大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)與控制的研究

王新貴

摘 要：鋼結(jié)構(gòu)因施工簡單、節(jié)約經(jīng)濟(jì)等特點，被廣泛的應(yīng)用在建筑設(shè)計中，像會展中心、影劇院、機場以及體育館這樣一些代表性的新型建筑給我們留下了非常深刻的印象，這些造型各異的建筑在設(shè)計當(dāng)中不乏有采用大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)建筑施工技術(shù)，大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)在建筑行業(yè)所發(fā)揮的作用也是越來越明顯。與此同時，建設(shè)施工技術(shù)作為關(guān)系工程質(zhì)量以及人身安全的重要技術(shù)，尤其大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)這里大型建筑技術(shù)對于施工技術(shù)的控制顯得尤為重要。因此，本文主要就選用科學(xué)合理的大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)以及如何對施工控制進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)；施工技術(shù)；施工控制

1 工程概況

某體育中心工程位于某市核心區(qū)中心位置。工程用地面積166850m2，總建筑面積45751m2，主要設(shè)置一場兩館，即一個8000座體育場、一個4200座體育館及一個1000座游泳館。

工程游泳館及體育館由混凝土與鋼結(jié)構(gòu)組成。鋼結(jié)構(gòu)組成主要包括屋蓋網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系、屋蓋支撐鋼柱。大跨度結(jié)構(gòu)正立面分別由5個及7個并列的拱形門式鋼架組成，拱形門式鋼架拱頂高度為23.100m。除以上概況外，還有一些特殊性質(zhì)的結(jié)構(gòu)，其中包括相交形成并列M形結(jié)構(gòu)的相鄰拱形斜柱，大幅度增加了結(jié)構(gòu)的橫向剛度。采用焊接箱形構(gòu)件，在門式鋼架斜柱的側(cè)立面柱間設(shè)置預(yù)應(yīng)力拉桿支撐。在相鄰圓柱殼相交的部分設(shè)置三角形空間桁架，形成剛度較好的邊框，使單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性能得到大大改善。

2 大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原則

大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計工作中，為了保證結(jié)構(gòu)的安全性穩(wěn)定性，設(shè)計人員需要嚴(yán)格遵循鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原則，重視設(shè)計過程中的質(zhì)量控制。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計時要能夠綜合考慮建筑物強度、耐久性問題，保證建筑鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計工作中，為了更好的控制建筑物自重，要在保證鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量的前提之下，盡量減少鋼材使用量。同時，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中還需要考慮建筑物美感問題。一般情況下，鋼結(jié)構(gòu)分為橫向系統(tǒng)和縱向系統(tǒng)兩部分，橫向結(jié)構(gòu)系統(tǒng)主要受到整體影響，具體的設(shè)計之中要注意鋼材剛度對橫向結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的影響。縱向結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計中則需要考慮更多的因素，比如鋼柱支撐力度、工程實施難度等。

3 大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)特點

與其他施工技術(shù)相比大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的成功，主要是因為其具有其他施工技術(shù)所不具備的優(yōu)勢。首先，大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)造型多樣，大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)是有許多鋼板根據(jù)實際要求組合而成，其能很好的滿足建筑的多樣化要求，比如我們熟知的北京奧運會羽毛球館建筑，其在應(yīng)用大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)時將大跨度弦支彎頂作為其鋼結(jié)構(gòu)，再將多面體泡沫嵌入鋼結(jié)構(gòu)當(dāng)中，這樣不僅表現(xiàn)出大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)獨特性和多樣性，更表現(xiàn)出了生態(tài)建筑的建筑理念。其次，大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)具有很強的堅固耐用性。隨著人們對于建筑的堅固耐用性的要求越來越高，現(xiàn)代大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)施工中較多的使用了一些厚且堅硬的鋼板材料，大大提升了建筑的堅固耐用性，保障了建筑的穩(wěn)固和安全。然后，大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)具有一定的復(fù)雜性，大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)會使用到許多構(gòu)件，因此在對大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計時很大程度上增大了設(shè)計的難度。比如會展、體育館等公共大型建筑，越是大的建筑其涉及到的建筑材料和施工工序越是繁多，也便增加了大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。最后，大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)具較好的精確性，大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)主要由許多的構(gòu)件組合而且，我們必須對每個構(gòu)件進(jìn)行嚴(yán)格的檢查，從而保證構(gòu)件符合實際施工的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。不僅如此，大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)施工中材質(zhì)的預(yù)裝以及鋼材的焊接都需要非常精準(zhǔn)，因此，大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)表現(xiàn)出精準(zhǔn)性的特點。

4 大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)的具體施工技術(shù)

