浅谈大跨钢结构施工技术

  大跨度钢结构建筑是指横向跨越3m以上的钢结构建筑形式,其中包括网架结构、网壳结构,悬索结构、薄膜结构、索膜结构等。广泛应用于体育馆、会堂、影剧院、俱乐部、候车厅、展览中心等大型公共建筑中。随着建筑科技的不断发展,大跨结构的具体数值也在不断的变动。在一些论文中将跨度超过6m的结构称为大跨度结构。近年来,大跨钢结构大量涌现,使得传统钢结构施工面临极大的挑战,如何做好大跨钢结构的施工,使之与大跨钢结构的发展相协调,就成为了重中之重的事。现从以下几个方面对大跨钢结构施工技术进行分析。
  一、大跨度钢结构常用的几种施工方法
  1.高空原位安装法
  高空原位安装法包括高空原位散装法和高空原位单元安装法。所谓“散装法”一般是指将构件采用悬挑法或满堂支架法直接在设计位置进行拼装的一种方法。此法需搭设满堂支撑,以供高空搁置及工人的操作平台。优点由于单件的重量较轻,可有效降低起重设备的起重求。缺点支撑搭设时间长,高空作业多,工期跨度大,且需用大量支撑材料,占用大量建筑物内场地。适用范围多应用在跨度不大、工期求不紧的网架、网壳等大跨结构中。我国南京国际展览中心屋盖主拱架的制作安装便充分运用了这一方法。“单元安装法”则是把结构进行合理分块,然后将这些分块单元吊装至设计位置安装。为保证现场单元的顺利拼接,宜先将若干单元在工厂预拼装。此法的重点是吊装单元的合理划分,一般应把握以下点单元的大小视选用的起重机能力和结构形式而定,比如对于大跨钢桁架结构,分块位置不宜在桁架跨中;对于梁柱结构,设计一般建议将分段位置设在反弯点位置;对于网架及网壳结构,一般可采用分块或分条的方案;单元必须自成体系,有足够的稳定性、刚度及强度。广州歌剧院、深圳大运会主体育馆及深圳湾体育中心均采用了“单元安装法”。
  2.滑移安装法
  滑移安装法一般又可分两种结构滑移法、支承滑移法。结构滑移法是将结构整体(或局部)先在具备拼装条件的场地组装成型,再利用滑移系统整体移位至设计位置的一种安装方法。采用这种安装技术,拼装场地和组装用机械设备可集中于一块相对固定的场地,与原位安装法相比,可减少临时支承与操作平台的措施用量,节约了场地处理。此外,此法还可解决大量吊装设备无法辐射位置的结构安装难题;对吊装设备求低。支撑滑移法是在结构的设计位置搭设支承,以给结构在原位安装供支承和操作平台,将该部分结构安装完成后,支承滑移并与已经安装完成的结构脱离,如此循环,直至结构完成整体安装。采用支承滑移法时应注意,支承构架的设计除满足常规的整体及局部稳定外,还考虑水平动荷载,必时可增设大斜撑以高其抗侧刚度。滑移安装法的缺点是求结构自身平面外的刚度大,需铺设轨道,多点牵拉时同步控制难度大。深圳机场二期扩建航站楼就采用了这种方法。
  3.整体升法
  整体升安装法是将安装的结构在地面或适宜的楼层组装成型,再利用升系统将成型结构整体向上升至设计标高的一种安装方法。此法的重环节是地面组装成型工艺;升结构的设计与升工况的验算;计算机控制液压整体升技术;整体升监测技术。优点大量减少支承胎架的搭设,减少了高空作业量,极大高了作业的安全性。应用范围适用于大跨钢结构高度较高,且结构形状规则时。
  4.大悬挑钢结构无支承安装法
  大跨度钢结构无支承安装法 ,是在不搭设支承机构的条件下,以悬挑钢结构本体的刚度为依托,利用吊装机械进行高空散件安装,采用逐步延伸、阶段安装的方式进行施工。相对高空原位安装法而言,虽然该工法也是在高空原位附近实施安装,但因为完全不设临时支承机构,施工措施少,施工工艺简单。适用于结构本身刚度大,稳定行好,高度较高的悬挑结构。
  二、大跨钢结构施工力学分析
  在施工过程中,空间结构从无到有,从单根杆件到局部成形,再到完整结构,整个结构的几何状态、刚度及其荷载和边界条件按一定的次序先后形成。吊装设备在吊装过程中,对单根构件的内力、变形产生影响,后安装单元,对已拼装单元产生影响,整个施工过程构件受力变化复杂。如何确保构件和结构在施工过程中的安全,且不对结构后期使用产生过大的初应变,进行施工力学模拟分析,是相当必的。施工力学分析的总体目标一、对施工各阶段的内力、变形予以跟踪分析,保证结构施工阶段的承载力与稳定性。二、将考虑施工过程的成型状态和设计状态的内力与变形进行对比分析,评估施工过程对结构最终状态的影响,优化施工方案,保证结构在使用中的安全性。
  三、钢结构施工控制
  施工控制包括施工控制方法分析、施工模拟系统、监测系统、调整系统。动态结构计算机控制是近年来市政工程论文将计算机技术应用于施工领域的一门新技术,是非常有效的施工辅助手段,通过施工过程结构计算机动态控制,可进行有效的方案可行性分析,优化施工方案,保证施工质量和安全。
  总之,全面了解钢结构的性能及设计状态,选择合理的施工方法,对结构施工工况进行力学分析,实时监测施工动态,及时调整误差,纠正施工方案,尽最大可能保证施工质量及安全。