淺析大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

王重群

摘要：近30年的時間，大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)在美國、歐洲、澳大利亞、日本等發(fā)達國家得到了快速的發(fā)展，它的跨度、規(guī)模變得越來越大，新的材料、技術(shù)的應(yīng)用更為廣泛，結(jié)構(gòu)形式變得更加豐富。我國大跨度空間結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)相對薄弱，隨著國家經(jīng)濟的發(fā)展和實力水平的提高，近年來的發(fā)展相對迅速。2008年的奧運場館建設(shè)為大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展帶來新的契機，涌現(xiàn)了一批結(jié)構(gòu)新穎、技術(shù)水準(zhǔn)較高的建筑，同時，也給中國的建筑業(yè)帶來新的挑戰(zhàn)。

關(guān)鍵詞：大跨度 空間 鋼結(jié)構(gòu) 施工技術(shù)

中圖分類號：TU392文獻標(biāo)識碼：A

一、分析大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)的特點

現(xiàn)階段，我國大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)相對較弱，但其發(fā)展速度和應(yīng)用規(guī)模達到了新的高度，這反映了我國經(jīng)濟社會的快速發(fā)展。大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)的特點主要包括以下幾個方面。

1、節(jié)點形式更為復(fù)雜

在現(xiàn)階段，大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)的一個特點就是節(jié)點形式變得更加復(fù)雜。節(jié)點形式不但有鑄鋼節(jié)點，而且有球鉸節(jié)點、鍛鋼節(jié)點等各種形式的節(jié)點。

2、結(jié)構(gòu)形式多樣化和復(fù)雜化

大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展初期，結(jié)構(gòu)比較簡單，但經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展對大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)提出了新的要求。大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜，新的組合、形式不斷出現(xiàn)，使得大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展更加活躍。鳥巢體育館采用的結(jié)構(gòu)是扭曲空間析架結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，從另一個側(cè)面反映了大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展?fàn)顟B(tài)，它的形式和結(jié)構(gòu)趨于復(fù)雜。

3、構(gòu)件加工的難度加大，加工精度的要求提高

國家級或城市的標(biāo)志性建筑這些重大工程對精度要求一般較高，它不僅要求精度較高的構(gòu)件，還要求十分嚴格的焊接技術(shù)，這在某種程度上使得大跨度空間結(jié)構(gòu)的施工對質(zhì)量提出了更加嚴格的控制。

4、鋼材等級變高，鋼板厚度加厚，結(jié)構(gòu)跨度變大

現(xiàn)代大型建筑規(guī)模和跨度變得越來越大，從幾十米跨度到上百米甚至幾百米的跨度，發(fā)展異常迅猛。此外，鋼材的等級也在不斷增加，鋼板的厚度加厚，據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，某些建筑采用的鋼板厚度超過了120mm，而且還有不斷增加的趨勢。

5、構(gòu)件數(shù)量、截面類型多，設(shè)計難度變大

現(xiàn)代房屋的構(gòu)件數(shù)量不斷增加，從幾百個、上千個到現(xiàn)在的幾萬個。這些構(gòu)件的橫截面積并不完全相同，在尺寸和長度上有所差異，給房屋的施工帶來不便。

6、大量應(yīng)用現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力技術(shù)

預(yù)應(yīng)力技術(shù)有助于提高構(gòu)件的剛度，使其更加持久、耐用，這一技術(shù)在弦支彎頂結(jié)構(gòu)有所應(yīng)用。以北京工業(yè)大學(xué)體育館為例，它是奧運會的羽毛球館，采用的就是應(yīng)用了預(yù)應(yīng)力技術(shù)的弦支彎頂結(jié)構(gòu)。

7、加大現(xiàn)場焊接工作量和施工技術(shù)難度

采用大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件數(shù)量的建筑工程在不斷增加，這些工程提高了對精度的要求，這也使得焊接工作的工作量增加，施工難度加大，要采用先進的管理、技術(shù)，才能保證施工的質(zhì)量。

二、大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)房屋施工中應(yīng)該注意的技術(shù)問題

在大型的空間鋼結(jié)構(gòu)建造過程中，施工技術(shù)是非常關(guān)鍵的。制定合理的施工方案、科學(xué)的分析施工過程，才能保證房屋結(jié)構(gòu)的安全和經(jīng)濟?，F(xiàn)階段，一些大型空間鋼結(jié)構(gòu)的施工，突破了傳統(tǒng)的施工方法，向高科技領(lǐng)域不斷邁進，使傳統(tǒng)的施工技術(shù)面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。科研、設(shè)計和施工單位應(yīng)該共同合作，創(chuàng)造出更加科學(xué)、合理的施工技術(shù)。在研究、開發(fā)和創(chuàng)造過程中，應(yīng)注意以下幾個方面。

1、使用施工監(jiān)測分系統(tǒng)

