大跨度復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)施工過程中出現(xiàn)的技術(shù)問題分析

楊春江　段愛濤

摘 要：隨著建筑行業(yè)的迅速發(fā)展，人們對(duì)建筑審美的要求也逐漸提高了，大跨度鋼結(jié)構(gòu)逐漸成為了現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)的重要元素。很多大型的公共建筑，比如體育場(chǎng)、展覽大廳、影劇院等建筑的頂蓋都使用了大跨度鋼結(jié)構(gòu)。不僅增強(qiáng)了建筑的牢固性，同時(shí)還使建筑物更加美觀。近年來，隨著新技術(shù)和新材料的不斷出現(xiàn)，大跨度結(jié)構(gòu)的跨度也在逐漸擴(kuò)大，這就給建筑施工提出了更高的要求。文章主要對(duì)大跨度復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)施工過程中出現(xiàn)的技術(shù)問題進(jìn)行了具體的分析。

關(guān)鍵詞：大跨度復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)；施工過程；技術(shù)問題

1 大跨度復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)的特性

1.1 預(yù)應(yīng)力技術(shù)的大量應(yīng)用

預(yù)應(yīng)力作為一種新技術(shù)，在現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)中得到了廣泛應(yīng)用，主要表現(xiàn)在索穹頂、索膜和整體張拉等新型結(jié)構(gòu)上。在結(jié)構(gòu)承受荷載之前，對(duì)其施加一個(gè)與載荷力相對(duì)應(yīng)的預(yù)應(yīng)力，可以提高構(gòu)件的剛性，增加構(gòu)件的耐久性。

1.2 材料質(zhì)量要求嚴(yán)格

為滿足建筑功能的需求，大跨度鋼結(jié)構(gòu)的跨度正變得越來越大，如國(guó)家體育館“鳥巢”，其跨度為296m，國(guó)家游泳中心“水立方”的跨度也達(dá)到了 177m，這樣大的跨度，要保證結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性，必須使用優(yōu)質(zhì)高強(qiáng)度的鋼材，如此才能保證這些宏偉的建筑物安然無恙地聳立起來。

1.3 構(gòu)件數(shù)量多，設(shè)計(jì)和施工難度比較大

大跨結(jié)構(gòu)建筑的工程量巨大，往往由幾萬個(gè)，甚至幾十萬個(gè)構(gòu)件構(gòu)成，不僅如此，構(gòu)件的種類也是多種多樣，其切口、截面形狀、尺度各不相同，使得施工放樣過程變得極為困難，而且對(duì)于某些特殊結(jié)構(gòu)的構(gòu)件，需要先進(jìn)行復(fù)雜的試驗(yàn)和研究后才能投入使用。

2 大跨度復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)施工過程中的技術(shù)問題

2.1 整體滑移施工技術(shù)

滑移施工技術(shù)的作用非常大，解決了大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工過程中在空間結(jié)構(gòu)形成整體之前的穩(wěn)定問題?；剖┕ぜ夹g(shù)使用牽引裝置控制同步過程，并被劃分為多個(gè)穩(wěn)定且沿著目標(biāo)軌道運(yùn)行的車身結(jié)構(gòu)，通過施工技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)位置水平移動(dòng)到裝配位置。該技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是能夠解決起重設(shè)備不能解決的問題，如設(shè)備中的輻射，這在吊裝安裝結(jié)構(gòu)上，大大降低了施工現(xiàn)場(chǎng)起重設(shè)備的要求。缺點(diǎn)就是對(duì)結(jié)構(gòu)平面剛度要求低，在鋪設(shè)軌道牽引困難時(shí)，多點(diǎn)同步控制難度很大。

避免吊點(diǎn)強(qiáng)度和穩(wěn)定性對(duì)析架產(chǎn)生影響，在提升的過程中，有必要進(jìn)行不同步檢測(cè)，除了系統(tǒng)設(shè)置一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)提升點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)動(dòng)態(tài)采樣化之外，還有增強(qiáng)位移值，差異確保在15mm之內(nèi)。由于千斤頂只能提供單向垂直約束，幫助結(jié)構(gòu)向上，因此即便遵循結(jié)果計(jì)算，但仍然要進(jìn)行嚴(yán)格的測(cè)試通算。各個(gè)提升點(diǎn)若出現(xiàn)位移差，在增強(qiáng)應(yīng)力狀態(tài)時(shí)則結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化。因此，計(jì)算位移差時(shí)需要計(jì)算可能會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)的受力狀況，并確保提升析架過程中安全、可靠。

在各種位移差工作條件下，通過對(duì)桿件內(nèi)力進(jìn)行穩(wěn)定性分析。計(jì)算位移差析架體系，以此確保提升過程中，嚴(yán)格控制提升點(diǎn)和標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)Lp12之間的差不超過15mm，確定該結(jié)構(gòu)安全提升點(diǎn)有多個(gè)，分別位移不同步的工作狀況中，而提升點(diǎn)的位移差則會(huì)造成位移構(gòu)件內(nèi)力變得更大一些，因此應(yīng)選擇較為危險(xiǎn)的情況。

2.2 柔性結(jié)構(gòu)的成型問題及分析

索穹頂結(jié)構(gòu)的構(gòu)件有許多，如常見的中央支柱拉伸鋼圈、環(huán)索、斜索、脊索及外壓鋼圈梁，它是典型的空間張拉結(jié)構(gòu)體系。而施工過程中，工程的施工技術(shù)和計(jì)算方法卻是最為關(guān)鍵的問題。索育頂結(jié)構(gòu)可通過不同的方法與不同的順序施加預(yù)應(yīng)力，促使結(jié)構(gòu)逐步形成?？偟膩碚f，施工索育頂結(jié)構(gòu)也就是存在兩種順序和方法。

