试析大跨度厂房轻型钢管屋架施工技术

【摘 要】本文结合大跨度厂房轻型钢管屋架的结构设计，剖析了大跨度厂房轻型钢管屋架的施工构成特点，对大跨度转节点施工及构造处理措施进行了介绍，设计、研究和施工技术人员均要了解结构的设计状态及结构性能，对屋架中的关键构造节点在今后的设计与施工工作中，提出了更为合理的技术处理方案；提出滑移法施工方案，正确选择结构成型及施工方法，为相关工程提供借鉴。

【关键词】大跨度厂房；轻型钢管屋架；施工技术

但凡在建筑结构中形体具备三维空间属性，且在外力荷载下产生三个维度的受力特征、结构呈现立体工作状态的结构，我们通常称它们为空间结构，其中较为典型的就是本文所论述的大跨度轻型钢管屋架。日常生活中空间结构的例子，如草帽、折扇、簸箕、笸箩等。通过对自然界的观察，我们可以知道自然界中的很多空间结构，比如说鸡蛋外壳、龟外壳、花生外壳等各类动植物外壳，它们在抵抗自然环境外力作用的同时，都可以视为受力性能良好的薄壳结构，此外，蜜蜂巢穴也可视为一种空间网格结构；蜘蛛网可看做索网结构；肥皂泡则是一种非常典型的充气薄膜结构。

1 大跨度钢结构的一阶性理论

按照我国现行钢结构设计规范，内力和位移的计算结果应为荷载效应组合的结果。实际当中，轻钢结构分析可以采取的荷载效应组合值的荷载组合，也可以采取先对荷载进行组合再计算的内力和位移值，这两种方法所得结果基本上都是相同的。要注意的是，每一个单一的负荷条件下的最大结构内力分量（位移）的位置是不一样的效果，必须结合计算和比较，以确定影响最大值及其位置；和确定的成员组合荷载作用下的最大内力（位移）和其相应的位置相对更直接、更容易。事实上，一阶弹性理论近似于结构节点位移内力将生产杆端的P-Δ效果，和受力结构本身有一杆体变形内力对P-δ效果。P-δ效应可以反过来导致结构位移的变化。这种相互作用、相互影响的效应通常被人称为结构二阶效应。

2 大跨度厂房轻型钢管屋架构造分析

随着科技水平的提升，人们对建筑理念越来越多元化，不同的人对空间结构的认知截然不同，在这种社会需求之下，大跨度轻型钢管屋架设计越来愈趋向于巨型场所、人工环境、然境观保护等方向发展，复合材料、碳纤维、有机材料、非金属等高强轻质材料的诞生无疑也给大跨度轻型钢管屋架设计注入了全新观念；如今的大跨度轻型钢管屋架设计中，很多新结构形态如雨后春笋一般，而伴随着仿生学、非线性计算理论、高效算法、非线性等理论在结构设计中的运用，杂交结构、可开闭结构、多种体系混合的设计模式应运而生，建筑结构越来越“另类”化。

2.1 基本体系

一般而言，大跨度轻型钢管屋架都是由空间曲线立体桁架组成，考虑到结构的稳定性能，其截面大抵设计为三角形，理想宽高比为6比1。由法国DVVD设计公司完成设计的阿尔及利亚某体育场方案中，主弦杆通常是500mm×10mm的圆钢管，腹杆则分别由300mm×8mm、120mm×6mm的圆钢管构成。曲线桁架交叉布置在厂房的外立面，共同构成变截面人字形的格构柱；在靠近屋架肩部，交叉桁架逐一合并，形成单榀立体桁架，采用平行布置方式，各个榀桁架之间用檩条连接，形成屋架体系。

2.2 格构柱脚

一般情况下，曲线桁架交叉布置在厂房的外立面，每一根主弦杆在靠近屋架肩部处分成两肢，共同构成变截面人字形的格构柱；在格构柱底部截面收缩之后，我们通过6根弦杆和加劲钢板联系构成盆式柱脚，并使用58个M42地脚锚栓对盆式柱脚进行锚固，使它固定在基底桩基上。

