当前的大跨度工业厂房的钢结构施工与安装技术

【摘要】本文以大跨度钢结构概述为基础，着重分析了钢结构的发展趋势，以实际为出发点对大跨度钢结构主要施工技术与工艺进行了探讨。

【关键词】大跨度钢结构，施工，安装技术

中图分类号： TU74 文献标识码： A

一、前言

随着科技水平的不断提高，社会经济的快速发展，人们对钢结构施工与安装技术的要求也越来越高。现如今，大跨度工业厂房的钢结构施工中还存在很多问题，急需解决，因此，我们要加强先进技术的学习与应用，不断进行钢结构施工与安装技术的研发和探讨，使钢结构施工与安装技术更加适用、可靠与经济。

二、大跨度钢结构概述

从建筑造型看，为了迎合人们审美要求的提高，钢结构建筑的造型日趋多变。从结构形式看，大跨钢结构从比较单一的网架、网壳逐渐发展至各式组合杂交体系，甚至很多其他领域(如桥梁)的结构形式也移植到大跨钢结构中来(如深圳万科中心采用的斜拉桥概念)，结构体系呈现出变化多端、不断创新的格局，这都得益于钢材质量均匀的特点。在有限元技术不断进步的今天，钢结构建筑的性能可比较准地进行分析控制，建筑师天马行空般的概念设计能得以彻底的实现。与此同时，大跨度及空间钢结构的施工技术也得到跨越式发展，先进、创新的施工方法层出不穷，不少技术方案及措施思路巧妙，令人赞叹。大跨度钢结构的施工技术，一般主要包含安装技术及卸载技术(若有临时支承)，这里主要谈谈安装技术，对于卸载技术只结合具体工程(深圳湾体育中心)作简要探讨。根据结构受力和构造特点(包括结构形式、刚度分布、支承形式等)，在满足质量、安全、进度及经济效益的前提下，应结合现场施工条件和设备机具等资源落实情况等因素综合确定安装方案。

三、钢结构的发展趋势 

1、低合金等优质高强钢材的研制和应用 

目前，除了Q235钢、Q345钢、Q390钢以外，在新规范[《钢结构设计规范》(GB50017-2003)]中又增添了Q420钢，但后者应用于钢结构还需要进一步的研究。为了更好地满足我国钢结构发展需要，今后在钢材的研制和应用方面还需要加强以下几个方面，研制强度更高、综合性能更好的低合金新钢钟。提高低合金钢的产量和在钢结构中应用的比率，改善和提高低合金钢的质量。

2、结构设计理论和方法的研究 

在保证结构安全的前提下，为了充分发挥钢材的作用，更合理的使用钢材，还应该深入研究结构设计理论与方法，使结构和构件的计算方法更能反映实际工作情况。有待研究的问题有：压弯构件的弯扭屈曲问题、薄板屈曲后强度的利用问题、钢结构的塑性设计问题、残余应力对结构强度和稳定性影响问题及门式刚架轻型钢结构体系的整体稳定和结构的空间工作问题等。

3、钢与混凝土组合构件的研究和应用 

钢与混凝土组合构件充分利用了钢材抗拉和混凝土耐压的特性，且使一个构件多种用途，因此是一种非常合理和经济的结构，目前在桥梁和房屋楼盖中已有应用。例如，房屋楼盖中应用的钢梁与钢筋混凝土板组合结构；用压型钢板作为底模，再用抗剪键(常用电焊钉)与混凝土板相连而使压型钢板与混凝土板成为整体工作的组合板；用于地下建筑结构中的钢管混凝土结构等。组合构件是一种很有发展前途的构件形式，有待进一步研究开发。 

4、高层钢结构的研究 

近十几年来，我国沿海各大城市建造了大批高层建筑，其中有些采用了钢结构体系或钢结构框架与钢筋混凝土筒体相结合的混合结构体系。但这些建筑物基本上都是引进外资建造的，由国外承担设计，在国内加工制作和安装，完全由国内承包设计的高层钢结构工程很少。因此，我国至今尚缺少高层钢结构的实际设计经验，在理论研究方面与发达国家相比也有一定的差距，今后必须加强这方面的研究工作。 

5、空间结构的研究和应用 

网架结构、网壳结构、张拉结构体系等均属于空间结构，这些新技术的应用，在减轻结构自重、提高结构的承载力，节约钢材等方面效果十分明显。 

另外，在普通钢结构中施加预应力后形成的预应力钢结构，能增强结构的刚度，提高承载能力，从而节约钢材。预应力钢结构可应用于桁架、梁及框架等结构或构件，但目前应用较少，有待研究和发展。 