第一，首先用臨時(shí)施工塔架支撐中央桁架或中間拉力環(huán)提升至設(shè)計(jì)位置，其次定位其間部分結(jié)構(gòu)，最后每個(gè)斷續(xù)從外圈開始向內(nèi)拉緊斜拉橋。

第二，首先必須要固定脊索、坡道和外部電纜的連接，其次每個(gè)斷續(xù)地從外側(cè)傾斜向內(nèi)拉緊電纜、起重桅桿，最后達(dá)到提高內(nèi)拉環(huán)的作用。近年來，許多國(guó)內(nèi)學(xué)者已深入探究施工方面的工作，并取得了好的成績(jī)，這為索穹頂在中國(guó)的應(yīng)用奠定了理論依據(jù)。

2.3 復(fù)雜空間鋼結(jié)構(gòu)施工過程的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)控制

計(jì)算機(jī)控制能建立一個(gè)新的技術(shù)領(lǐng)域，這對(duì)施工來說至關(guān)重要，也是近年來計(jì)算機(jī)技術(shù)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)。對(duì)其經(jīng)過各種不利因素分析與計(jì)算，可有效地進(jìn)行可行性方案分析、確保施工質(zhì)量、優(yōu)化施工方案、安全和科學(xué)的程序，以此驗(yàn)證負(fù)面影響對(duì)結(jié)構(gòu)規(guī)定范圍是否合理，進(jìn)而提出合理的控制方法，幫助指導(dǎo)施工全過程。

2.4 施工過程跟蹤模擬計(jì)算及分析

在施工的過程中，施工隊(duì)伍必須在施工過程中進(jìn)行跟蹤模擬計(jì)算，以此確保大跨度結(jié)構(gòu)或超大跨度結(jié)構(gòu)能夠在施工過程中能安全有效地進(jìn)行，進(jìn)而確定結(jié)構(gòu)與構(gòu)件能滿足剛度、強(qiáng)度及穩(wěn)定性的具體要求。由于大跨度結(jié)構(gòu)建設(shè)的工程項(xiàng)目的過程是一個(gè)持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的過程，因此在這樣一個(gè)持續(xù)施工過程中，誰也不能保證每一個(gè)階段的結(jié)構(gòu)和構(gòu)件內(nèi)力與位移是否都是固定不變的。因此為了防止或變更加工尺寸更加精準(zhǔn)，需要對(duì)工程進(jìn)行跟蹤計(jì)算，并采取有效措施。比如澳門運(yùn)動(dòng)場(chǎng)，就是在安裝程序安裝過程中進(jìn)行的控制，并根據(jù)跟蹤模擬計(jì)算進(jìn)行仿真結(jié)果。

2.5 高空無支托拼裝施工技術(shù)

高空無支托拼裝施工技術(shù)的建設(shè)原則，首先選擇吊裝順序?qū)⒔Y(jié)構(gòu)系統(tǒng)分段，使其在施工過程中不用塔設(shè)支撐平臺(tái)。其次，利用單元組件剛性結(jié)構(gòu)構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的單元本身。最后，形成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)。廈門國(guó)際會(huì)展中心，雙向懸臂，懸臂長(zhǎng)度從北到南長(zhǎng)達(dá)35m，從北到東長(zhǎng)達(dá)21。且由于單棍重量有80t，在進(jìn)行雙向屋頂外挑結(jié)構(gòu)封頂時(shí)，施工階段析架偏轉(zhuǎn)卻有點(diǎn)難以控制。截至目前，廈門國(guó)際會(huì)展中心是國(guó)內(nèi)規(guī)模最大的雙懸臂式空間析架結(jié)構(gòu)屋頂，它的懸臂式結(jié)構(gòu)就是利用空間析架系統(tǒng)和高空無支托拼裝施工技術(shù)進(jìn)行建設(shè)的。充分利用結(jié)構(gòu)本身的優(yōu)勢(shì)，減少對(duì)建設(shè)的投資。既為下部空間創(chuàng)建了一個(gè)工作表面，也加快了施工進(jìn)度。在單棍吊裝時(shí)，若使用空間析架系統(tǒng)，那么施工階段的負(fù)載與最終使用負(fù)荷的差距較為懸殊。而高空無支托拼裝施工技術(shù)的目標(biāo)就是擴(kuò)大穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)單元組裝，從而形成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)。

3 結(jié)語

發(fā)展大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)對(duì)于建筑業(yè)的發(fā)展具有非常重要的意義，由于建筑設(shè)計(jì)的理念和建材不同，在大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工過程中仍然存在很多問題，我們要從安全的角度對(duì)施工過程進(jìn)行控制，不能放過任何一個(gè)小細(xì)節(jié)，以提高建筑施工的整體質(zhì)量，進(jìn)而促進(jìn)建筑行業(yè)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 孫喬.大跨度復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)問題分析[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2014（10）：70-71.

[2] 唐偉.分析大跨度復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)施工過程中的若干技術(shù)問題及探討[J].建設(shè)科技，2014（Z1）：171-172.

[3] 郭彥林，田廣宇，周緒紅，陳國(guó)棟.大型復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)施工力學(xué)及控制新技術(shù)的研究與工程應(yīng)用[J].施工技術(shù)，2011（01）：47-55+89.

作者簡(jiǎn)介：楊春江，身份證號(hào)碼：130929198610070012；段愛濤，山東聯(lián)創(chuàng)建筑設(shè)計(jì)有限公司。