大跨鋼結(jié)構(gòu)選型與施工安裝技術(shù)

摘 要：20世紀后半葉，土木工程和結(jié)構(gòu)工程取得令人歡呼鼓舞的成就，發(fā)達國家開始籌劃建造更高、更大、更長超大型復雜結(jié)構(gòu)物，來滿足人們對不斷擴大的生活空間的追求。當前，我國經(jīng)濟高速發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)突飛猛進。人民生活水平日益提高，大跨鋼結(jié)構(gòu)正是在經(jīng)濟和社會發(fā)展的產(chǎn)物。很多復雜因素影響大跨空間鋼結(jié)構(gòu)選型，單獨地考慮其中任何一種因素，都可能使得大跨空間鋼結(jié)構(gòu)選型結(jié)果產(chǎn)生誤差。然而從實際應用的角度來看，所考慮的因素的增加必然使選型過程過于復雜，加大模型處理的難度。對一個空間鋼結(jié)構(gòu)而言，往往有多種可供選擇的施工方法，每一種施工方法都有其自身的特點和不同的適用范圍。施工方法選擇的合理與否將直接影響到施工進度、工程質(zhì)量、施工成本等技術(shù)經(jīng)濟指標。本文首先分析了在對大跨鋼結(jié)構(gòu)進行選型時，需要考慮的一些重要因素，然后進一步的討論了大跨鋼結(jié)構(gòu)的施工安裝技術(shù)。

關(guān)鍵詞：跨度 寬度 建筑功能

中圖分類號：TU391 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）07（b）-0073-02

就當前大跨度鋼結(jié)構(gòu)而言，其覆蓋的范圍很廣且包括的內(nèi)容很多，導致不能對其進行比較好的定義。隨著建筑科技的不斷發(fā)展，大跨結(jié)構(gòu)的具體跨度數(shù)值也在不斷的變動。在一些論文中將跨度超過60 m的結(jié)構(gòu)稱為大跨度結(jié)構(gòu)。就我國的空間鋼結(jié)構(gòu)而言，其基礎(chǔ)是比較薄弱的，但是隨著現(xiàn)代預應力技術(shù)的引入，空間鋼結(jié)構(gòu)得到了前所未有的飛速發(fā)展，從起初的平面桁架、平板網(wǎng)架轉(zhuǎn)到了空間立體桁架、多層網(wǎng)架等，使得我國大跨鋼結(jié)構(gòu)體形更為豐富，同時也更加充分的展示了先進性、合理性、經(jīng)濟性。

1 大跨度鋼結(jié)構(gòu)選型需要考慮的因素

1.1 跨度與寬度因素

隨著社會的不斷進步，人們對大空間結(jié)構(gòu)的需求也越來越高，這便在一定程度上引起了各種不同大跨空間鋼結(jié)構(gòu)形式的出現(xiàn)。對于不同的大跨空間鋼結(jié)構(gòu)形式其適用于不同的跨度，需要注意的是一旦跨度不合適便會使得其結(jié)構(gòu)空間性能和剛度合適性變劣，可見在大跨空間鋼結(jié)構(gòu)選型中，需要十分注重跨度的選取。由于大跨空間鋼結(jié)構(gòu)屬于空間受力的結(jié)構(gòu)形式，所以其具有不宜分解為平面結(jié)構(gòu)體系的三維形體，該結(jié)構(gòu)在荷載的作用下一般呈空間工作的結(jié)構(gòu)?？梢婇L度對于鋼結(jié)構(gòu)整體的影響也是不容忽視的。

1.2 鋼結(jié)構(gòu)的建筑功能

在建筑業(yè)中，將大跨空間鋼結(jié)構(gòu)建筑定義為：是建筑師根據(jù)不同的功能組合形成的綜合形象。在進行建筑時，需要考慮的因素主要包括：（1）大跨鋼結(jié)構(gòu)建筑本身的采光及通風，保溫及隔熱；（2）該建筑物與周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)美以及自身的形象美等。

以下是對上述兩個方面的進一步闡釋：（1）自然采光及通風會直接影響到大跨結(jié)構(gòu)的形體變化；（2）由于大跨空間建筑體的容量大，所以需要考慮人置身其中的舒適感，所以需要考慮其結(jié)構(gòu)的保溫及隔熱效果；（3）與周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)美：指由于大跨空間建筑基地環(huán)境是不同的，所以對建筑體量的安排、形體的塑造、尺度的處理需要根據(jù)環(huán)境的不同而不同。

1.3 大跨結(jié)構(gòu)荷載類型

就建筑物而言，其在使用的過程中必須保證具有足夠的承載能力，以便應對各種荷載作用，在對大跨鋼結(jié)構(gòu)進行選型時，需要考慮的荷載類型有如下幾種：（1）地震荷載和自身重量為主；（2）風荷載、雪荷載以及車輛荷載等。就同一種大跨空間鋼結(jié)構(gòu)而言，其在不同的荷載類型下，構(gòu)件受力均勻與合理性也是不同的。鑒于此，在進行選型時需要合理的考慮建筑物可能會承受的荷載。

