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

王春松

摘要：當前階段，大跨度復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)在工程建設(shè)中應(yīng)用較為廣泛。例如在大型橋梁工程建設(shè)中，為了使用其寬度，多采用大跨度復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)。除了來自外部因素的影響外，鋼結(jié)構(gòu)自身的性能也和傳統(tǒng)混凝土結(jié)構(gòu)存在較大的差異性，因此在具體施工的過程中涉及到了多項技術(shù)問題。本文將對大跨度復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)施工過程中的相關(guān)技術(shù)問題進行探討分析，促進我國工程建設(shè)水平的提升。

關(guān)鍵詞：大跨度；鋼結(jié)構(gòu)；技術(shù)問題

前言：

隨著時代的發(fā)展，大型公共建筑工程建設(shè)技術(shù)和理念都在不斷更新，如大型橋梁工程、體育館、會展中心等均采用了大跨度復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)，這樣既可以滿足了不斷提高的功能需求，同時更加有利于建筑物造型的塑造，以迎合人們的審美觀念。探究大跨度復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)施工中的技術(shù)問題能夠?qū)@類鋼結(jié)構(gòu)的推廣應(yīng)用起到良好的促進作用。

1.大跨度復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)的特點分析

1.1大量應(yīng)用預(yù)應(yīng)力技術(shù)

預(yù)應(yīng)力技術(shù)是現(xiàn)代建筑設(shè)計施工中廣泛應(yīng)用的一種技術(shù)，其在大跨度復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)中也存在大量的應(yīng)用，主要體現(xiàn)在索穹頂、索膜以及整體張拉等多種新型結(jié)構(gòu)體中。預(yù)應(yīng)力的原理是通過施加與荷載力作用相反預(yù)應(yīng)力的形式，有效的提高結(jié)構(gòu)體的剛度，強化其耐久性。

1.2對材料有著較為嚴格的要求

隨著現(xiàn)代工程設(shè)計的多元化發(fā)展，大跨度復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)在實際應(yīng)用中跨度范圍也在持續(xù)增大。以我國為2008年奧運會興建的國家體育館鳥巢為例，其跨度已經(jīng)接近300m，具體為296m。在這樣的大跨度下，想要保障建筑物的安全穩(wěn)定，就需要材料性能更加優(yōu)越的剛強度材料。

1.3施工難度相對較大

顧名思義，結(jié)構(gòu)復(fù)雜是大跨度復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)的顯著特征，其構(gòu)件數(shù)量最多可達到幾十萬個，而且這些構(gòu)件在形式、尺寸等方面普遍存在較大的差異性，可見其施工量十分巨大，龐大工作量也造就了極高的施工難度，尤其是一些比較特殊的材料結(jié)構(gòu)，在使用前必須進行一定的復(fù)雜試驗。

1.4構(gòu)件加工的難度較大

大跨度復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)一般應(yīng)用于一些大型工程項目中，這些項目往往是一座城市或是國家的標志性建筑物，其建設(shè)效果直接反映著當?shù)氐拿婷残蜗?，因此對工程質(zhì)量有著極高的要求。為了達到理想的效果，鋼結(jié)構(gòu)的所有構(gòu)件加工制作都要力求最高的精密度，這為加工作業(yè)帶來了極大的困難。例如，在焊接作業(yè)中，必須達到一級焊縫標準。

2.大跨度復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)施工中的關(guān)鍵性技術(shù)問題探討

2.1整體滑移施工技術(shù)

在開展大跨度復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)施工的過程中，由于其構(gòu)件數(shù)量十分龐大，因此在為形成整體的空間結(jié)構(gòu)之前，很難保持持續(xù)良好的穩(wěn)定性，在解決這一問題，最常用的技術(shù)為滑移施工技術(shù)。該技術(shù)在具體實施中，需要借助專業(yè)的牽引裝置，分成多個穩(wěn)定的車身結(jié)構(gòu)經(jīng)由目標軌道從設(shè)計位置水平移動到裝配位置。通過這項技術(shù)的應(yīng)用可以有效的解決設(shè)備在輻射吊裝安裝解構(gòu)無法解決的工藝，但同時技術(shù)實施對相關(guān)方面的要求也相對較高，如橋梁結(jié)構(gòu)平面必須具備較強的剛度，同時軌道鋪設(shè)的精度必須做到準確把握，而且若是在移動的過程中出現(xiàn)牽引困難現(xiàn)象，會導(dǎo)致多點同步控制的難度大幅度增加。

在滑移施工的過程中，想要有效控制吊點強度和穩(wěn)定性可能對桁架帶來的影響，應(yīng)該進行不同步檢測，在此基礎(chǔ)上提高系統(tǒng)提升點設(shè)置以及系統(tǒng)動態(tài)采樣的標準，同時增強位移值，盡可能的將差異控制在15mm之下?？紤]到提升點位移差的變化會帶動結(jié)構(gòu)的變化，有必要進行嚴謹?shù)挠嬎愫蜋z測，以此保障桁架提升過程中的安全性。簡而言之，在施工中要將提升點和標準點之間的位移差控制在合理的范圍內(nèi)，如此就可以避免桁架體失穩(wěn)的現(xiàn)象出現(xiàn)。

