大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工安裝變形控制技術(shù)

劉亞軍

（甘肅第一建設(shè)集團(tuán)有限公司，甘肅 蘭州 730070）

1 引言

從2016年開(kāi)始，國(guó)內(nèi)的鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)值就大幅提升，我國(guó)的鋼產(chǎn)量得到了有效地提升，2018年鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)量就達(dá)到了6800萬(wàn)噸。目前鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用于建筑、商業(yè)樓、飛機(jī)場(chǎng)、工業(yè)廠家等公共建筑領(lǐng)域當(dāng)中，在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)，鋼結(jié)構(gòu)仍擁有非常大的發(fā)展空間。而很多大型建筑工程都更喜歡使用大跨度鋼結(jié)構(gòu)，因?yàn)榇罂缍蠕摻Y(jié)構(gòu)的重量大、體積大、性能優(yōu)勢(shì)更強(qiáng)，非常適合用于大型建筑建設(shè)工程之中，能夠更有效地保證整體工程的質(zhì)量與安全。但是大跨度鋼結(jié)構(gòu)在施工安裝的過(guò)程里，容易因?yàn)楦鞣N問(wèn)題而產(chǎn)生變形，為了控制如上情況，相關(guān)的施工團(tuán)隊(duì)在建造大跨度鋼結(jié)構(gòu)的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)采取合理的控制技術(shù)方法，杜絕變形現(xiàn)象和安全隱患的發(fā)生。

2 淺析大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工

2.1 大跨度鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

大跨度鋼結(jié)構(gòu)具備較為鮮明的特點(diǎn)，在現(xiàn)代化的建筑施工過(guò)程應(yīng)用得十分廣泛，其尺寸和結(jié)構(gòu)建筑方式都有一定的特殊性。通常來(lái)說(shuō)，大跨度鋼結(jié)構(gòu)相對(duì)于其他鋼結(jié)構(gòu)而言尺寸更大，同時(shí)，其構(gòu)筑方式具備更強(qiáng)的多樣性。大跨度鋼結(jié)構(gòu)的工程焊接量比較大，整體的施工規(guī)模也比較大，所需使用的鋼材料具備較強(qiáng)的等級(jí)，強(qiáng)度較高，鋼板的厚度也較厚。隨著大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工工藝的增強(qiáng)，現(xiàn)在能實(shí)現(xiàn)的跨度范圍已經(jīng)越來(lái)越大。結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)形式比較多，根據(jù)不同的施工需求，應(yīng)當(dāng)采取不同的結(jié)構(gòu)形式，比如北京奧運(yùn)會(huì)羽毛球館的頂部，就采用了大跨度鋼結(jié)構(gòu)，成為世界上跨度最大的弦支穹頂鋼結(jié)構(gòu)。由于大跨度鋼結(jié)構(gòu)的施工工程量和施工難度都比較大，其間所使用的構(gòu)件數(shù)量會(huì)比較多，通常而言能有十幾萬(wàn)個(gè)。

2.2 大跨度鋼結(jié)構(gòu)的類型

首先，大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工當(dāng)中最常用的一種空間結(jié)構(gòu)是網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，采取了支撐性更強(qiáng)的架構(gòu)形式，利用空間布局，有效達(dá)成連接建筑構(gòu)件的作用。在實(shí)際的施工過(guò)程中，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的施工效率比較低，同時(shí)成本較高，但是其穩(wěn)定性和外觀美觀性都比較強(qiáng)，性能比較優(yōu)越。第二，大跨度鋼結(jié)構(gòu)也可以采用網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，即一種成網(wǎng)狀形式的結(jié)構(gòu)。網(wǎng)狀分布能夠有效平衡構(gòu)件結(jié)點(diǎn)的水平壓力，提升鋼結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，所能提供的支撐力也比較強(qiáng)，在施工的過(guò)程中，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的搭建和安裝都比較便利，這種結(jié)構(gòu)形式具備較強(qiáng)的發(fā)展空間。第三，大跨度鋼結(jié)構(gòu)的形式也可以是懸索結(jié)構(gòu)。懸索結(jié)構(gòu)是利用具備一定柔性的繩索材料來(lái)拉動(dòng)整體，給其較強(qiáng)的承重拉力的結(jié)構(gòu)。如果繩索結(jié)構(gòu)的鋼結(jié)構(gòu)使用性能更好的柔性材料，則能夠產(chǎn)生更好的承重力，使結(jié)構(gòu)性能上升一個(gè)等級(jí)。除此之外，懸索結(jié)構(gòu)的自重較輕，在施工安裝時(shí)操作方便，能夠節(jié)省許多材料，具備較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。

