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大跨度空间钢结构施工技术研究

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阮爱章

【摘要】：大跨度空间钢结构具有造型美观、形式多样化、经济性好等优点，日益受到广大建筑设计师们的青睐。本文主要论述了大跨度空间钢结构特点和施工方法，并结合五棵松体育馆大跨度空间钢结构施工工程阐述了现代大跨度空间钢结构施工技术。

关键词：大跨度；空间钢结构；施工技术；质量控制

：TU391：A：

引言

近年来,在一些发达国家和地区，各种大跨度空间钢结构得到迅猛发展,不仅有越来越大的跨度和规模,还广泛应用了新材料和新技术,结构形式日益丰富。很多富有特色的宏伟的大跨度建筑早已成为当地的地标性建筑。

1.大跨度空间钢结构的特点

1.1结构形式日益多样化和复杂化

现代大跨度空间钢结构已经不局限于采用传统的单一结构形式,新的结构形式和各种组合结构形式不断涌现。

1.2大量应用现代预应力技术

预应力作为一项新技术在大跨度钢结构建筑中得到了充分的应用，许多新的结构形式也因此涌现出来。比如张拉整体结构、索膜结构和索穹顶等，典型的代表有奥运会羽毛球馆(北京工业大学体育馆)，该馆在施工过程中采用了世界上跨度最大的弦支穹顶结构，另外，国家体育馆也采用了世界上跨度最大的双向张弦梁结构。在现代预应力技术在大跨度空间结构得到应用，不仅使建筑的结构体形变得更加丰富，同时也使其展现出合理性、先进性、经济性等特点。在安装过程中，适当配置拉索可以在钢结构中产生新的中间弹性支点或产生与外力作用反向的挠度和内力而卸载，前者是通常所说的斜拉结构体系，后者则是比较新的预应力结构体系。这种新的“杂交”结构体系明显改善了传统结构的受力状态，降低了结构的内力峰值，增强了结构的刚度，大大提高了技术经济效果和安全系数。

1.3结构跨度大、钢材等级高、钢板厚度厚

由于建筑功能的需要,现代建筑空间钢结构的跨度变得越来越大,短向跨度超过百米的建筑已经层出不穷,比如，国家体育场“鸟巢”的短跨为296m；国家游泳中心水立方的跨度177m等。为此，国家超限专家审查委员会针对性编制了大跨结构超限审查的规定。以上大跨度空间钢结构大量采用了Q390C、Q420C、Q460E等高强度级别钢材,钢板厚度很厚,部分甚至超过100mm。

1.4构件数量和截面类型多,深化设计难度大

通常来讲,大跨度钢结构这类大型工程大多由数以万计的构件组成，少的几万个，多的几十万个。与此同时，这些构件的尺寸、长度和机构形式都不相同。这些都给施工单位带来了相当大的困难,并且对于一些难度较大的弯扭构件,需要有关部门进行专门的研究和试验才能完成。

1.5加工精度要求高，构件加工难度大

大跨度空间钢结构工程一般都属于国家级重点工程,对工程质量的要求相当之高。想要满足质量这么高的质量要求,构件的加工精度必须要有相应的提高。同时，许多焊缝要求达到一级，这更进一步加大了施工难度。

1.6节点形式复杂多样

现代空间钢结构大多采用仿生态建筑,采用了各种各样的节点形式,如铸钢节点、锻钢节点、球铰节点等，以满足建筑造型。

1.7现场焊接工作量大,施工技术难度高

为了保证施工精度,这些工程都需要进行预拼装,并且现场焊接工作量特别大。由于跨度大、结构新,从经济性和安全性出发,都必须采用先进的施工技术才能顺利完成。

2.大跨空间钢结构施工方法及其特点

2.1高空原位拼装法

高空原位拼装是指把节点和杆件在结构设计时所处的空间位置直接进行拼装，由于是在空中进行拼接，难度是相当大的。这时，为了保证钢结构的安全性，一般都要设置临时的支撑来改善结构的受力状态，等钢结构部件全部安装完成之后再把临时支撑卸载，使钢结构达到设计状态，设置临时支撑结构使得高空原位拼装法得到了非常广泛的应用。其主要技术特点:（1）要求定位坐标精准。由于结构是在空中拼装完成的，在没有预调值的情况下，设计坐标即是施工中节点的安装坐标，要使结构达到设计状态就必须要求该施工方法对坐标定位准确。（2）制定合理的安装顺序。根据结构的具体特点制定出合理的安装顺序，尽可能的减少标高误差。（3）考虑基础不均匀沉降的影响。由于临时支撑上荷载一般较大且受力不均匀，为了使结构的安装位形达到设计要求，必须对临时支撑下的基础不均匀沉降进行考虑。（4）对结构进行实时监测。由于建造过程中的影响因素较多，而施工周期又比较长，所以必须对结构进行实时监测。（5）对临时支撑的拆除要在结构拼装完成以后进行。在没有拼装完成时结构的整体刚度和稳定性还未形成，在此时拆除临时支撑会对结构的安全性能产生较大影响。

2.2整体吊装法

整体吊装是先在地面上将分区结构拼装好，然后用吊装设备将其吊装在设计时指定位置的一种施工方法。这种方法适用于结构形式简单、高度较小的空间网壳结构。对于那些小规模的建筑使用此方法还可以缩短施工周期，节省资金。但是，由于是先拼接后安装，所以空中定位和吊装