大跨度空间钢结构施工技术与控制的研究

王新贵

摘 要：钢结构因施工简单、节约经济等特点，被广泛的应用在建筑设计中，像会展中心、影剧院、机场以及体育馆这样一些代表性的新型建筑给我们留下了非常深刻的印象，这些造型各异的建筑在设计当中不乏有采用大跨度空间钢结构建筑施工技术，大跨度空间钢结构施工技术在建筑行业所发挥的作用也是越来越明显。与此同时，建设施工技术作为关系工程质量以及人身安全的重要技术，尤其大跨度空间钢结构施工技术这里大型建筑技术对于施工技术的控制显得尤为重要。因此，本文主要就选用科学合理的大跨度空间钢结构施工技术以及如何对施工控制进行了探讨。

关键词：大跨度空间钢结构；施工技术；施工控制

1 工程概况

某体育中心工程位于某市核心区中心位置。工程用地面积166850m2，总建筑面积45751m2，主要设置一场两馆，即一个8000座体育场、一个4200座体育馆及一个1000座游泳馆。

工程游泳馆及体育馆由混凝土与钢结构组成。钢结构组成主要包括屋盖网架结构体系、屋盖支撑钢柱。大跨度结构正立面分别由5个及7个并列的拱形门式钢架组成，拱形门式钢架拱顶高度为23.100m。除以上概况外，还有一些特殊性质的结构，其中包括相交形成并列M形结构的相邻拱形斜柱，大幅度增加了结构的横向刚度。采用焊接箱形构件，在门式钢架斜柱的侧立面柱间设置预应力拉杆支撑。在相邻圆柱壳相交的部分设置三角形空间桁架，形成刚度较好的边框，使单层网壳结构稳定性能得到大大改善。

2 大跨度空间钢结构设计原则

大跨度空间钢结构设计工作中，为了保证结构的安全性稳定性，设计人员需要严格遵循钢结构设计原则，重视设计过程中的质量控制。钢结构设计时要能够综合考虑建筑物强度、耐久性问题，保证建筑钢结构的稳定性。钢结构设计工作中，为了更好的控制建筑物自重，要在保证钢结构质量的前提之下，尽量减少钢材使用量。同时，钢结构设计过程中还需要考虑建筑物美感问题。一般情况下，钢结构分为横向系统和纵向系统两部分，横向结构系统主要受到整体影响，具体的设计之中要注意钢材刚度对横向结构系统的影响。纵向结构系统设计中则需要考虑更多的因素，比如钢柱支撑力度、工程实施难度等。

3 大跨度空间钢结构施工技术特点

与其他施工技术相比大跨度空间钢结构施工技术的成功，主要是因为其具有其他施工技术所不具备的优势。首先，大跨度空间钢结构造型多样，大跨度空间钢结构是有许多钢板根据实际要求组合而成，其能很好的满足建筑的多样化要求，比如我们熟知的北京奥运会羽毛球馆建筑，其在应用大跨度空间钢结构施工技术时将大跨度弦支弯顶作为其钢结构，再将多面体泡沫嵌入钢结构当中，这样不仅表现出大跨度空间钢结构独特性和多样性，更表现出了生态建筑的建筑理念。其次，大跨度空间钢结构具有很强的坚固耐用性。随着人们对于建筑的坚固耐用性的要求越来越高，现代大跨度空间钢结构施工中较多的使用了一些厚且坚硬的钢板材料，大大提升了建筑的堅固耐用性，保障了建筑的稳固和安全。然后，大跨度空间钢结构具有一定的复杂性，大跨度空间钢结构会使用到许多构件，因此在对大跨度空间钢结构进行设计时很大程度上增大了设计的难度。比如会展、体育馆等公共大型建筑，越是大的建筑其涉及到的建筑材料和施工工序越是繁多，也便增加了大跨度空间钢结构的复杂性。最后，大跨度空间钢结构具较好的精确性，大跨度空间钢结构主要由许多的构件组合而且，我们必须对每个构件进行严格的检查，从而保证构件符合实际施工的相关标准。不仅如此，大跨度空间钢结构施工中材质的预装以及钢材的焊接都需要非常精准，因此，大跨度空间钢结构施工技术表现出精准性的特点。