2.3 大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工方法

大跨度的鋼結(jié)構(gòu)在施工的時(shí)候，主要采用的施工方法有高空散裝法、分塊吊裝法、分條吊裝法、整體吊裝法、整體提升法、折疊展開(kāi)安裝法等。首先，高空散裝法指的是將整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)拆分成不同的構(gòu)件，生產(chǎn)廠家需要制造出對(duì)應(yīng)的散裝構(gòu)件，在高空中確定合適的位置，將相應(yīng)的散裝構(gòu)件進(jìn)行組織拼裝，結(jié)合形成穩(wěn)定的大跨度的整體。這種施工方式非常適用于場(chǎng)地比較小、地勢(shì)比較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)工程。其安裝靈活性較強(qiáng)，能夠適用于大多數(shù)的情況，安裝方便，不占地方。但其缺點(diǎn)也比較明顯，制作材料的工序麻煩，所需耗費(fèi)的施工時(shí)間長(zhǎng)。分塊吊裝法和分條吊裝法指的是將拼裝好的部件構(gòu)成塊狀結(jié)構(gòu)或條狀結(jié)構(gòu)，然后再將其運(yùn)送至相應(yīng)的位置，其具備較為靈活的施工可能性。整體提升法是在地面上將所有的鋼結(jié)構(gòu)材料拼裝完成后，整體運(yùn)送到相應(yīng)的位置。雖然這種方式比較節(jié)約施工成本，但是也存在著一定的局限性。整體吊裝法需要分為三步，整體拼裝后通過(guò)起重機(jī)將整體鋼結(jié)構(gòu)運(yùn)送到指定位置，再通過(guò)相關(guān)工藝在相應(yīng)的位置進(jìn)行固定施工。整體頂升法指的是在設(shè)備和軌道不同時(shí)，將鋼結(jié)構(gòu)支柱置于設(shè)備之下，再緩慢提升到指定位置。折疊展開(kāi)安裝法主要適用于網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的鋼材料，核心思想是降低原裝的高度，再通過(guò)起重設(shè)備將結(jié)構(gòu)體吊起至指定位置。

3 大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工安裝變形控制技術(shù)方法

3.1 合理選擇大跨度鋼結(jié)構(gòu)變形控制技術(shù)

許多大型的建筑工程當(dāng)中，都需要使用大跨度型鋼結(jié)構(gòu)，比如機(jī)場(chǎng)、體育場(chǎng)、大劇院等。但是針對(duì)不同的施工結(jié)構(gòu)和實(shí)際情況，所適合采取的大跨度鋼結(jié)構(gòu)也有所不同。在施工安裝的過(guò)程中，常常會(huì)因?yàn)椴牧虾附硬涣?、結(jié)構(gòu)不穩(wěn)等因素，使得大跨度鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形，所以應(yīng)該合理選擇大跨度鋼結(jié)構(gòu)變形控制技術(shù)。首先是大跨度鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件和異形節(jié)點(diǎn)的制作技術(shù)，要確保鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件和異形節(jié)點(diǎn)的受力穩(wěn)定性。為了更好地保證鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，確保鋼結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，應(yīng)當(dāng)充分發(fā)揮滑移施工技術(shù)的作用，使用整體滑移施工技術(shù)將鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效的牽引控制。在使用整體提升施工技術(shù)時(shí)，可以有效地保證大型結(jié)構(gòu)姿態(tài)的平穩(wěn)性以及相應(yīng)的施工負(fù)荷的均衡性。比如可以有效使用液壓千斤頂，通過(guò)這種動(dòng)力設(shè)備提升運(yùn)作的可靠性，還可以針對(duì)高層的大型建筑，采用可靠安全的高空無(wú)支托拼裝施工技術(shù)，使得施工的過(guò)程更加流暢，不需要額外的依靠支撐平臺(tái)，更快速地提升現(xiàn)代化的綜合運(yùn)用水準(zhǔn)，構(gòu)成完整的結(jié)構(gòu)體。對(duì)于大多數(shù)的建筑工程而言，計(jì)算需要采用的變形控制技術(shù)也有所區(qū)別，制定嚴(yán)格的吊裝流程計(jì)劃，針對(duì)不同的變形突發(fā)情況進(jìn)行有效控制處理。

