浅析大跨空间钢结构结构施工的常用方法

【摘 要】在大跨度空间钢结构的建造过程中，选取合理的安装方法是施工过程中的重点和难点。它不仅对结构本身的安全性能、施工质量有较大影响，也决定了建造过程中的施工成本和施工进度。随着大型复杂钢结构的快速发展，建筑结构的形式变得多种多样，针对不同的结构形式采用不同的安装方法，主要考虑的两大因素是经济性和安全性。此外结构建造过程中的安装方法还会受到其他条件的制约，例如:当地地形、气候及设备运输条件:施工周期的限制;是否方便施工作业以及施工方之间是否协调等。

【关键词】大跨度；空间钢结构；施工；安装方法

1 高空原位拼装法

高空原位拼装法是指把杆件和节点在结构设计位置直接进行拼装，为了保证大跨度空间钢结构的安全性，结构往往要设置临时支撑来改善结构的受力性能，等结构安装完成以后再把临时支撑卸载使结构达到设计状态，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。

高空原位拼装法是复杂钢结构施工安装的基础，其他的施工方法都是从此方法演变而来的。根据支撑的不同，高空原位拼装法可以分为全支架安装法(满堂红脚手架法)和胎架安装法。全支架安装法就是根据结构的曲面形状和高度使用脚手架将结构在空中完成总拼的方法，它适用于高度和跨度都不是很大的“馆”类结构，优点是施工灵活、回收利用率高且易于控制坐标，缺点是使用脚手架的量比较大，施工过程中的不安全因素增多，比起后一种胎架安装法来说偏不安全，但是较为经济;胎架安装法是根据结构特点设计一种类似脚手架的胎架结构作为建筑物的支撑体系来进行安装。它适用于高度较高、跨度和自重比较大的大跨度空间“场”结构，优点是胎架结构的形式多样、施工安全以及坐标精确，缺点是由于回收利用率不高引起的浪费严重。

高空原位拼装法是结构建造中最原始、最普遍的施工方法，现将其主要技术特点总结如下:

1.1 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此施工方法对坐标定位准确。

1.2 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。

1.3 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。

1.4 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。

1.5 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。

虽然高空原位拼装法施工周期比较长、临时支撑的用量很大且安装和拆除支撑的时间较多，但是由于该方法具有很高的安全性，使得这种施工方法在大跨度空间复杂钢结构建造中得到了广泛的应用。

2 整体吊装法

整体吊装法是指将分区结构在地面上拼装好后，运用吊装设备将结构吊装在设计位置处的一种施工方法。它适用于矢高较小、结构形式简单的空间网壳结构，对于小规模的建筑使用此方法比较经济，能缩短施工进度，而这种方法的难点在于吊装结构的选择和空中定位，对吊装过程的安全性和工人的操作熟练程度也有一定的要求。

整体吊装法在规模较小的网壳结构施工中应用广泛，现将其主要技术特点总结如下:

2.1 对安装设备及场地有较高要求。要求场地空旷且平整，根据所吊结构的不同，采用不同的吊装设备。

2.2 对空中定位的安全性有较高要求。整体吊装法在施吊时一般需要人员辅助定位，所以要保障操作工人的安全性。

2.3 可以将地面总拼与吊装同时进行。在场地许可的情况下，可以在场地外进行总拼，场地内进行吊装，解决了施工周期长的问题，同时要保证吊车在行驶较长的距离时地面有足够的承载力。

对于大跨度钢结构而言，由于结构的矢高较高、跨度较大，所以单纯使用整体吊装法进行施工是不现实也是不安全的，只有和其他几种方法结合施工才能达到理想的效果。

3 滑移就位法

滑移就位法按滑移方式分可以分为:单条滑移法和逐条累计滑移法。前者将每个条状单元分别从一端滑到另一端直接就位安装;而后者是先将第一个条状单元滑移一段距离至第二条单元，连接好后两条单元一起再滑移一段距离至第三条单元，如此循环直至完成。按滑移空间的不同分为:上(下)坡滑移法和水平滑移法。虽然滑移就位法的精度比较高，但是使用范围还不是很广泛，随着科技的进步此方法也在慢慢地投入使用。现将其主要技术特点总结如下:

3.1 曲线滑移轨道铺设较为困难。当轨道的标高不同、或曲线的半径不同时，对液压爬行器有特殊要求，有时需要特殊改造。

3.2 对起重设备和牵引设备的要求不同。在没有平台利用的时候只需搭设少许的临时支撑，故对起重设备要求不高;但对牵引设备的同步性要求较高。

3.3 滑移时的结构是几何不变体且滑移速度不能太快。当采用单条滑移法时，由于摩擦阻力小，牵引力较大，所以需通过滑轮组变速。世界大学生运动会主体育馆采用了空间多轨道对称累积旋转滑移的施工技术，设置了特定的滑移轨道对结构进行安装。

滑移就位法和空间原位拼装法以及整体吊装法相比较，其显著优点是节省资金并能缩短工期，在大跨度空间钢结构的施工中使用越来越广泛。

4 整体提升安装法

整体提升安装法是利用提升设备将结构提升至预想位置再进行安装的一种方法，多用在单层或多层网壳的屋盖结构施工中。此种施工方法最大的优点就是可以节省大量的临时支撑且工期相对较短，而相对应的施工难点就是对提升点的把握以及对所提升网壳结构的应力控制。整体提升安装法是对空间原位拼装法的补充，一般与其他几种方法结合使用。

整体提升安装法的具体施工步骤是先将要提升的整个网壳结构分为几个单元，把第一个单元利用提升设备升至一定高度与第二个单元进行连接，连好后再将两个单元一起提升至下一单元，如此循环直至到设计高度与整个结构进行拼装。现将其主要施工技术特点总结如下:

4.1 使用的提升设备一般都不大。由于使用此方法施工的网壳结构一般自重较轻，一般小的提升设备就可以进行施工，成本较低。在小网壳的施工中应用非常广泛。

4.2 要选择合适的提升点。由于网壳结构在提升过程中的受力只集中在几个提升点上，有应力集中的现象，所以在施工前要对不同的提升点进行分析从而满足应力要求，保障结构施工中的安全性。

4.3 尽量多的在地面完成拼接。由于是空中作业，所以同整体吊装法一样，为了保障施工人员的安全，设计时尽量多的在地面完成拼接。

4.4 只能垂直上升，不能平动和转动。和整体吊装法不同的是其灵活性稍差，只能垂直上升。整体提升安装法是一个从“结构可变体”到“几何不变体”的过程，在最终完成提升的同时也要注意对结构的应力应变监测，保证施工的安全。由于其安装质量较高，并且可以节约大量的临时支撑，成本较低，施工较快，所以在网架及网壳结构的施工中应用广泛。