4 大跨度空间钢结构的具体施工技术

4.1 高空钢桁架安装施工控制要点

（1）合理分段钢桁架制造前需进行深化设计，并进行合理分段，以便于场内外运输。（2）钢桁架现场组拼。大吨位吊装机械的发展成熟，给高空大跨度钢桁架安装施工技术创造了条件，因此现场尽可能增加地面拼装作业量，减少高空作业，可加快施工速度，同时地面拼装作业更有利于保证工程质量及降低高空作业风险。（3）焊接施工。所有钢结构构件在制作前应按深化设计图纸1∶1比例放样，并预留尺寸用以补偿焊接变形。焊接时选择合理的焊接工艺及焊接顺序，以减小钢结构中产生的焊接应力和焊接变形。构件的组拼采用等强拼接，端板与柱、梁翼缘和腹板的连接焊缝为全熔透坡口焊，安装前应严格按照设计要求对焊缝进行超声波探伤检验。（4）安装精确。主桁架上下弦杆通过腹杆用8.8级高强度摩擦型螺栓精确连接，单榀桁架螺栓连接个数多达3194个（不含两侧连接钢梁及撑杆），因此钢桁架进行安装的过程，对螺栓的预埋、钢桁架与螺栓的对接都有较高的要求。（5）钢桁架起拱。垂直腹杆、斜腹杆及上下弦及起拱度都必须严格按深化图纸尺寸进行下料，在钢桁架构件上下弦杆连接前利用临时支架先将钢桁架中间用千斤顶顶高，钢桁架形成整体后，钢桁架由于自身的弹形压缩、焊接接头的压缩变形等因素造成钢桁架的稳定沉降，对其应进行测控，必要时用千斤顶进行调整。

4.2 吊装的实施方案

拼装平台选择和处理。因为跨度大、构件重，安装现场的地面要求较高，构件长度较长，为减少起吊作业工作量，降低风险，将桁架的拼装平台设于宴会厅钢筋混凝土楼面上。施工过程中考虑到本层作为钢结构施工的拼装平台，通过验算后，保留了酒店一层大堂和负一层结构的模板支撑体系直至钢结构施工完成，给大跨度桁架现场拼装了创造了最佳条件。

进场检验构件。进场检验除了规范上要求的检查项目外，结合本工程跨度大、构件重的特点，需根据深化图纸对以下项目进行重点检查：①核查构件的尺寸，尤其是分段加工、现场拼接的构件，除了检查每一段的尺寸外，需对各段尺寸进行综合检查。对运输、堆放和吊装等造成的钢构件变形应进行矫正，矫正后的钢材表面，不应有明显的凹面或损伤；②核查构件制作部位的螺栓孔位置、数量、大小；③检查构件焊接坡口的方向；④高强度螺栓的成品包装、表面硬度试验、轴力复验报告资料；⑤各种异型钢构件的角度。

4.3 高空滑移技术

所谓的高空滑移技术是在将拼装好的单元通过轨道滑移到设计的位置。起具体操作步骤如下：第一步，在高空预先设计好的位置前搭设拼装平台；第二步，将构件划分为若干拼装单元并在设计好的位置处安装滑移轨道；第三步，将拼装单元通过轨道滑移至拼装平台，完成整个结构的拼装工作。高空滑移技术拼装平台较小，只需要搭建局部支架，无需大型起吊机械，这样不仅大大减少了高空的复杂操作步骤，降低工程的造价，还能更好保障整个工程质量与安全。高空滑移技术常被用于堂、影剧院等工程。需要注意的是，高空滑移技术需要确保滑移过程的同步控制，想做到同步控制是非常困难的，这样在一定程度上也就增加了工程难度系数。

5 结语

综上所述，为了更好满足越来越多的建筑对于大跨度空间钢结构施工技术的需求，当前我们必须把握好具体的大跨度空间钢结构的各种施工据说，在实际建筑施工当中选用最为科学合理的施工技术，有效提高建筑质量和建筑安全，推动我国建筑业走在世界的前沿。

参考文献：

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[2] 温爱明.大跨度空间钢结构施工在吉林大剧院中的应用研究[J].中国建材科技，2016（2）：73～75.

[3] 马行川.刍议如何实现钢结构工程在现场安装过程中的质量控制工作[J].中国建筑金属结构，2013（14）.