大跨度穹顶钢结构设计与施工分析

古 涛 （南京承霖建筑设计有限公司北京分公司，江苏 南京 100010）

大跨度穹顶钢施工的过程中，主要是在跨度空间较大的区域开展钢结构的施工工作，设计人员应该按照结构特点科学化开展有关的设计工作，完善其中的施工模式和机制，在改善设计与施工的同时提升工程建设水平，彰显出大跨度穹顶钢的结构优势和作用，达到预期的设计和施工工作目的。

1 大跨度穹顶钢结构分析

1.1 具有现代化的特征

现代化的建筑领域中大跨度穹顶钢施工的过程中，已经转变了之前的单一性结构形式，形成了多元化的组合结构模式。近年来我国在钢结构技术快速进步的过程中，之前所采用的单一结构形式开始转变成为多元化的结构形式，其中使用了很多的新型技术，如：对于大跨度穹顶钢来讲，可以使用先进的预应力技术，创建跨度较高的穹顶钢建筑结构，为整体工程的有效建设提供了一定的支持和保障。

1.2 具有复杂性的特点

一般情况下，对于大跨度穹顶钢来讲，施工期间的规模较高，结构属于很多构件组成，数量最多的能够达到数十万，其中的构件无论是尺寸还是长度都存在一定的差异性，会导致工程的施工面临很多难点，在复杂性的结构施工期间出现施工的难点，尤其是一些扭曲类型的穹顶钢结构，需要开展专业性的设计工作与试验工作，以此来增强工程的施工有效性，为穹顶钢结构的良好施工建设提供一定的支持[1]。

1.3 具有高精确度的特点

目前我国很多国家级的重点工程领域中，已经开始应用大跨度穹顶钢施工技术，尤其是在一些体育场工程的建设领域中，由于对施工质量所提出的要求很高，要想更好地满足高标准、严要求，必须要保证施工工作的精确度，最高程度上提升结构的精确性，将焊接缝的施工控制在一级标准，这样会导致施工难度增加，必须要严格的控制。

2 大跨度穹顶钢结构设计措施

2.1 科学开展计算工作

实际设计的过程中应科学开展有关的穹顶钢结构稳定性计算工作，按照空间网格技术规程，准确开展网壳方面的稳定性计算活动，在最初阶段采用几何非线性分析方式研究缺陷情况，在屈曲第一阶模态中提取初始缺陷的数据值。开展稳定性计算工作的过程中，应重点将永久、可变荷载等效设置在节点区域，利用位移控制的手段合理分析，结合非线性工况的信息和内容明确最高位移节点，将其当作是主要的控制节点，才能有效执行稳定性计算工作。设计人员还需着重开展结构计算的有关工作，计算永久荷载数据值、吊挂荷载数据值、风荷载数据值、地震作用数据值、温度数据值，来保证计算的准确性。设计工作中应合理使用有限元软件开展计算工作，完善计算模型，获取到准确的结果，便于开展有关的设计活动[2]。

2.2 合理开展临时支撑与高空作业平台的设计

设计人员在工作中应该重点进行临时支撑方面、高空作业方面的平台设计，保证整体平台的稳定性和合理性。设计的过程中应明确立柱截面数据值、水平工装数据值、斜撑数据值、工装系杆数据值、最大高度数据值等等，同时还需明确腹杆的角钢加工设计与安装设计的内容，在工装周围合理设计桁架脚手架平台，明确桁架截面、材料截面、腹杆材料的规格，这样在合理设计的情况下能够为工程的施工提供准确依据[3]。

2.3 内外圈轨道设计措施

对于内外圈轨道来讲，在设计的过程中应遵循科学性的要点，首先，穹顶钢结构滑移单元的具体累积滑移的过程中，滑倒结构需要具有导向作用与沉重作用，实现制作位移的限制性目的。外圈部分应该设计成为钢筋混凝土立柱结构，通过桁架类型的滑移大梁对混凝土立柱进行组合处理，使其成为通长滑道，内圈部分则需要设计临时性的支架部分，在顶部区域设计环形的轨道。其次，针对轨道标高进行设计的工作中，应注意快速将障碍物多开，将滑移大梁当作是临时性的部分，直接将滑道设置在大梁的表面区域。最后，设计期间还应该重视轨道中心线和大梁轴线之间的重合度，预防在滑移过程中出现水平推进力、自重荷载过高的问题，减少有关的数据值，保证设计的效果。需要注意的是，轨道应该使用热轧钢槽设计，将其焊接到大梁表面区域，在两侧设计挡板部分，使其可以形成支座滑移过程中侧向推力的抵抗作用[4]。

2.4 合理设计支座部分

在支座设计期间可以选择应用永久结构当作滑移支座，在其中设计临时性的支座部分，和上部分的人字柱相互连接，与环桁架之间高质量衔接。设计人员需要注意，支座周围部分需要和滑道的中心线切线处于平行状态，与钢槽的内壁区域有着相应的孔隙，起到一定的滑移导向、限制性的作用。