2.2柔性結(jié)構(gòu)的成型問題

預(yù)應(yīng)力和大跨度復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用也是一個十分關(guān)鍵的問題，以索穹頂結(jié)構(gòu)為例，這類空間張拉結(jié)構(gòu)在施工中面臨的主要問題就在于成型工程的施工技術(shù)和計算方法選擇。通常情況下，索穹頂結(jié)構(gòu)主要包括脊索、斜索、環(huán)索、中央支柱拉伸鋼圈以及外壓鋼圈梁等部分，在橋梁工程中需要按照相應(yīng)的順序和方法逐步施加預(yù)應(yīng)力，最后形成穹頂結(jié)構(gòu)，具體可以分為兩個大步驟：首先，將中央桁架或是中間拉力還提升到設(shè)計位置并設(shè)置臨時支撐架，在此基礎(chǔ)上完成中間部分結(jié)構(gòu)的定位，依次向里拉。其次，將脊索、坡道以及外部電纜鏈接并固定，依次從外向內(nèi)拉電纜和起重桅桿，最后將內(nèi)拉環(huán)拉高。

2.3復(fù)雜空間鋼結(jié)構(gòu)施工中的動態(tài)結(jié)構(gòu)計算機控制

在信息時代的大背景下，計算機信息技術(shù)和各行各業(yè)的融合都在加快，基于計算機的控制技術(shù)逐漸形成了一個新的領(lǐng)域，在許多工程建設(shè)中都得到應(yīng)用，實現(xiàn)了施工效率和質(zhì)量的雙重提升。其強大計算能力可以對施工中存在的不利因素進行全面分析，以此確保工程施工方案的可行性，提高施工的安全合理性，同時也可以驗證負面因素對結(jié)構(gòu)影響范圍的合理性，有針對性給出相應(yīng)的控制措施，保障施工作業(yè)的高效有序推進。

2.4施工過程跟蹤模擬計算和分析

上文中已經(jīng)提到，大跨度復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)施工的難度很高，加之構(gòu)件規(guī)模龐大、工序復(fù)雜，在施工過程中很容易出現(xiàn)失誤。對此，需要同步開展跟蹤模擬計算，實時驗證大跨度結(jié)構(gòu)及其構(gòu)件的強度、穩(wěn)定性等性能是否符合工程建設(shè)的要求。除此之外，為了避免施工中面臨的一些不利因素，跟蹤模擬計算分析也十分必要。例如，在大型橋梁工程中，部分材料本身的特性或是外力影響會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)構(gòu)架內(nèi)力穩(wěn)定出現(xiàn)變化，或是產(chǎn)生位移變化，只有引入跟蹤模擬計算分析，才能及時有效的做出合理防護，為施工作業(yè)順利完成提供保障。

2.5臨時支承柱技術(shù)對結(jié)構(gòu)安全的影響問題

在進行大跨度復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)安裝時，經(jīng)常需要設(shè)置臨時支承柱，這樣雖然為工程施工提供了方便，但同時也會造成結(jié)構(gòu)受力性能的改變，如果支撐柱點附近的內(nèi)力過大，則會造成結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損壞。同時，臨時支承柱的存在也會降低拱腳的水平推力和豎向反力。在一些比較特殊的部位，如桁架結(jié)構(gòu)中，必須在嚴密的計算分析之后才能設(shè)置臨時支承柱。

2.6高空無支托拼裝施工技術(shù)

在大跨度復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)施工中，高空無支托拼裝施工技術(shù)也是十分常見的一項技術(shù)，其獨特之處在于會將拼裝結(jié)構(gòu)分為多個小段，之后按照一定的順序進行吊裝，因此不需要設(shè)置相應(yīng)的支撐平臺，主要是依靠組件的剛性結(jié)構(gòu)組成一個穩(wěn)定的單元。例如，在廈門國際互會展中心工程中，其懸臂式結(jié)構(gòu)采用的就采用了空間桁架系統(tǒng)和高空無支托拼裝施工技術(shù)，使得結(jié)構(gòu)自身的優(yōu)勢得到了充分的發(fā)揮，既提高了施工的效率，同時也降低了成本投入。

結(jié)語：

結(jié)合現(xiàn)階段大跨度復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)在工程建設(shè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀來看，其未來發(fā)展前景十分廣闊，因此對其施工中的技術(shù)問題進行探究具有重要現(xiàn)實意義。就目前來看，大跨度復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)的施工方法處于不斷改進之中，基本形成了以滑曲線、高空無支托拼裝技術(shù)為核心的空間安裝技術(shù)。同時，針對一些異型空間結(jié)構(gòu)，計算機控制技術(shù)的引入推廣極大的提升了施工質(zhì)量水平?？梢灶A(yù)見到，隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新發(fā)展，大跨度復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)在我國工程建設(shè)中發(fā)揮的作用也會越來越大。

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（作者單位：武橋重工集團股份有限公司）