大跨度钢结构施工工艺

摘要：大跨度钢结构施工是钢结构体系逐渐发展过程中所形成的一种施工形式，这类型结构施工形式本身能够充分的满足某些大型建筑的需求。近年来，随着我国建筑事业的发展，大跨度钢结构已经凭借着自身所具有的独特优势，成为了我国应用范围较大的建筑结构类型。本文就大跨度钢结构的施工工艺问题进行分析，提出了具体的施工中应该注意的问题，这对促进我国建筑事业的不断发展有很大的促进作用。

关键词：大跨度钢结构；施工工艺；施工技术

中图分类号：TU74文献标识码： A

一、大跨度钢结构分类

大跨度钢结构按刚性差异以及它们的组合不同，分成三类:刚性结构、柔性结构及杂交（刚柔混合体系）结构。在此主要介绍以下两种大跨度钢结构。

1.刚性大跨度钢结构

刚性大跨度钢结构的构成如下：由大量钢杆件组成，如:空间桁架、网架等，根据结构单元的形式不同可以分为以下两种类型，一种称为空间网格结构，另一种称为空间结构。

2.柔性大跨度钢结构

柔性大跨度结构可由其受力体系的不同分为以下三类：竖直平面结构、水平层面结构及空间结构。在柔性钢结构中，其受力较均匀，而且结构受力主要集中在竖直、水平和空间对称位置上。如：悬索结构、膜结构等。

二、大跨度钢结构及其施工技术的特征

1.大跨度钢结构特征

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)钢结构形式及其节点形式多样性、复杂性。

当前现代大跨度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钢架结构，而鸟巢主要以复杂的桁架作为钢结构。

以仿生态建筑作为现代钢结构，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。

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。

三、大跨度钢结构施工力学原理

大跨度钢结构施工属于连续化过程，其结构受力状态存在着变化过程。在钢结构上阶段施工后，其结构内力与位移则会对下一阶段刚阶段内力与位移产生一定影响，为此，在大跨度钢结构施工中应对每一个阶段的内力与位移状况进行跟踪与计算，从而获得准确的结构内力与结构位移累计效应。在大跨度钢结构每一阶段施工过程，均会产生一定的边界约束条件变化、构件增删、温度变化与预应力变化等，在计算过程中充分考虑这些因素可以保证计算结果的准确性。

1.拉格郎日列式

在针对大跨度钢结构施工期间的力学进行分析过程中，拉格朗日列式通常情况下都被用在物体本身的运动状态描述工作上。拉格朗日列式实际上在进行描述的过程中，都是直接将需要进行位移的度量直接作为大型构件固定变形前后所出现的运动唔知点，如此以来，也就将拉格朗日坐标称之为了物质性代表坐标。

2.ANSYS

在针对部分大型的有限元软件加以利用的过程中，其边界条件的对于大型构件所带来的预应力改变的动态施加、增删都能够较为简便的处理。但是对于大型构件本身的预应力动态施加、增删方面的问题，就目前来说，最为有效的解决方式为：通过ANSYS中所存在的死活单元功能来对于计算机本身的功能加以配合，通过该措施，能够开发出具有针对性的大型钢结构施工过程的力学分析方式。ANSYS本身主要是利用若干个拥有激活、杀死功能的单元库构成，其软件本身从本质上来说，属于有限元大型软件。

四、大跨度钢结构施工力学分析方法

在图中，水平直线代表的是设计位置，虚线则代表的是钢结构安装过程中变形后位置，点划线代表新增构件。针对图1中所标示的三种情况，确定以下原则：第一，如新增构件与已有构件没有连接，则采取节点设计坐标为新的节点坐标。如图a，新节点o坐标则可以在已有构件JK延长线方向与设计长度|KL|进行计算，图b，JK属于结构中新增构件，不存在新增节点，其构件长度则可以通过变形后J与K节点长度进行确定。应用有限元软件，进行大跨度钢结构分析，其计算方法主要为：如新增构件与已有构件不存在连接，则可以应用设计坐标单元激活方式直接进行计算；如采取两节或三节为修正单位时，新增节点坐标则是应与设计位置重合；如新增单元向内合拢时，则新增节点坐标为设计位置没采取单元激活方法进行计算。以上是针对新增构件情况的研究，如进行边界变化情况、构件撤除等情况研究，则根据以上方法，应用有限元软件，可以获得其计算方法。通过这种方式，可以有效降低大跨度钢结构施工力学研究与分析的复杂性及难度，提高计算效率。

图1钢结构施工过程中新增单元与节点示意图。

五、大跨度钢结构施工技术的新特点

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.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。

六、施工注意事项

1)吊装前要向所有参加吊装的人员进行技术安全交底。

2)所有起重机必须手续齐全，持有国家年检质量合格证书，起重司机持证上岗。

3)吊装时由总指挥指挥信号，信号和传递信号要统一、清晰、准确、及时。

4)严禁起重机超负荷作业、斜吊和拉吊。作业过程中，起吊重物的下方禁止有人，起重臂下严禁站人。

5)双机抬吊时，两车的臂杆应保持一定距离，防止杆头相碰和吊装重心重合造成偏重，速度要慢，做到密切配合、动作协调一致。

综上所述，通过对大跨度钢结构施工的相关问题进行分析，对其施工工艺流程中的各项问题进行探讨，这对促进大跨度钢结构的施工质量有很大的积极影响。

参考文献：

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