3.2 采取規(guī)范的鋼結(jié)構(gòu)安裝順序

大跨度鋼結(jié)構(gòu)的安裝過(guò)程應(yīng)當(dāng)遵循《鋼結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》，確定安裝流程中必須明確的指標(biāo)，同時(shí)也要結(jié)合建筑的高度、尺寸、位置等具體的工程細(xì)節(jié)，確定鋼結(jié)構(gòu)安裝的標(biāo)志點(diǎn)、軸線、標(biāo)高等等。在安裝之前，必須嚴(yán)格測(cè)量好相應(yīng)的位置點(diǎn)，同時(shí)進(jìn)行精確的校正工作，確保位置點(diǎn)的合理性。在進(jìn)行安裝時(shí)，確保作業(yè)通道和防護(hù)措施的可靠性，考慮當(dāng)天的氣候因素，提前采取應(yīng)對(duì)措施，以防突發(fā)天氣造成的安全隱患，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊接時(shí)，做好防風(fēng)、防水等措施。焊接的部位應(yīng)當(dāng)保持整潔，確保焊接的穩(wěn)定性，不能存有不當(dāng)?shù)目p隙，要注重安裝的鋼結(jié)構(gòu)梁柱在接口處的焊接工作，確保焊接工作的完成度和鋼結(jié)構(gòu)的良好性能，注重安裝施工的質(zhì)量。針對(duì)性地提升施工安裝的水準(zhǔn)，根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)，安裝方式及焊接的順序也有所不同，通常是采取由下至上的焊接方式，規(guī)范的鋼結(jié)構(gòu)安裝順序可以幫助提升鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，減少變形的風(fēng)險(xiǎn)。

3.3 采取正確的鋼結(jié)構(gòu)吊裝順序

采用大跨度鋼結(jié)構(gòu)的工程，通常都是工程量比較大的大型建筑，在大型建筑的上層區(qū)域，距離地面有著較大的距離，經(jīng)常需要使用吊裝機(jī)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行吊裝。在吊裝之前，應(yīng)當(dāng)確定好施工的先后順序，可以先拼裝、再固定，也可以先運(yùn)送、再拼裝、再固定，采用履帶吊車的通道對(duì)相應(yīng)的構(gòu)件進(jìn)行運(yùn)輸和吊裝。地下室通常會(huì)采用鋼骨柱的鋼結(jié)構(gòu)，也需要通過(guò)吊車將其路基板運(yùn)送到相應(yīng)的位置。整體施工過(guò)程中，吊裝工序的空間順序應(yīng)當(dāng)是由下至上，采取合理的方法進(jìn)行吊裝。不同的結(jié)構(gòu)所采取的吊裝調(diào)配的方式也有所區(qū)別，安裝的鋼結(jié)構(gòu)位置應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際的施工方向來(lái)調(diào)整。采取正確的鋼結(jié)構(gòu)吊裝順序，保證鋼結(jié)構(gòu)的整體性，實(shí)現(xiàn)更良好地對(duì)大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工安裝過(guò)程變形情況的控制。

3.4 采用合適的支撐系統(tǒng)