3 大跨度穹顶钢结构的施工措施

3.1 轨道的施工措施

具体的施工工作中应重视外轨道的合理安装，由于长度很高，所以在工程区域可以采用分段安装的措施，为了提升滑道的水平度，减少摩擦系数，预防出现阻碍的问题，安装施工的过程中，应借助薄钢板对大量表面、滑道下表面合理垫实处理，对于钢槽分段的焊接部分而言，可以使用单面焊接技术措施，利用砂轮打磨焊缝部分，开展滑移的测试活动期间也需要利用黄油润滑处理。具体的安装工作中应该将轨道安装在环桁架的下部分区域，一共有内轨道与外轨道两种，在内圈施工期间应该设置支撑结构，外圈施工应设置混凝土支撑架部分，在支撑部分的支持下开展安装活动。在此之后应该进行测量放线，在施工现场按照工程的情况进行放线，获取准确的测量数据值，为后续施工提供相应的数据内容和信息[5]。

3.2 科学开展穹顶钢构件的施工工作

对于穹顶钢构件来讲，在具体施工期间应该重视穹顶桁架钢结构方面的滑移安装处理，对其进行合拢，以此来增强穹顶钢部分的施工有效性。首先，在构件施工的过程中应重点进行构件滑移方面的模拟分析，模拟工作中选择空间三维实尺当作是计算模型，设置网格钢结构的自由度，按照情况可以设置留个自由度、两个节点。具体的施工模拟工作中，应研究结构弯曲内力、抗剪内力、抗压内力、扭曲内力的作用状况，获取到结构变形特点数据值，在完成模拟分析的工作之后，需要在其中开展临时性支撑部分的施工活动，在受力变形数据值最高的位置设置观测控制点，以此来合理完成滑移施工的监控工作，要求施工人员将检测数据信息当作依据，在施工期间严格预防穹顶钢结构的受力变形问题，提升工程质量的同时保证构件使用的安全性。其次，在施工中应开展穹顶钢桁架结构滑移的控制工作，采用计算机技术开展同步性的施工控制，使用液压系统合理处理，原因是有关的液压系统传动加速度较低，能够形成控制的良好作用，维护工程施工的稳定性与安全性，便于开展操作工作，所以施工人员可以使用液压系统联合计算机技术同步性观察滑移的整个过程，利用人机界面有效进行操作，将手动、自动化的控制方式融入其中，使用电动操作的方式进行液压顶推器的处理，实时性调整累积滑移的具体施工状态，以此来提升工程的施工有效性。

3.3 合理开展穹顶钢的整体提升施工工作

对于穹顶钢来讲，大跨度建筑领域中的提升施工操作，应该准确安装提升机械设备，科学化开展钢结构的提升试验活动，在试验之后如符合标准就可以正式进行提升处理，这样除了能够预防出现施工问题，还能保证穹顶钢结构的提升处理有效性，为大跨度建筑工程的合理施工建设提供一定的保障。首先，在安装有关提升设备的工作中，应该在完成有关钢结构拼装任务以后，使用整体性的提升技术措施，塔架结构使用2000kN的油缸，顶端部分则利用钢梁有效开展廉洁处理工作，在外围的吊点设置期间主要就是壳体节点板焊接耳板，中间区域则在圈梁上面设置牛腿部分，然后安装提升设备，安装提升钢绞线部分、液压缸部分之前应该在现场进行测量分析，各个提升点的高度都必须要符合要求，钢绞线具体安装的过程中应该设置在油缸上下锚固的区域，之后针对卡板进行固定性处理。在此期间应该合理设置液压泵系统、计算机控制系统，在对液压泵站进行安装的过程中，结合机械设备的特征连接液压油管，对液压油全面检查，做好备用油的准备工作。在完成控制系统的安装工作以后还需调试整体的提升系统，明确性能情况、各项指标情况，了解机械设备的功能是否符合标准，保证提升系统可以符合大跨度穹顶钢的具体提升要求。其次，应该重点进行钢结构的提升试验，按照现场情况开展式提升工作，在支撑架体系、穹顶钢结构方面设置应立即检测器，检测钢结构的具体应力情况、应变数据值情况等等，提出提升的建议，提升试验以后如果符合标准就可以正式开展提升工作，合理进行穹顶钢的安装施工处理，形成大跨度建筑领域中的良好施工应用模式。

4 结语

综上所述，大跨度穹顶钢设计的过程中，应重点开展计算工作与结构设计工作，保证所设计的结构部分能够满足工程的标准，增强钢结构的稳定性。具体施工工作领域中应该形成正确的观念，完善有关的施工计划与标准，科学化开展穹顶钢构件施工工作、整体提升施工工作、安装施工工作，在各个施工项目中都必须强化质量的管理，遵循施工技术要点，确保大跨度穹顶钢结构的质量。