大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)研究

龍興

(湖南省第五工程有限公司,湖南株洲 412000)

大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)研究

龍興

(湖南省第五工程有限公司,湖南株洲 412000)

大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)是衡量一個(gè)國(guó)家土木建筑工程的重要指標(biāo)。從近年來一些地震事件可以看出,高水準(zhǔn)的鋼結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)可以增加一棟大樓、一座橋的抗震能力。這里筆者先簡(jiǎn)要的介紹大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工的方法,再結(jié)合一些地方體育館鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)、吊裝工程等,最后對(duì)這些進(jìn)行總結(jié),為大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工提供一些經(jīng)驗(yàn)。

大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù) 吊裝法 案例分析

近年來我國(guó)土木工程建筑行業(yè)在不斷的發(fā)展，這不僅有城市建設(shè)，還有一些公共設(shè)施建設(shè)，對(duì)于這些建設(shè)中最為重要的是鋼結(jié)構(gòu)的運(yùn)用。鋼結(jié)構(gòu)具有制作工藝簡(jiǎn)單、可塑性強(qiáng)、硬度高等優(yōu)點(diǎn)，因此鋼結(jié)構(gòu)在生活中的應(yīng)用也是越來越廣泛。而大跨度鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用較傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)而言有著其結(jié)構(gòu)的特殊性和復(fù)雜性。所以在大跨度鋼結(jié)構(gòu)的運(yùn)用過程中有很多問題需要注意，下面筆者在大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)方法以及注意問題。

1 大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工方法

1.1 大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工過程中應(yīng)該注意的事項(xiàng)

在大跨度鋼結(jié)構(gòu)有著結(jié)構(gòu)形式上的特殊性，這與傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用有著很多的不同。大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工在結(jié)構(gòu)和施工場(chǎng)地上更為復(fù)雜，在大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工過程中，要注意到很多細(xì)節(jié)問題，在施工過程中應(yīng)該設(shè)計(jì)施工順序、以及鋼結(jié)構(gòu)的成型之后的承載能力和完工之后施工結(jié)構(gòu)的承載能力。除此外還有構(gòu)造鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，這相對(duì)會(huì)影響到施工工程的進(jìn)展，搭建的鋼結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定會(huì)因失去穩(wěn)定性而造成破壞會(huì)傾覆等問題。所以在搭建鋼結(jié)構(gòu)的過程中應(yīng)該注意到吊裝鋼結(jié)構(gòu)和安裝就位技術(shù)是這類工程的關(guān)鍵。

大跨度鋼結(jié)構(gòu)體系主要是有懸索機(jī)構(gòu)、鋼架機(jī)構(gòu)、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)等，對(duì)于這類結(jié)構(gòu)，在施工過程中需要考慮的因素有很多，如場(chǎng)地條件、施工設(shè)備、施工成本以及工程質(zhì)量等。根據(jù)這些因素，可以選擇不同的施工方案。常見的大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工方案可以分為兩類，一是分散吊裝類，如分塊吊裝法、分條吊裝法，高空散裝法；而是整體吊裝類，如整體提升法、整體吊裝法、整體頂升法以及折疊展開安裝法。下面筆者就以上的幾種吊裝方式進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹。

1.2 高空散裝法

這種方式是將要制造的一個(gè)整體鋼結(jié)構(gòu)分散成若干個(gè)散件，然后在高空中設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)奈恢?，再將這些散件拼裝成一個(gè)整體的工藝。這個(gè)過程可以使用懸挑法或者滿堂支架法來輔助施工。相對(duì)而言，滿堂支架法在我國(guó)建筑施工中應(yīng)用較為廣泛，適用于節(jié)點(diǎn)多的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，特點(diǎn)是在施工過程中不需要使用大型的設(shè)備，特別適用于場(chǎng)地小、大型設(shè)備難以進(jìn)入的場(chǎng)地，但是其缺點(diǎn)也明顯，搭建過程使用的材料多，對(duì)搭建的支架塔的穩(wěn)定性要求很高，施工時(shí)間較長(zhǎng)等。

1.3 分塊吊裝法或分條吊裝法

這兩種方法的所使用的基本原理是相同的，一般來說是將分散的部件在地面進(jìn)行拼裝、焊接等工藝，然后再將這些拼裝成的條狀或塊狀通過大型的起重機(jī)或者是吊車吊至適當(dāng)?shù)奈恢?，再在空中將這些塊狀或者是條狀的部件進(jìn)行拼裝成一個(gè)整體。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是可以節(jié)省地面支架的使用，施工方案相對(duì)要靈活一些，這種方式在施工中受到起重機(jī)負(fù)載量來決定，如吊起條、塊單元的大小等。缺點(diǎn)是施工過程需要使用大型設(shè)備，如起重機(jī)等，受到場(chǎng)地相對(duì)要求大等因素的影響。