想要提升大跨度鋼結(jié)構(gòu)的安裝穩(wěn)定性，對(duì)變形情況進(jìn)行一定的控制，就需要給大跨度鋼結(jié)構(gòu)提供良好的支撐系統(tǒng)，進(jìn)行合理的支撐設(shè)計(jì)。根據(jù)吊裝時(shí)的受力情況確定支撐支架，臨時(shí)的支撐支架應(yīng)當(dāng)結(jié)合實(shí)際的需求，經(jīng)過(guò)驗(yàn)收之后才能使用。支撐支架通常具備重要的功效，在吊裝結(jié)束之后需要及時(shí)對(duì)臨時(shí)的支撐支架進(jìn)行拆卸，所以臨時(shí)支撐支架也要具備便于拆卸的特點(diǎn)。除此之外，大多數(shù)情況下所使用的施工承重支撐胎架才是主體的支撐結(jié)構(gòu)。通常采用分段吊裝的形式完成承重支撐胎架的搭建，采用構(gòu)架式鋼管柱作為主要的承重胎架的支柱，采用連續(xù)的環(huán)形支撐架結(jié)構(gòu)，能夠提升定位的穩(wěn)定性，確保在高空運(yùn)作的過(guò)程中鋼結(jié)構(gòu)能更牢固地安裝好。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)施在臨時(shí)完成混凝土結(jié)構(gòu)的連接后，在設(shè)置之處應(yīng)當(dāng)結(jié)合支撐架的位置，對(duì)鋼梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力轉(zhuǎn)移，將承重支撐的受力主要移動(dòng)到制混凝土的支柱上，確保吊裝整體支架的安全。在完成支撐胎架的設(shè)置之后，也要對(duì)定型的模板標(biāo)高進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，確保標(biāo)高位置的合理性，支撐臺(tái)下的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)要符合鋼管的設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)合受力荷載的力學(xué)原理，確定支撐荷載，采用合理的大跨度鋼管構(gòu)式結(jié)構(gòu)，提升支撐結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

3.5 結(jié)合大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工力學(xué)原理

為了進(jìn)一步提升大跨度鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，可深入研究其施工力學(xué)的原理，因?yàn)榇罂缍冉Y(jié)構(gòu)具備比較長(zhǎng)的長(zhǎng)度，在每個(gè)階段當(dāng)中都有著不同的受力狀態(tài)。受力狀態(tài)變化的過(guò)程里，大跨度鋼結(jié)構(gòu)會(huì)因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)內(nèi)力和位移，發(fā)生一定的改變。影響施工力學(xué)結(jié)構(gòu)變化的因素非常多，需要對(duì)全過(guò)程進(jìn)行跟蹤分析，才能夠全面了解施工力學(xué)的整體作用過(guò)程。相應(yīng)的激活元素會(huì)在受力狀態(tài)內(nèi)對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生新的荷載，從而產(chǎn)生新的內(nèi)力，內(nèi)力可能會(huì)導(dǎo)致變形狀態(tài)的出現(xiàn)。所以，要結(jié)合工程的實(shí)際情況，采用力學(xué)分析的方式，精準(zhǔn)測(cè)量各項(xiàng)重要指標(biāo)，計(jì)算出受力點(diǎn)的受力情況，計(jì)算出變形時(shí)承受的荷載，考驗(yàn)在荷載程度內(nèi)其是否會(huì)出現(xiàn)內(nèi)力變化的情況。通過(guò)分析大跨度鋼結(jié)構(gòu)的位移和內(nèi)力變化情況，對(duì)施工全過(guò)程的力學(xué)進(jìn)行整體的計(jì)算與檢測(cè)，保證大跨度鋼結(jié)構(gòu)的施工過(guò)程處于安全可控的狀態(tài)，最終根據(jù)施工力學(xué)的變化情況，找出其可能存在的變形點(diǎn)，制定更合理的改進(jìn)措施，調(diào)整力學(xué)結(jié)構(gòu)。

3.6 精確地計(jì)算臨界荷載

對(duì)于大跨度的鋼結(jié)構(gòu)體系而言，其所需要達(dá)到的穩(wěn)定承載力標(biāo)準(zhǔn)也更高，相較小跨度的鋼結(jié)構(gòu)，其具備的不穩(wěn)定性更強(qiáng)，所能夠承受的荷載也更大，但具體的臨界荷載的數(shù)量，應(yīng)當(dāng)結(jié)合實(shí)際情況來(lái)精確計(jì)算。構(gòu)建強(qiáng)度和相應(yīng)的規(guī)范要求要相匹配，如此一來(lái)可以有效提升大跨度鋼結(jié)構(gòu)體系的整體承載能力，確保其不會(huì)突破臨界承載荷載。想要計(jì)算出臨界荷載的具體值，應(yīng)當(dāng)通過(guò)變換結(jié)構(gòu)的受力情況和結(jié)構(gòu)形式的方式，調(diào)整大跨度鋼結(jié)構(gòu)，使其具備不同的變量情況，綜合測(cè)試出最接近真實(shí)值的臨界荷載，對(duì)相應(yīng)的預(yù)定力構(gòu)建安全系數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，規(guī)范整個(gè)施工過(guò)程的結(jié)構(gòu)力學(xué)操作。主要計(jì)算鋼結(jié)構(gòu)在雙重抗測(cè)力的情況之下存在的臨界荷載，利用力學(xué)計(jì)算公式核算具體的鋼結(jié)構(gòu)程度，以提升性能為標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范鋼結(jié)構(gòu)施工操作行為。對(duì)大跨度鋼結(jié)構(gòu)的力學(xué)荷載設(shè)計(jì)方法進(jìn)行優(yōu)化，高效率地分析荷載結(jié)構(gòu)并進(jìn)行精確的運(yùn)算，制定出詳細(xì)的優(yōu)化規(guī)范，提升臨界荷載設(shè)定的高效性和可靠性。