4.1 高空鋼桁架安裝施工控制要點

（1）合理分段鋼桁架制造前需進(jìn)行深化設(shè)計，并進(jìn)行合理分段，以便于場內(nèi)外運輸。（2）鋼桁架現(xiàn)場組拼。大噸位吊裝機械的發(fā)展成熟，給高空大跨度鋼桁架安裝施工技術(shù)創(chuàng)造了條件，因此現(xiàn)場盡可能增加地面拼裝作業(yè)量，減少高空作業(yè)，可加快施工速度，同時地面拼裝作業(yè)更有利于保證工程質(zhì)量及降低高空作業(yè)風(fēng)險。（3）焊接施工。所有鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件在制作前應(yīng)按深化設(shè)計圖紙1∶1比例放樣，并預(yù)留尺寸用以補償焊接變形。焊接時選擇合理的焊接工藝及焊接順序，以減小鋼結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的焊接應(yīng)力和焊接變形。構(gòu)件的組拼采用等強拼接，端板與柱、梁翼緣和腹板的連接焊縫為全熔透坡口焊，安裝前應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計要求對焊縫進(jìn)行超聲波探傷檢驗。（4）安裝精確。主桁架上下弦桿通過腹桿用8.8級高強度摩擦型螺栓精確連接，單榀桁架螺栓連接個數(shù)多達(dá)3194個（不含兩側(cè)連接鋼梁及撐桿），因此鋼桁架進(jìn)行安裝的過程，對螺栓的預(yù)埋、鋼桁架與螺栓的對接都有較高的要求。（5）鋼桁架起拱。垂直腹桿、斜腹桿及上下弦及起拱度都必須嚴(yán)格按深化圖紙尺寸進(jìn)行下料，在鋼桁架構(gòu)件上下弦桿連接前利用臨時支架先將鋼桁架中間用千斤頂頂高，鋼桁架形成整體后，鋼桁架由于自身的彈形壓縮、焊接接頭的壓縮變形等因素造成鋼桁架的穩(wěn)定沉降，對其應(yīng)進(jìn)行測控，必要時用千斤頂進(jìn)行調(diào)整。

4.2 吊裝的實施方案

拼裝平臺選擇和處理。因為跨度大、構(gòu)件重，安裝現(xiàn)場的地面要求較高，構(gòu)件長度較長，為減少起吊作業(yè)工作量，降低風(fēng)險，將桁架的拼裝平臺設(shè)于宴會廳鋼筋混凝土樓面上。施工過程中考慮到本層作為鋼結(jié)構(gòu)施工的拼裝平臺，通過驗算后，保留了酒店一層大堂和負(fù)一層結(jié)構(gòu)的模板支撐體系直至鋼結(jié)構(gòu)施工完成，給大跨度桁架現(xiàn)場拼裝了創(chuàng)造了最佳條件。

進(jìn)場檢驗構(gòu)件。進(jìn)場檢驗除了規(guī)范上要求的檢查項目外，結(jié)合本工程跨度大、構(gòu)件重的特點，需根據(jù)深化圖紙對以下項目進(jìn)行重點檢查：①核查構(gòu)件的尺寸，尤其是分段加工、現(xiàn)場拼接的構(gòu)件，除了檢查每一段的尺寸外，需對各段尺寸進(jìn)行綜合檢查。對運輸、堆放和吊裝等造成的鋼構(gòu)件變形應(yīng)進(jìn)行矯正，矯正后的鋼材表面，不應(yīng)有明顯的凹面或損傷；②核查構(gòu)件制作部位的螺栓孔位置、數(shù)量、大??；③檢查構(gòu)件焊接坡口的方向；④高強度螺栓的成品包裝、表面硬度試驗、軸力復(fù)驗報告資料；⑤各種異型鋼構(gòu)件的角度。

4.3 高空滑移技術(shù)

所謂的高空滑移技術(shù)是在將拼裝好的單元通過軌道滑移到設(shè)計的位置。起具體操作步驟如下：第一步，在高空預(yù)先設(shè)計好的位置前搭設(shè)拼裝平臺；第二步，將構(gòu)件劃分為若干拼裝單元并在設(shè)計好的位置處安裝滑移軌道；第三步，將拼裝單元通過軌道滑移至拼裝平臺，完成整個結(jié)構(gòu)的拼裝工作。高空滑移技術(shù)拼裝平臺較小，只需要搭建局部支架，無需大型起吊機械，這樣不僅大大減少了高空的復(fù)雜操作步驟，降低工程的造價，還能更好保障整個工程質(zhì)量與安全。高空滑移技術(shù)常被用于堂、影劇院等工程。需要注意的是，高空滑移技術(shù)需要確?；七^程的同步控制，想做到同步控制是非常困難的，這樣在一定程度上也就增加了工程難度系數(shù)。

5 結(jié)語

綜上所述，為了更好滿足越來越多的建筑對于大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的需求，當(dāng)前我們必須把握好具體的大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)的各種施工據(jù)說，在實際建筑施工當(dāng)中選用最為科學(xué)合理的施工技術(shù)，有效提高建筑質(zhì)量和建筑安全，推動我國建筑業(yè)走在世界的前沿。

參考文獻(xiàn)：

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