2.3 法兰连接

每榀空间桁架沿径向分为3个吊装部分，每部分构件需实现在工厂预制，再运送至现场进行连接。因为各构件连接位置复杂，特别是在立面人字形格构柱交叉的地方，许多杆件交错汇集，空间构造极为复杂，这就需要通过对立面变截面格构柱的交叉点实施固定设置，使桁架顶部环向马道处的法兰连接点可以很好地将三部分进行拼接。法兰连接使用M20高强摩擦型螺栓。在立面变截面格构柱交叉点处的法兰连接处，采用水平和垂直方向的两组法兰盘，把格构柱分成了四个拼接部位；在桁架顶部环向马道处法兰连接的地方，设置3块法兰盘，分别对3个桁架主弦杆进行拼接。采用这种法兰连接方式，不但有利于施工现场构件的拼接与吊装，避免了施工现场很多不必要的焊接作业，还可以很好地达到缩短工期的目的。

2.4 肩部三脚钢支撑

为减小三脚钢支撑伸臂长度，在施工时我们都会在屋面桁架肩部位置安装一个三脚钢支撑。该钢支撑分肢体型较大，长度大约有3.2m，安装过程中可以使用断面较为均匀的T形铸钢件，同下弦杆采取“掌状托座”的方式进行连接。这样可以很好地对钢架起到良好的支持作用，不但减小了屋架钢桁悬挑长度，还在一定程度上对屋架体系的受力状态起到了改善作用。

3 大跨度厂房轻型钢管屋架滑移法施工技术

3.1 钢管桁架梁的制作及运输

施工阶段，首先要认真审图，将制作方案研究洞彻，并在样板平台上按照原有大小比例设置节点大样，反复核对尺寸，确保施工精度，在节点旁还应特别标明各杆件的尺寸，以为如后的复查和检验工作做准备。气割前应将钢板切割区域表面的铁锈、污物等清除干净，气割后应清除熔渣和飞溅物。另外，弯曲成型的零件应采用弧形样板检查，成型部位与样板的间隙不得大于0.2mm。构件在经过验收签证之后才可入场，并按照安装顺序，将每根桁架梁准确无误地运入施工现场。

3.2 钢管桁架拼装

拼装过程中，我们要将三段桁架放置于拼装支架上，让后使用水平仪控制垂直方向弦高尺寸，对于水平方向弦高尺寸，我们可以使用钢板尺和钢线来实施控制。主管下料时宜采取切割机切割方式，连接方式为对焊。对于屋架主管，可以采取“刚性固结法”，这可以很好地避免了局部应力重分布时的焊接变形现象的发生，并且在放样、下料阶段，应该放足焊接后的收缩余量。在进行焊接施工时，通常宜采用定位焊接方式，也就是将3根弦杆和腹杆同时实施对焊连接，以确保焊接工艺一次性完成。焊接工艺一般在钢管桁架拼装完成后进行，接口形式同制作时相吻合，而且需要通过超声波探析的检验。

3.3 钢管桁架的安装

滑移吊装阶段，利用250t履带吊使HJ-5就位于轴线柱顶部位，桁架两侧每侧采用一台10t倒链进行滑移就位，为确保桁架两端平行推进，在滑移阶段应时刻观察，随时准备调整工作。此外，还应在轨道接触与桁架处的设置一挡，以免滑移过大，难以纠偏，同时也保证滑移的安全作业。有必要的话，可以在制作、安装滑移轨道时，将轴柱顶端轨道垫起，以避免在滑移过程中桁架侧翻。

4 结语

目前，大跨度结构施工技术已然成为权衡一个国家工程施工水平的主要因素之一，越来越多的大跨度建筑拨地而起，它们宏伟且独具特色，隐然成为各个国家、各个城市的标志性建筑。我国的社会主义建设正处于一个快速增长期，大跨度钢结构设计施工尚还存在许多技术问题亟待解决，同时也给施工阶段带来了一系列的技术挑战。本文主要探讨了大跨度厂房轻型钢管屋架滑移法施工问题，对施工中一些技术经验及注意事项进行了简要分析，希望能对实际工程做一定的指导作用，使大跨度厂房轻型钢管屋架的施工更加安全合理、高效经济。

参考文献：

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[3]郭彦林，崔晓强，叶可明.大跨度钢结构施工过程中的若干技术问题及探讨[J].工业建筑，2004，32（12）.