1.4 大跨鋼結(jié)構(gòu)的平面形狀

采用不同的大跨空間鋼結(jié)構(gòu)會在一定程度上影響構(gòu)件的受力均勻與合理性?，F(xiàn)如今工程中常用的一些形狀有：矩形、正多邊形、圓形、橢圓形、菱形及組合形。當大跨鋼結(jié)構(gòu)的平面形狀為圓形時，充氣式薄膜結(jié)構(gòu)的受力均勻與合理性是比較好的；對于長寬比為1.6的矩形平面，當采用柱面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)時，其受力均勻與合理性較好。在對建筑的平面形狀進行選型時，可以通過受力等方面來選擇平面形狀。

2 大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工安裝技術(shù)

2.1 高空散裝法

高空散裝法指的是：將鋼結(jié)構(gòu)的全部桿件和節(jié)點，這里的節(jié)點也包括小拼單元，直接在高空設(shè)計的位置處進行拼裝。工程中所謂的高空散裝法一般分為兩種：（1）全支架法，該方法多用于散件拼裝；（2）懸挑法，主要運用于小拼單元在高空的拼裝。高空散裝法常使用于非焊接連接的網(wǎng)架、網(wǎng)殼以及桁架等，其缺點在于高空作業(yè)量較大，同時需要大量的支架材料和設(shè)備。

2.2 鋼結(jié)構(gòu)的分條安裝法

分條安裝法的實質(zhì)是：先將鋼結(jié)構(gòu)分割成條狀或塊狀單元，然后利用機械將其吊裝至高空設(shè)計位置進行拼裝的安裝方法。在使用該方法中，需要注意的是：（1）分割得到的單元，其剛度和受力改變是比較小的；（2）分割的尺寸是需要根據(jù)起重機的負荷能力來決定。該方法的優(yōu)點在于可以在地面進行焊接、拼裝，既使得高空作業(yè)少，有利于工作人員控制質(zhì)量，同時也在一定程度上省去了大量的拼裝支架。

2.3 高空滑移法

高空滑移法的實質(zhì)是先將鋼結(jié)構(gòu)按條狀單元進行一定的分割，而后將這些單元鋪設(shè)在預先已經(jīng)準備好的滑移軌道上，以便將單元由一端滑移到另一端進行拼裝。工程中常用的高空滑移法有兩種：（1）單條滑移法，既是將單元分別從一端滑移到另一端進行就位安裝，在高空處對單元進行連接；（2）逐條累計滑移法，既是先將單元滑移一定距離后，再將其與第二個單元連接，而后將兩個單元一起滑移一定距離，再連接第三條，直至連接上最后一個單元。如圖1。

2.4 整體吊裝法

工程中所謂的整體吊裝法，其實質(zhì)是先將鋼結(jié)構(gòu)在地面進行拼裝之后，利用機械設(shè)備將整體吊裝至設(shè)計標高并固定的方法。這種方法最大的缺點在于，其需要巨型的機械設(shè)備，并且對機械安置地點下方的承受力的要求較高，同時也會在一定程度上影響土建的施工作業(yè)。

2.5 整體頂升法

整體頂升法的實質(zhì)是將柱作為滑道，然后利用千斤頂將結(jié)構(gòu)逐步地頂升到設(shè)計位置的施工方法。工程中常常將整體頂升法與整體提升法搞混，它們的區(qū)別在于兩種方法利用的提升設(shè)備的位置不同，整體頂升法的提升設(shè)備位置一般位于結(jié)構(gòu)支點的下面，而整體提升法則與之相反，并且兩種方法的作用原理相反。

3 大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工中需要考慮的問題

施工技術(shù)對于大跨度鋼結(jié)構(gòu)的建造是至關(guān)重要的，只有合理的施工方案才可以保證施工的安全性。隨著大跨結(jié)構(gòu)的日益發(fā)展，傳統(tǒng)的施工技術(shù)面臨著前所未有的難度和挑戰(zhàn)。因此我們需要開發(fā)和創(chuàng)造出更加科學的施工技術(shù)，以便可以滿足施工的需要。在對施工技術(shù)進行研究時，需要著重考慮以下兩個方面。

（1）利用高科技技術(shù)。

隨著科技的不斷發(fā)展，在實際的施工中我們可以利用先進的數(shù)控設(shè)備來提高生產(chǎn)效率和實現(xiàn)定制化目標。

（2）選擇合理的安裝方法。

在對大跨度鋼結(jié)構(gòu)進行安裝時，不能僅限于用一種安裝方法，而應該巧妙的運用幾種基本方法來進行安裝，以便達到更好的安裝效果。

4 結(jié)論

在進行大跨度鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計中，對鋼結(jié)構(gòu)體系的選型是十分重要的，因為其不僅僅關(guān)系到結(jié)構(gòu)整體性能的最佳發(fā)揮，同時還直接影響著建筑的綜合造價，更有甚者會在一定程度上限制結(jié)構(gòu)的造型以及結(jié)構(gòu)本身的使用功能，可見，在對結(jié)構(gòu)進行選型時應當綜合考慮其影響因素：建筑功能、受力性能、經(jīng)濟性能、施工可行性等。

參考文獻

[1] 高校良.高層鋼結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量控制[M].北京：中國計劃出版社，1995.

[2] 夏忐斌.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社.