淺析大跨度空間鋼結構在房屋施工中的應用

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摘要：文章介紹了大跨度空間鋼結構的主要特點，分析了大跨度空間鋼結構的主施工技術和方法，并結合實例探討其在房屋施工中的應用。

關鍵詞：大跨度空間鋼結構；主要特點；技術方法；應用

一、大跨度空間鋼結構的特點

1、結構形式多樣化和復雜化

新型大跨度空間鋼結構形式多樣，并不拘泥于傳統(tǒng)的單一結構，在其發(fā)展中不斷地涌現出各種各樣的結構形式。

2、結構跨度大、鋼板厚

現代建筑對審美和功能性要求比較高，因此空間鋼結構之間的跨度就愈來愈大。端方向上的跨度已超過百米的建筑越來越多，例如“鳥巢”的短向跨度已達到296m，這種鋼結構選用的都是高強度的鋼材，高板厚度甚至超過10cm。

3、預應力技術的大量應用

預應力技術的充分應用，使其涌現出了一批新型的建筑結構，如張拉整體結構、索穹頂及索膜結構。

4、節(jié)點形式復雜多樣

現代大空間結構為了滿足建筑造型的需求，通常選用各種節(jié)點形式的仿生態(tài)建筑。例如鍛鋼節(jié)點、鑄鋼節(jié)點、球鉸節(jié)點等。

5、構件數量及截面類型多、設計難度大

針對大型建筑來說，它通常是由上萬個，甚至于是幾十萬個構件組成，而且構件的長度、形狀、尺寸、截面均有不同，所以給建筑施工單位的放樣工作帶來了很大的難度。對于部分彎扭構件必須進行專門的試驗才能投入使用。

6、現場的焊接工作量大，施工技術難度高

在當前的大跨度空間鋼施工過程中，存在著較多的需要進行焊接處理的施工環(huán)節(jié)，并且其對焊接工作的質量要求較高，給焊接施工帶來了較大的挑戰(zhàn)。

二、大跨度空間鋼結構的主施工技術和方法

1、整體提升法

大跨度空間鋼結構中的整體提升施工法對支撐結構體系的質量要求較高，且其通常情況所耗費的施工成本相對較大，所以其在各種大型體育場館建設中的運用相對較少。由于該施工技術方法對于支撐結構的體系要求以及鋼結構的質量要求較小，其在單位面積或者網架結構形式的房屋建設中得到了較多的應用。

2、滑移施工法

對于滑移施工法的運用，需要一定的鋼結構基礎，其所采用的鋼結構應具有規(guī)范化、整齊劃和規(guī)則化的基礎，比如長方形結構或者的圓形結構。除此之外，在滑移施工法的運用過程中，還應注意保持主桁結構的一致性，其支撐軸線應具有一定的規(guī)范性和整齊性。在工程實際建設過程中，滑移施工法較多的運用在土建結構和支撐柱的施工中，其能有效的在較小的施工場地上進行區(qū)域內的構建組裝。

3、高空原位單元安裝法

高空原位單元安裝法是在對散裝法的改善基礎上發(fā)展而成的，其主要施工工序由焊接工序和拼接工序，且其能通過有效的減少相應的臨時支撐的建設，降低施工中所耗費的成本，達到了一定的經濟效益。首先，單元安裝法在對起重機能力以及結構形式考慮的基礎上，對吊裝單元進行合理的劃分。其次，通過對空間梁柱結構反彎點靜分段的設置，形成具有一定穩(wěn)定性和強度的空間鋼結構，并且對以上單元在工廠進行預拼接，從而保證現場單元的順利拼接，確保施工質量。

三、房屋施工中大跨度空間鋼結構的主要施工工序

1、煨彎及切割

通常來講，對于主桁架的選擇應保證其具備一定的弧度，從而滿足設計和造型方面的要求。煨彎過程中的冷煨彎和加熱煨彎是鋼結構施工過程中較為重要的工序之一，一般情況下在進行煨彎處理時，通常采用校正的方式來保障工程的順利開展，如果出現煨彎時的較大誤差，可能會給相對貫口的施工增加一定的難度。

2、鑄鋼件施工

鑄鋼件有著良好的力學性能和成型性能，能夠較大程度的滿足房屋建筑施工所需要的質量要求，但是鋼結構節(jié)點位置上的設計相對復雜，所以在施工過程中可以采取鑄鋼件的節(jié)點方式，但是需要注意以下情況：首先其所選取的鑄鋼件的力學性能應符合要求，同時應達到相關焊接標準，避免其對施工質量產生的影響。其次應注意鑄鋼件表面是否存在著氣孔并對其外形和蜂窩麻面、規(guī)格、外形和尺寸進行檢查。第三，在鑄鋼件焊接過程中應注意環(huán)境溫度和預熱溫度的控制，使焊條烘烤條件能夠滿足相關要求。