3.7 優(yōu)化焊接工藝，防止焊接變形情況

焊接變形的情況在大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中也經(jīng)常出現(xiàn)，因?yàn)楣こ塘亢艽蟮匿摻Y(jié)構(gòu)體往往非常復(fù)雜，具備很多需要彎折的地方，需要通過(guò)焊接的形式完成拼接、焊接的技術(shù)工藝。焊接技術(shù)具備一定的不穩(wěn)定性，會(huì)隨著外界環(huán)境的一些變化而受到相應(yīng)的影響。通常情況下，操作不當(dāng)可能會(huì)使得大跨度鋼結(jié)構(gòu)在焊接的過(guò)程里，出現(xiàn)構(gòu)件部分之間受熱不均的情況。當(dāng)受熱情況不穩(wěn)定時(shí)，局部出現(xiàn)高溫，局部溫度不足就會(huì)導(dǎo)致部分構(gòu)件區(qū)域出現(xiàn)熱膨脹的反應(yīng)，而在那些受到導(dǎo)熱影響較少的部分，溫度則偏低，受到熱脹冷縮效應(yīng)的影響，一部分膨脹，一部分收縮，進(jìn)而導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不同程度的變形。除此之外，部分操作人員可能會(huì)控制不了焊接的程度，出現(xiàn)過(guò)度焊接的情況，導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)受損融化，失去所應(yīng)具有的原本模樣，降低了鋼結(jié)構(gòu)的硬度。想要針對(duì)性地控制焊接變形的情況，可以對(duì)構(gòu)建的平臺(tái)區(qū)域結(jié)構(gòu)重新進(jìn)行優(yōu)化，避免位移偏差等情況。保證更穩(wěn)定的基礎(chǔ)架構(gòu)，提升整體結(jié)構(gòu)的平穩(wěn)程度，使得鋼結(jié)構(gòu)在焊接的過(guò)程里，不會(huì)出現(xiàn)交叉和縫隙，也不會(huì)出現(xiàn)焊接變形。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，文章針對(duì)性地分析了大跨度鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)、施工方法等，并提出了有效控制大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工安裝變形的技術(shù)方法。大跨度鋼結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代化建設(shè)工程中應(yīng)用廣泛，具備尺寸大、強(qiáng)度大、性能優(yōu)等特點(diǎn)。其空間結(jié)構(gòu)類型也有很多種，比如網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)、懸索結(jié)構(gòu)等等。在施工過(guò)程中所使用的施工方法有高空散裝法、分塊吊裝法、分條吊裝法、整體吊裝法、整體提升法、折疊展開(kāi)安裝法等等。為了控制其施工安裝過(guò)程中的大跨度鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件變形情況，所應(yīng)當(dāng)采取的技術(shù)方法有合理選擇大跨度結(jié)構(gòu)變形控制技術(shù)，采取規(guī)范的鋼結(jié)構(gòu)安裝順序，采取正確的鋼結(jié)構(gòu)吊裝順序，采用合適的大跨度鋼結(jié)構(gòu)支撐系統(tǒng)，結(jié)合大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工力學(xué)原理進(jìn)行施工，精確地計(jì)算出臨界荷載，保證大跨度鋼結(jié)構(gòu)不超過(guò)荷載。優(yōu)化焊接的工藝，防止焊接變形。