刍议大跨钢结构选型及施工安装技术

摘 要：从上个世纪60年代开始，伴随着建筑领域突飞猛进的技术进步和世界经济的良性发展，许多国家完全有能力在本国内设计超大型的复杂建筑物，来应对人们对更宽敞的居住环境的要求。而此时发展起来的大跨度钢结构应运而生，获得了广泛的研究，并且经过近几十年的发展和应用，大跨钢结构变得越来越可靠，用于建筑用途的结构也变得多种多样，从而实现满足不同荷载的要求，提高了建筑的可靠性和安全性。

关键词：大跨度钢结构；跨度；宽度

引 言

在工程建设上，对于大跨度刚的定义是指跨度超过60m的钢架结构。随着社会的城市化进程的加快，大跨刚的结构也变得多种多样，目前用于建筑上的就有钢管形、树枝形、织物形和开合屋盖结构等等非常成熟的结构，面对如此众多的空间结构给了建筑师宽广的设计空间，从而使成型的建筑物外形美观，结构合理以及各种设备的安装都变得比较方便，提高人们的生活质量。特别是目前许多建筑设计师开始采用多种结构组合而成的新的结构来设计建筑物，因为这种新的结构在组合的过程中不同结构可以扬长避短，从而优化整个大跨钢结构的承重受力性能。另外值得提出的许多国内外专家都在尝试将预应力技术应用到具有张力特点和框架特点的大跨度钢结构中去，具有一系列的优点，例如建筑结构受力均匀，刚性强度硬和搭建安装便利等。相信大跨度钢结构的发展和应用将使我国现代化进程的速度提高，从而能较快的实现祖国的四个现代化进程。

1 大跨度钢选型的主要参考因素

1.1 设计的尺寸变量因素

大跨度刚结构的尺寸变量因素主要是跨度和宽度，这两个变量都是建筑物的空间结构的定位指标，而且目前人们的生活条件越来越好，对建筑物宽敞的空间结构的追求越来越强烈，从而促进了大跨空间刚结构的发展，形成了多种不同的结构形式，而且这些结构应用在建筑上都取得了不错的效果。但是，这些不同种类的大跨度刚结构所要求的跨度也不尽相同，一旦盲目的采用统一的跨度，将使钢结构的承受力不均匀和刚度性能下降等严重的建筑问题，所以针对不同结构的大跨钢合理选择合适跨度变得非常重要，严格把关。不同的大跨钢结构形式都有一个共同的特点，就是都是在承受负荷的作用下在空间中受力来支撑上层的重量和自身的重量，所以大跨钢结构的长度也是一个非常重要因素，直接影响到结构的受力是否合理。

1.2 大跨钢结构的使用功能

建筑设计师在设计大跨度空间钢结构时需要考虑的问题有两方面，一方面是建筑物设计的各种指标，即是否能达到预期的采光和通风要求，另外在北方进行建筑作业时还要考虑到保温和隔热等要求。具体的来讲，采光量的大小和通风性的好坏都与大跨钢的结构有很大的关系，并且可以通过合理改变其结构而得到，保温和隔热直接影响到人的健康，需要合理考虑。另一方面就是美观和协调，即大跨钢结构对于整个建筑物是否美观及和周围的环境是否很好的融洽。

1.3 大跨钢的承重类型

众所周知，只有建筑物具有足够强的承重能力，才不会出现垮塌的危险，直接危及人们的生命和财产安全，所以选择大跨钢结构时，要明确了解该建筑物所承受的荷载的种类，常见的荷负载有风荷载，雪荷载和自身荷载等等，针对我国的地理位置的特点，还需要考虑地震荷载。

1.4 大跨钢的平面形状

受力的均匀性是进行大跨钢结构的建筑物设计时必须考虑的因素，受力的不均匀和平面形状设计的不合理将直接影响到建筑物的质量和寿命，所以对平面形状的选择对于大跨钢结构的选型变得非常重要，而目前大跨钢结构常用的平面形状分为两类，一类是规则形状，例如矩形，圆形等等；另一类是组合形状，即几种形状组合在一起。举例说明，当大跨钢结构采用矩形形状时，这时钢结构采用柱面网壳，将使其自身的受力变得比较均匀，当为圆形时选择充气式薄膜结构能满足受力均匀的特点。