要分析施工過程中影響目標(biāo)實現(xiàn)的因素，需要使用施工監(jiān)測分系統(tǒng)進行檢測。使用該系統(tǒng)可以監(jiān)測施工過程中的相應(yīng)參數(shù)，包括誤差參數(shù)、狀態(tài)參數(shù)和結(jié)構(gòu)設(shè)計等，確保工程在合理的范圍內(nèi)。

施工監(jiān)測不僅能對工程施工進行控制，而且能夠確保在施工過程中結(jié)構(gòu)的安全和標(biāo)準(zhǔn)。施工監(jiān)測主要的工作是通過儀器儀表，測量構(gòu)件的幾何尺寸，材料的容重、彈性的模量，環(huán)境溫度，以及施工階段的變形、位移和應(yīng)力等。施工監(jiān)測的監(jiān)測內(nèi)容主要包括變形監(jiān)測、應(yīng)力監(jiān)測。變形監(jiān)測多采用測距儀、水準(zhǔn)儀、全站儀、光電圖像式撓度儀等，以對鋼結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵節(jié)點進行監(jiān)測。同時，對溫度進行監(jiān)測時，要注意應(yīng)在構(gòu)件或結(jié)構(gòu)溫度趨于穩(wěn)定后方可進行，以免使結(jié)果產(chǎn)生的誤差較大。應(yīng)力監(jiān)測采用電阻傳感器和鋼弦式傳感器，電阻傳感器使用不便、持久性差，只適用于較短時間的荷載增量應(yīng)力測試。對于現(xiàn)場情況相對復(fù)雜、持續(xù)時間較長的監(jiān)測，鋼弦式傳感器比較適合。

2、安裝施工仿真技術(shù)

近些年來，大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)施工的關(guān)鍵問題主要是仿真技術(shù)的應(yīng)用。仿真技術(shù)可以模擬整個施工過程，了解施工過程的要點如構(gòu)件受力情況，能夠?qū)κ┕ぶ邪踩珕栴}進行預(yù)測。在仿真工作中，需要把施工環(huán)節(jié)的安全因素考慮在內(nèi)，以確保施工過程的順利進行。采用仿真技術(shù)主要是仿真五個方面：第一是仿真大型構(gòu)件的吊裝過程；第二是仿真施工各個環(huán)節(jié)的具體工況；第三是仿真構(gòu)件的預(yù)變形情況；第四是仿真構(gòu)件的拼裝過程；第五是仿真施工完成后相關(guān)部件的拆卸。在仿真技術(shù)應(yīng)用過程中，對一些問題和施工過程中不太確定的環(huán)節(jié)要仔細分析，以便能夠保證施工的準(zhǔn)確度和安全性。

3、合理選用安裝方法

構(gòu)件的安裝有很多方法可供選擇，對于這些方法要仔細分析，有些可能適用，也可能只有某一個方法適用，這就需要工作人員做出準(zhǔn)確的判斷。在施工過程中只有對施工對象進行合理、科學(xué)的評估，才能夠選取恰當(dāng)?shù)姆椒?。常見的施工方法有高空散裝法、高空滑移法、分條或分塊安裝法、整體提升法、整體吊裝法、整體頂升法等六種，相對復(fù)雜的施工可以將兩種或多種方法結(jié)合起來進行施工，必要的時候進行相應(yīng)的創(chuàng)新，采用高空曲線滑移技術(shù)、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)折疊展開式整體提升技術(shù)、滑架法施工技術(shù)和其它相關(guān)的技術(shù)，都可以使整個施工過程更加順利的進行。

4、關(guān)于CAD設(shè)計和CAM制造技術(shù)的問題

CAD設(shè)計和CAM制造技術(shù)的采用，在很大程度上有助于大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)的施工。CAD設(shè)計和CAM制造技術(shù)通過結(jié)合計算機的相關(guān)技術(shù)，可以進行三維實體建模，對施工過程各個環(huán)節(jié)進行高度模擬，進而能夠?qū)φ麄€施工過程進行更好的控制。此外，CAD設(shè)計和CAM制造技術(shù)還可以大幅度提高施工工作效率，減少施工誤差，對房屋施工的質(zhì)量進行嚴格控制，從某種程度上講，CAD設(shè)計和CAM制造技術(shù)對大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)所起的作用是非常顯著的。

結(jié)語：

隨著大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)的向前發(fā)展，它的施工難度會加大，技術(shù)要求也會提高。施工技術(shù)是一門應(yīng)用學(xué)科，它的發(fā)展需要廣大科研工作者投入巨大的精力不斷地研發(fā)和創(chuàng)新，通過實踐不斷地進行探索，在研究的過程中要及時地總結(jié)經(jīng)驗，這種做法能夠積累一定的經(jīng)驗，使大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)的工程在實際施工時有規(guī)律可循。房屋施工的關(guān)鍵問題要結(jié)合實際情況以采取應(yīng)對措施，保證房屋施工的順利進行。筆者對基于大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)的房屋施工技術(shù)進行了一些研究，以期能夠給以后的工程項目和施工工作提供相應(yīng)的參考。

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