3、吊點的設置

吊點的設置相對來說是比較簡單的一道工序，但是對于異行施工空間來說，其需要進行相應的建模計算，并根據起重機的位置和吊裝物的基本特征確定出吊點的長度以及位置等信息。

4、地面拼接

地面拼接的主要拼接方法有側拼、正拼和倒拼，其拼裝方法的選擇主要是根據建筑結構組裝空間、分段位置、桁架結構以及矢高等因素而決定性，其安裝效果可能會受到安裝精度以及地面拼樁質量的影響，所以在進行地面拼裝的過程中應注意對胎架剛度、拼裝方法、放線和安裝順序進行控制，從而保障正確的焊接精度和節(jié)點位置。

四、結合工程實踐分析大跨度空間鋼結構施工技術

1、工程概況

某建筑工程總面積為20680m2，建筑設計為了使空間利用最大化，在屋蓋設計時選用了大跨度鋼拱支撐空間管桁架+實腹式工字鋼梁結構受力體系。主體結構由兩個拱和十八個榀鋼架組成。桁架拱跨度為91+48m，矢高為29m。平面桁架最大跨度38m，實腹式工字鋼梁最大跨度16m，梁高800mm。

2、施工方案分析

在本工程施工中，難度最大的要屬桁架拱的安裝，在屋頂結構設計時選用了格構式的構造，這樣在很大程度上降低了其吊裝過程中的重量，但在本工程中整體吊裝法在吊裝高度達到33m高度難以實現。在通過對幾種施工方案的對比選擇之后，最終采用了分段吊裝法施工。在本工程中桁架拱的尺寸比較大，在對拱做分段處理時，必須要全面考慮吊裝中的各部分構件變形及其經濟性。通過反復對比分析后最終選用了大約24m的分段，可采用散件出廠，現場拼裝的方式來進行運輸。

3、結構施工

3.1主體構件加工

桁架拱的截面是三角管的形狀，為本工程鋼結構的主要構件，其總跨度約為140m，根據上述方案采用的是分段吊裝的方式，其桁架拱單元吊裝尺寸為24m，各桁架邊長均大于5m。

①主要材料

本工程主要運用的鋼構件有圓鋼管和H型鋼兩種。

②胎架布置及要求

依據現場實際施工情況，最終采用路基箱、H型鋼以及千斤頂共同搭設而成的平臺來進行桁架拼裝焊接。胎架的布置必須要在安全的基礎上滿足施工所需強度，保證路基箱與胎架底部焊接安全可靠。

③構件拼裝流程

在進行構件拼裝時首先要在兩側胎架上下部位各放置上弦桿和第一根下弦桿，并且將上下弦桿之間的腹桿焊接，然后在其中一側的胎架上方布置第二根下弦桿，最后在第二根下弦桿和上弦桿之間焊接腹桿。

3.2結構吊裝

從建筑的結構特點以及工程現場的施工環(huán)境，桁架拱的施工應該選用分段吊裝法，此方法的實施需要一臺不低于150t的履帶吊車，吊裝桁架拱時，必須對其分成最少六段進行吊裝。對兩榀桁架拱間的工字鋼梁進行吊裝施工時應選用一臺不低于50噸的履帶吊，吊裝開始時必須要在桁架拱節(jié)點的正下方的位置進行措施桁架的搭設，桁架搭設完成后還必須對桁架拱的位置進行調整找正，完成后再進行分段吊裝。兩榀桁架拱之問的字鋼梁工字鋼梁是由一個直線段和兩個v形段所組成，由于v形段的水平長度超過了3m，因此在吊裝過程中在直線段與v形段相交處的正下方進行臨時支撐措施的搭設，搭設完成調整完成后開始吊裝。吊裝開始時先吊裝v形段，將其與桁架拱相拼接后，再吊裝直線段。需要注意的是，在進行吊裝時，必須結合場地的實際情況選擇符合的吊裝機械，以此來確保整體拼裝的精度。

結束語

當前大跨度空間鋼結構技術的發(fā)展勢態(tài)還相對較為迅猛，隨著社會經濟的不斷發(fā)展和房屋建筑設計及造型的需要，大跨度空間鋼結構的施工難度也會隨之進一步增強，應在當前的施工過程中不斷的進行經驗的總結，從而為后期的大跨度空間鋼結構施工積累相應的技術和經驗。

參考文獻：

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