后，注意焊接的效率和速度，尽可能采取多点施工，提升施工的效率，尽早形成稳定的结构支撑。[4]

3.2 分段吊装技术

所谓分段吊装是指进行吊装前先对构件进行小区域的拼装，形成相对独立的稳固单元，之后对单元进行吊装，在预先设计的位置进行拼接，最终形成统一的空间结构。该种结构形式能够减少一定量的高空安装任务，降低施工的高峰风险，对高空吊装设备的需求相对较大，是大跨度空间钢结构施工的常用技术。

3.3 整体安装技术

整体安装技术是对分段吊装技术的极限化，结构的所有构件在地面拼装完成，之后通过高空起重设备起吊到设计为主，进行固定，完成整个安装工作。该种安装技术能够大度降低高空安装的工作量，给予施工极大的安全和质量保证。此外，在地面完成整个拼装工作，临时固定点的需求少，节省相应的固定工作量。根据钢结构的提升方式的不同，整体安装技术可以细分为整体提升安装技术、整体吊装安装技术和顶升安装技术三种。①整体提升安装技术。该技术是通过起重机或提升设备将地面组装的钢结构提升到合适的高度进行安装[5]，在实际的施工中应用最为普遍，其施工的难点在于控制提升的高度。近年来，随着机械自动化技术的发展，提升过程借助计算机软件可以实现有效的过程控制。②整体吊装安装技术。与提升安装技术不同，吊装技术是借助特殊的机械设备实现钢结构的吊运提升。③顶升安装技术。该种安装技术的主要设备为千斤顶和辅助支架，借助千斤顶将钢结构抬升一定的高度，然后用临时支架进行辅助支撑和固定，之后在此应用千斤顶进行抬升，重复上述过程，直到到达设计位置。相较而言，该种安装技术的应用较少。

3.4 高空滑移技术

高空滑移技术是在其他区域进行钢结构的部分组装，一般分为按条组装或按块组装，组装完成后借助特定的滑轨进行条块的空间移动，到达设计位置后进行拼装。该种安装方式实现安装区域和拼接区域的分离，能够避免相互之间的干扰，而且对施工场地的要求相对较小，因而，在施工中的应用相对较多。该技术是对高空原位单元安装技术的发展，实现对原技术的施工风险的降低，提升了安装的安全性和可靠性。

4 结束语

综上所述，随着社会的发展和人们对建筑空间的需求提升，大跨度空间钢结构将成为建筑物的重要结构形式之一。广大的设计与施工人员应该结合行业的发展实际，积极探索大跨度空间钢结构的形式和施工技术，提升施工的效率和质量，降低施工中的风险，为社会提供优质高效的大跨度空间钢结构建筑。

参 考 文 献

[1] 叶杭锋.关于现代大跨度空间钢结构施工技术的研究[J].中国水运月刊，2013，13（4）：287-288.

[2] 刘志萌.现代大跨度空间钢结构施工技术[J].工程技术：全文版，2016（6）：00086.

[3] 江捷.现代大跨度空间钢结构施工技术[J].中国科技博览，2015（45）：211.

[4] 罗润庄.大跨度空间钢结构施工技术研究[J].全文版：工程技術，2016（6）：95.

[5] 鲜君，张福.大跨度空间钢结构安装施工技术研究[J].工业c，2016（6）：00137.