浅谈大跨度空间钢结构施工知识分享

浅谈大跨度空间钢结构施工

摘要：文章详细介绍了大跨度空间钢结构的施工技术，通过对大跨度空间钢结构类型及其施工特征进行介绍，结合钢结构的主要施工方法类别，对钢结构施工技术中的关键工序进行重点分析、归纳与总结，包括吊装、滑移、拼装、焊接等工序，仅供相关工作人员参考。

关键词：大跨度空间钢结构；施工技术；滑移；拼装

当前，随着经济及科技的不断发展，我国建筑行业也随之不断发展，加上借鉴国外先进技术及经验、理念等，越来越多的新型建筑出现，尤其是大型公共建筑，包括机场建筑、体育馆等都采用大跨度空间钢结构作为建筑物的屋盖结构体系。现就大跨度空间钢结构及其具体施工技术进行分析。

1 大跨度空间钢结构类型

大跨度空间钢结构建筑是指横向跨越30m以上空间的各类结构形式的建筑，其结构形式多种多样，当前世界上使用大跨度空间钢结构的各大建筑中，最典型的代表即奥运建筑，大跨度空间结构技术对多种多样、形式丰富的奥运建筑起着推动作用。其中，奥运历史上著名的罗马体育馆主要采用装配现浇式钢筋混凝土薄壳结构，而巴塞罗那圣乔地体育馆采用了网壳结构。其中，大跨度钢结构的类别主要如下所述：

1.1 网架结构

网架结构主要指的是由多根杆件按照一定的网格形式通过节点

连结而成的空间结构。网架结构具有工业化程度高、自重轻、稳定性好、外形美观的特点。

1.2 网壳结构

网壳结构与空间杆系结构较为相似，平板网架型的空间杆结构是通过杆件根据规律而组成网格，并结合壳体结构布置成一定的空间架构，因此，它不仅具备杆系的性质，而且同时具备壳体的性质。网壳结构主要通过壳内两个方向的拉力、压力或剪力进行逐点传力。例如：1967年建成的郑州体育馆，采用肋环形穹顶网壳，其平面直径64 m，矢高9.14m，此为国内跨度最大的单层球面网。又如1988年建成的北京体院体育馆，主要采用带斜撑的四块组合型双层扭网壳，其平面尺寸为59.2m2，矢高3.5m，挑檐3.5m，此为我国跨度最大的四块组合型扭网壳。另外，1989年建成的濮阳中原化肥尿素散装库，其平面尺寸为58m×135m，采用双层正放四角锥圆柱面网壳，此为我国第一个采用螺栓球节点的网状筒壳，亦是覆盖建筑面积最大的网壳结构。

1.3 悬索结构

悬索结构主要为由柔性受拉索及其边缘构件所形成的承重结构。其中，可以将钢丝束、钢丝绳、钢铰线、链条、圆钢以及其他受拉性

能良好的线材作为索的材料。悬索结构主要通过利用高强材料的抗拉性能，它具有跨度大、自重小、材料省、易施工的优势。悬索结构除在我国的大跨度桥梁工程应用广泛外，还应用于体育馆、飞机库、展览馆、仓库等大跨度屋盖结构中。

2 大跨度空间钢结构及其施工技术的特征

2.1 大跨度空间钢结构特征

2.1.1 钢结构大跨度、钢材高等级、钢板足够厚。当前，我国建筑理念随着社会经济的不断发展，对建筑功能的技术要求也更高，而且现代空间钢结构的跨度也更大，短向跨度超100m早已广泛应用于建筑中。国家超限专家审查委员会通过编制大跨结构超限审查的规章制度，以此规定此类大跨度空间钢结构必须采用大量的高强度级别钢材，如Q390C、Q420C、Q460E等，确保其钢板材料等级高、厚度足够。

2.1.2 钢结构形式及其节点形式多样性、复杂性。

（1）当前现代大跨度空间钢结构的结构形式较多，其结构形式正不断创新、发展，主要朝各类结构的组合形式发展。其中，奥运会羽毛球馆以世界跨度最大的弦支穹顶作为钢结构，而广州国际会展中心以张弦桁架作为钢结构。水立方以泡沫理论式多面体空间钢架结构，而鸟巢主要以复杂的空间桁架作为钢结构。

（2）以仿生态建筑作为现代空间钢结构，空间钢结构包括铸钢节点、锻钢节点、球铰节点等，其节点形式多种多样，使得建筑形式更为丰富。

2.1.3 钢结构构件数量及截面种类多、设计难度大。大型工程的构件较多，甚至是由几万个、十多万个构件组成，该构件的截面形式、尺寸和长度各不相同，导致施工单位放样难度加大，尤其是部分弯扭构件必须通过试验与研究才能完成。

2.2 大跨度空间钢结构施工技术的新特点

2.2.1 构件精确度要求高、焊接施工技术工作量大、难度高。

（1）由于大部分大跨度空间钢结构的建筑工程为国家重点工程，其施工质量标准较高。因此，必须保证空间钢结构的构件部分精度较高，才能确保工程的施工质量满足工程标准。其中，大部分焊缝的施工质量要求为一级焊缝，严重影响工程的施工难度。

（2）在进行工程施工时，可以通过预拼装及大量的焊接工作来确保施工精度，结合、借鉴国外的先进施工技术进行施工，可以有效地完成工程的施工质量目标，包括钢结构大跨度及钢结构创新，从而保证工程施工的安全性及建筑工程的经济效益。

2.2.2 结合预应力技术。预应力钢结构是指采用预加应力调整钢结构的内力分布，通过向钢结构施加荷载，可以有效地增强材料强度，

并扩大结构刚度。其中，预应力钢结构采用预加力将钢结构的受力状态改变，并将内力峰值降低。预加力可以将作用在构件上的内部荷载相互平衡，可以有效地将构件的截面积减小，便于减少用钢量。另外，采用预加应力，将钢结构中的钢材的拉、压强度在同一构件中充分发挥并利用，便于加强钢结构的弹性承载能力。通过采用共同抵抗外荷载作用，将钢结构中的刚性拱与柔性索结合起来，可以有效地提高高强钢索的抗拉性能，并充分利用拱的压弯能力，提高预应力钢结构的工程施工质量。

3 大跨度空间钢结构的施工技术方法分类

3.1 高空原位单元安装法

高空原位单元安装法，根据高空原位散装法进行改变、发展形成。散装法首先将构件放置于设计位置后，再进行安装。进行散装安装时，应当为施工人员布置高空操作平台及高空搁置平台，首先通过设置满堂作为支撑，然后再在平台上展开施工。另外，单元安装法主要是把空间钢结构分别划分为多个部分，将各个部分分成单元，进行吊装。

单元安装法主要通过合理划分吊装单元，首先，其单元的大小视选用的起重机能力和结构形式而定。其次，对于空间梁柱结构，可以在反弯点位置设置净分段；相对于网架结构及网壳结构来说，可以以分块单元或分条单元的形式，形成稳定性强、刚度强、强度足够的空间钢结构，必须确保结构的强度，便于构件在进行安装时避免发生