2 大跨度钢施工安装技术

2.1 整体作业法

整体作业法主要指整体吊装法和整体顶升法，虽然两者都是整体作业，但是各自的工作过程不一样，整体吊装是指在地面就完成大跨钢结构的组合装，然后采用大型的建筑设备整体吊装到规定的高度位置上，最后固定的方法，如图1所示，哈尔滨体育会展中心就是的钢屋盖结构的施工就是采用整体吊装的形式。而整体顶升法是指利用千斤顶将大跨度钢结构顶升到规定的位置的一种作业方法，如图2所示。从两者的特点来看，整体吊装的特点是组装方便，在地下作业就行，缺点是成本太高，需要大型设备，而且地下所占的空间大，减缓施工速度。

2.2 分条安装法

分条安装法主要是将大跨钢结构按照规定的图纸在地下切割成一块块零散的单元，主要以条或块为单位，然后通过起重机将这些单元送到指定位置后再进行组装的一种作业方法。但是在使用这种方法进行大跨钢结构安装时需要考虑几个方面，即在指定位置组装时要注意每个不同单元的受力改变情况，一般都比较小，还需要考虑提拉设备的负荷承受强度，不然将出现重大人身伤亡事故。该方法的优点是地面作业多，高空作业相对少，可以提高大跨钢结构的质量，用于大跨钢在建筑上的架构成本也非常低。

2.3 高空滑移法

高空滑移法同分条安装一样，都需要先对大跨钢结构进行分割，但只是以条形结构为基本单元，然后通过铺设好的轨道将这些条形单元由轨道的一端移动到指定位置的方法。由于条形结构的一致性，这些基本单元非常方便拼接成大跨度的空间刚结构。深圳机场扩建航站楼就是采用的就是滑移的方法，在高空进行组装，使用三点牵拉，同步横向滑移，跨度为135m。目前有两种方法来实现运送大跨钢结构，一种是将条形单元滑移到指定的位置进行安装，再在空中进行焊接如图3所示，另一种是在轨道上相邻的条形单元之间间隔一定的举例进行滑移，从而实现连接如图4所示。

2.4 高空散装法

高空散装法将大跨钢结构需要弄到的各种元件，包括各种固定件和支架等，直接运送到高空指定的位置进行组装。工程上有两种作业方式，一种是将一个个分散的元件进行拼装，另一种是采用部分拼接好的单元在高空进行拼装。采用这种方法的优点是不需要焊接固定，只需要用固定件来进行连接即可，所以常用于不需要焊接的大跨钢结构中，例如网架和网壳等。但也有一个严重的缺点，就是高空工程量太大，需要的连接架很多。

3 建筑施工中多大跨度刚结构作业需要考虑的问题

要将大跨度钢结构成功的应用到建筑物的设计中需要一套比较成熟的施工技术，因为没有可靠的建筑施工这个环节，就像有米无锅，所以设计一套完善的应对大跨钢结构的施工方案才能保证建筑施工的顺利进行。特别是面对越来越复杂的大跨钢结构，要将它应用到建筑物中单独靠现在的施工技术是不行的，所以在施工方面也需要加以改进和完善，设计出科学合理的施工方案来。通过对建筑施工技术的当前应用研究，觉得应用于大跨钢结构和复杂的建筑物的施工技术可以通过对下面两个方面进行考虑，一方面是采用先进的电子仪器技术对建筑各方面的情况进行监控，保证建筑工人的人身安全，同时引进大型的自动化设备对建筑物的各种材料和转移进行精确的操作，提高施工速度和实现建筑物的标准化。另一方面采用更加先进的安装方法，或者综合几种安装方法来实现大跨钢结构的组装和拼接，改善目前安装工序的质量。

4 结 语

对于大跨度空间钢结构来说，设计数学模型的好坏跟相应参考的因素息息相关，若参考的因素过于简单，对大跨空间钢的选型将存在很大的误差，若考虑的过于复杂，会加大模型的难度，所以需要针对大跨钢结构在建筑中所起的作用和自身所受的阻力来进行客观的考虑，才能正确的选择大跨钢结构。本文先分析了大跨钢结构的特点和类型，然后就大跨钢结构选型，从实际出发，提出需要参考的主要因素，最后列举了现代施工过程中常见的安装技术，同时就安装的现状提出了对于建筑施工的几点改进意见。

参考文献

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[3]董石麟，赵阳，周岱.我国空间钢结构发展中的新技术新结构[J].土木工程学报，2012，06：3～14.