1.4 整體提升法

這種操作方法是要求起重設(shè)備置于安裝結(jié)構(gòu)的上方，再將地面拼裝成整體后的機(jī)構(gòu)通過相關(guān)的設(shè)備吊至設(shè)計(jì)好的位置。實(shí)際操作過程中，對(duì)整體的吊裝一般是選用小機(jī)群安裝大機(jī)構(gòu)的方式，這種方式的優(yōu)點(diǎn)在于相對(duì)要節(jié)省施工成本，還可以在吊裝整體鋼結(jié)構(gòu)時(shí)一并將附屬部件吊起，還可以加快工期，提高施工的安全系數(shù)。

1.5 整體吊裝法

這種操作方式分三步，一是在地面將散件進(jìn)行整體拼裝；二是使用起重機(jī)將整體吊裝到指定的位置；三是在制定的位置進(jìn)行固定施工。在整個(gè)施工過程中對(duì)輔助設(shè)備有一定的要求，對(duì)起重設(shè)備要求要達(dá)到相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)；需要使用中型的桁架結(jié)構(gòu)。這種施工方式對(duì)地面的破壞程度較大，對(duì)地面的施工會(huì)造成較大的影響。

1.6 整體頂升法

這種方法與整體提升法主要是在提升設(shè)備和軌道上不同。該方法利用現(xiàn)有的鋼結(jié)構(gòu)支柱，然后千斤頂置于這些設(shè)備之下，慢慢的將整體結(jié)構(gòu)升到指定位置，最后在進(jìn)行固定等工序。這種方法中對(duì)現(xiàn)有的設(shè)備使用率較高，不使用大型設(shè)備。

1.7 折疊展開安裝法

鋼筋是整個(gè)高速公路橋梁工程的骨架與重要支撐點(diǎn)，是一個(gè)橋梁工程的靈魂所在，對(duì)橋梁工程的整體質(zhì)量有很大的影響。進(jìn)行鋼筋安裝作業(yè)時(shí)，施工人員應(yīng)按照相關(guān)規(guī)范的要求和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工作業(yè)，杜絕違規(guī)操作。在安裝施工過程中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)管樁內(nèi)鋼筋的保護(hù)，有效防止施工過程中出現(xiàn)斷裂與銹蝕等現(xiàn)象，保證施工過程的順利進(jìn)行。

該方法主要于網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的安裝過程。該方法的施工思想是，先去掉部分的網(wǎng)殼桿件，使之成為一個(gè)機(jī)動(dòng)機(jī)構(gòu)，接著將網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在地面上展開，以便降低安裝過程的高度，最后通過相關(guān)的起重設(shè)備，將其吊起至指定位置，接著不全剩余部分。這種方式在網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用較為廣泛，但是在整個(gè)施工過程中，在安裝的流程上只是相比整體吊裝法多了一個(gè)過程，所以在理論上將這種吊升方式歸結(jié)為整體吊升方式中的一部分。

2 案例分析

2.1 工程基本情況介紹

本文將引用某體育館的建設(shè)來具體說明大跨度鋼結(jié)構(gòu)的施工過程。該體育的建設(shè)面積約20000平方米，為了滿足體育館空間的要求，屋蓋采用鋼拱支撐空間管桁架和實(shí)腹式工型鋼架結(jié)構(gòu)受力體系，由2個(gè)拱和20個(gè)鋼架組成的主結(jié)構(gòu)。其他的參數(shù)如下，桁架的平面最大跨度為35米，桁架拱間的跨度為88米+45米，相對(duì)高為27米。此外實(shí)腹式工型鋼架結(jié)構(gòu)的最大跨度為15.5米，梁高為780mm(如圖一所示)。

2.2 施工方案

根據(jù)施工的圖紙可以看出，體育館類型的施工，最難的是屋蓋的施工方案。在屋蓋安裝過程中最難的是桁架拱的安裝。在施工過程中雖然可以利用結(jié)構(gòu)式的構(gòu)造相對(duì)的減輕吊裝重量，但是32米的吊裝高度是整體吊裝過程中難以實(shí)現(xiàn)的，而采用空間曲面桁架結(jié)構(gòu)型式，存在缺點(diǎn)有屋蓋部件多，型式多，可以先拼裝組合成需要的大小，此外這種方式的靈活性較大。采用高空散吊法，存在這部件多，施工難度大，施工時(shí)間較長(zhǎng)，成本高的缺點(diǎn)。再結(jié)合施工場(chǎng)地，施工成本，施工時(shí)間等多方面的因素，決定采用分塊吊裝法進(jìn)行屋蓋施工。