6、钢结构的防腐和防火 

钢结构的防腐和防火，一直是钢结构设计中需要认真处理的问题，至今仍然爱没有十分有效的措施。因此，在钢结构的维护和防火处理上还需要花费较大的资金投入，加大了钢结构的造价和维护费用。 

四、大跨度钢结构主要施工技术与工艺

1、高空散装法 

将结构的全部杆件和节点（或小拼单元）直接在高空设计位置总拼成整体的安装方法称为高空散装法。高空散装法分为全支架法（即满堂脚手架）和悬挑法两种。全支架法多用于散件拼装，而悬挑法则多用于小拼单元在高空总拼。该施工方法不需大型起重设备，但现场及高空作业量大，同时需要大量的支架材料和设备。

高空散装是将小拼单元或散件( 单根杆件及单个节点) 直接在设计位置进行拼装的方法，有全支架法和悬挑法两种。全支架法多用于散件拼装，而悬挑法则一般用于小拼单元在高空的拼装。由于小拼单元或散件是在高空进行拼装的，因此在施工过程中无需使用大型的吊装设备，但由于高空作业量大，需要大量的支架材料和设备。而对于大悬挑的空间钢结构，则可以进一步减少甚至不用临时支撑，就在高空悬拼安装。

2、分条（分块）安装法 

分条（分块）安装法又称小片安装法，是指结构从平面分割成若干条状或块状单元，分别用起重机械吊装至高空设计位置总拼成整体的安装方法。该方法适用于分割成条（块）单元后其刚度和受力改变较小的结构。分条或分块的大小应根据起重机的负荷能力而定。由于条（块）状单元大部分在地面焊接、拼装，高空作业少，有利于控制质量，并可省去大量的拼装支架。

分条( 分块) 安装是指将结构分成条状或块状单元，然后分别由起重设备吊装至高空设计位置就位，最后再连成整体的安装方法。分条或分块安装方法中大部分的拼装和焊接工作是在地面进行的，从而可以提高工程质量，同时也可以节省大部分拼装支架。该方法适用于分割后的单元具有足够的刚度并能够保证自身的几何尺寸不变的结构施工。

3、整体吊装法 

整体吊装法是指将结构在地面总拼成整体，用起重设备将其吊装至设计标高并固定的方法。 

用整体吊装法安装空间钢结构时，可以就地与柱错位总拼或在场外总拼，此法一般适用于焊接连接网架，因此地面总拼易于保证焊接质量和几何尺寸的准确性。其缺点是需要大型的起重设备，且对停机点的地耐力要求较高，同时会影响土建的施工作业。

4、整体提升法 

整体提升法是将结构在地面整体拼装后，起重设备设于结构上方，通过吊杆将结构提升至设计位置的施工方法。这种施工方法利用小机（如升板机、液压滑模千斤顶等）群安装大型钢结构，使吊装成本降低。其次是提升设备能力较大，提升时可将屋面板、防水层、采暖通风及电气设备等全部在地面施工后，然后再提升到设计标高，从而大大节省施工费用。

整体施工方法是将结构在地面整体拼装后，利用起重设备逐步把结构安装至设计位置的施工方法，该方法包括整体提升、整体顶升和整体吊装 3 种方法。整体提升与整体顶升类似，区别在于提升设备的位置不同，前者将起重设备放置于结构的上方，后者则一般利用支柱作为滑道并将千斤顶安装在结构的下面。而整体吊装适用于中小型空间网格结构，结构在地面整体拼装完成后，用大型起重机在高空平移或旋转吊装就位。

5、折叠展开安装法 

该方法把一个穹顶看作由径向的拱绕竖向中轴旋转一周而成。因此穹顶的立体空间作用可以分解为径向拱的作用与环向箍作用的叠加。对于杆件组成的网格状网壳来说，去掉部分的环向作用就是去掉一部分环向杆。这样穹顶结构就可以产生1个竖向的、且唯一的自由度。利用穹顶临时具有的自由度，就可以把穹顶折叠起来，在接近地面的高度进行安装。然后利用液压顶升和气压等方式把折叠的穹顶沿其仅有的一维自由度方向顶升到设计高度，完成穹顶的施工过程。

五、结束语

通过对新时期下，大跨度工业厂房的钢结构施工与安装技的分析，进一步明确了钢结构施工与安装技术的方向，为大跨度工业厂房的钢结构施工的优化完善奠定了坚实基础，有助于提高钢结构施工与安装技术水平的提高。

参考文献

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[2]李建廷，王义潮.大跨轻钢结构在民用建筑中的应用.理论探索，2004

[3]袁雪峰，李效梅等.迁徙大跨房屋钢结构建筑的结构体系.四川建筑科学研究，2007