從上面的介紹中可以看出，該工程的桁架拱跨度很大，采用整體吊裝容易使鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形的可能，此外在吊裝過程中還應(yīng)該考慮到成本問題，對(duì)于拱的分段也需要注意一些問題，拱的分段過小，則會(huì)嚴(yán)重影響工程的進(jìn)展，會(huì)增加施工的成本；而拱過大則會(huì)增加焊接的難度、焊接的質(zhì)量以及不便于運(yùn)輸相關(guān)部件。結(jié)合施工經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)，以及交通運(yùn)輸?shù)葐栴}，最終決定選用22截面形式米的分段。在實(shí)際施工過程中，考慮到交通運(yùn)輸?shù)确矫娴囊蛩?，?duì)于屋蓋一般采用散件出廠現(xiàn)場(chǎng)拼裝的模式進(jìn)行部件運(yùn)輸。

2.3 結(jié)構(gòu)施工

結(jié)構(gòu)的施工主要分為兩個(gè)施工步驟，一是主體構(gòu)件的施工，二是結(jié)構(gòu)的吊裝工程。相對(duì)來說結(jié)構(gòu)的吊裝過程是整個(gè)結(jié)構(gòu)施工過程中最為復(fù)雜，最難處理的施工過程。而主體構(gòu)件施工是結(jié)構(gòu)吊裝的基礎(chǔ)，主體構(gòu)件施工的工程質(zhì)量會(huì)直接影響到吊裝結(jié)構(gòu)的施工。

2.3.1 主體構(gòu)件的施工

在本次施工中鋼結(jié)構(gòu)的主體構(gòu)件是桁架拱，截面形式為三角形，總跨度約為135米，結(jié)合上述的討論可以得出施工方案為，桁架拱分為22米一段，各桁架的邊長(zhǎng)超過5米，采用分段吊裝的方式安裝。由于運(yùn)輸?shù)南拗?，部件只能在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拼裝。

主要材料：主要是鋼類，H型鋼和圓形管，材質(zhì)相同。

胎架的布置。對(duì)于臺(tái)架的布置在施工過程來說十分重要，實(shí)際的操作要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的施工情況來確定。對(duì)于這次的施工，采用H型鋼、千斤頂和路基箱來搭建桁架拼裝焊接平臺(tái)。對(duì)于胎架的要求十分嚴(yán)格，必須要滿足相應(yīng)的強(qiáng)度和安全系數(shù)；路基箱必須要壓實(shí)而且要平整，胎架低與路基箱的連接處要焊接牢固構(gòu)建拼裝。按照實(shí)際的要求來進(jìn)行拼裝，拼裝按照相應(yīng)的拼裝順序即可。(如圖二所示)

2.3.2 結(jié)構(gòu)吊裝

結(jié)構(gòu)吊裝是一個(gè)復(fù)雜的過程，也是難度最大的施工項(xiàng)目。對(duì)于該體育館的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和地形特點(diǎn)，選擇使用分段吊裝的施工方案。根據(jù)實(shí)際的施工的需要，在這次施工過程中采用一臺(tái)150噸的大型履帶吊車，將桁架拱分為了6段，其中最長(zhǎng)的一段約25米，最高的吊裝高度超過32米，最大吊裝重量約為34噸，該體育館的桁架拱間的鋼梁等均采用50噸的中型履帶吊車吊裝。(如圖三所示)

其他的現(xiàn)場(chǎng)操作就不一一介紹了。根據(jù)完工后的實(shí)際效果發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場(chǎng)拼接的鋼結(jié)構(gòu)部件在安裝過程中沒出現(xiàn)變形的現(xiàn)象，而且各部件之間的連接性較好，屋蓋受力情況良好，較為均勻。此外在施工上，不僅沒有延誤施工時(shí)間，還保障了工程的質(zhì)量，不管是局部施工還是整體都達(dá)到了施工的要求。

3 結(jié)語

本文不僅介紹了大跨度鋼結(jié)構(gòu)的施工方法，還通過案例對(duì)大型建筑過程中大跨度鋼結(jié)構(gòu)的處理問題進(jìn)行了簡(jiǎn)要的較少，本文中安裝桁架拱的問題時(shí)，進(jìn)行了多種方案的對(duì)比，從中可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于不同的方案，有著不同應(yīng)用范圍。在介紹大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工方法時(shí)，筆者對(duì)其中的一些吊裝方法進(jìn)行了優(yōu)缺點(diǎn)的分析，在實(shí)際的施工過程中就可以結(jié)合場(chǎng)地，施工成本等因素，來選擇合適的施工方案。大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工的技術(shù)在未來的大型建筑中將會(huì)起到越來越重要的作用，了解大跨度鋼結(jié)構(gòu)的施工方法，可以減少施工成本，增加施工的安全性等。

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