大跨度复杂钢结构施工技术问题分析

孙乔

摘要：随着我国科学技术的不断发展，人们越来越重视大跨度复杂钢结构施工技术中存在的诸多问题。文章结合工程实例从大跨度空间钢结构的特点，大跨度空间钢结构施工的问题并加以实例进行分析，以便更全面地了解结构各项性能，为相关工程提供借鉴。

关键词：大跨度钢结构；施工过程；复杂钢结构

中图分类号：TU765 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）10-0070-02

对于当前大型大跨度复杂钢结构，相关施工技术人员要了解复杂结构的设计状态与施工技术问题，以便能够选择正确的施工方法与施工程序。

1 大跨度复杂空间钢结构特点

1.1 大跨度钢结构形式多样化和复杂化发展

目前，我国的大跨度钢结构形式已经突破了传统单一形式，向着多样化、复杂化发展，出现了很多新的钢结构形式。例如，2008年北京奥运会运动馆“鸟巢”在建设过程中，就使用了扭曲的空间桁架结构，比较复杂，而在羽毛球场馆的建设中使用大跨度的弦支弯顶结构。

1.2 钢结构跨度、等级、厚度与空间结构复杂度保持一致

随着我国国民经济的不断发展，对于建筑的功能需求也向着多样化发展。目前大跨度复杂钢结构已经在我国得到了广泛的应用，跨度超过百米的建筑非常普遍，例如：我国的国家体育场——“鸟巢”钢结构跨度是296m。大跨度复杂钢结构对于钢材的级别和强度都提出了更高的要求，使用高强度厚钢板进行施工，以保证施工质量，有的钢板厚厚度超过100mm，例如：Q420C、Q390C、Q46QE等。

1.3 普遍使用预应力技术

预应力技术是我国建筑行业的一项新技术，在我国工程施工中得到了广泛的应用，且出现了一系列新的结构形式，例如：索穹顶结构、张拉整体结构以及索膜结构等。例如：北京工业大学体育馆就通过大跨度弦支穹顶结构进行施工建设；而国家体育馆——“鸟巢”则是通过世界最大跨度的双向张弦梁桁结构进行施工建设的。

1.4 大跨度钢结构节点多元化

目前，复杂的空间钢结构中出现了仿生态建筑，通过对自然界的复制，来满足人类的不同需要。在大跨度钢结构中使用了多元化的节点形式，例如：铸钢节点、锻钢节点以及球铰节点等。

1.5 设计难度与构件数量、截面类型成正比

一般情况下，大跨度复杂钢结构中包含的构件数量众多，而构件所对应的的截面类型又各不相同，因此大大增加了施工单位的施工难度。而大跨度复杂钢结构中存在的弯扭构件需要施工人员进行研究才能保证施工质量。

1.6 构件的加工难度大，其加工精度要求高

通常情况下，大跨度复杂钢结构都隶属于国家的重点工程，因此对工程的施工质量提出了更高的要求，因此需要从源头着手来控制，保证钢结构构件的加工精度，但是数量众多的焊缝，且等级属于一级，大大增加了大跨度复杂钢结构的施工难度。

1.7 焊接工作量大，施工技术要求高

在大跨度复杂钢结构施工过程中，使用预拼接方式进行施工，以有效提高大跨度复杂钢结构的施工精度。等预拼接的大跨度复杂钢结构构件进入施工现场之后，还需要进行现场焊接，以保证大跨度复杂钢结构施工的顺利进行。

2 大跨度复杂空间钢结构施工中存在的问题

在大跨度复杂空间钢结构施工中，施工技术占据着极为重要的地位。为了保证大跨度复杂空间钢结构施工过程中的安全性与经济性，要使用科学的施工方案进行施工。

2.1 注重CAD设计与CAM制造技术

随着我国科学技术的不断发展，数控技术与计算机技术应用到我国的大跨度复杂空间钢结构设计中，需要对钢结构的制造、设计以及技术等进行有机结合，制定可行性强的施工目标，以对大跨度复杂空间钢结构进行创新。CAD设计与CAM制造技术的应用，是对三维立体模型的综合运用，是对各种类型钢材料的综合运用，例如节点设计、制造以及分析等。

2.2 仿真技术

以前，人们比较重视钢结构的实际受力状态，忽略施工期钢结构的受力情况。但随着我国钢结构跨度的不断增加，钢结构在施工期间存在着很多安全问题。由于钢结构在施工和使用过程中受力存在的差异性，导致两个阶段中，钢结构的受力状态存在着很大的区别。仿真技术在钢结构施工中的应用情况如下：（1）吊装操作中，大型构件的仿真；（2）施工中，工况模拟仿真；（3）安装钢结构过程中，预变形技术的应用，以保证钢结构安装位置的精确性；（4）钢结构拼接过程中的仿真；（5）卸载过程中存在的仿真模拟。利用计算对施工中存在的重点与薄弱环节进行分析和控制，以对大跨度复杂空间钢结构继续拧有效控制，以保证形状尺寸的正确性。

2.3 安装方法

在大跨度复杂空间钢结构施工过程中，一定要根据施工情况，选择合理的施工方法进行施工，不仅需要具备安全性与可靠性，而且还要具备经济性与适用性。我国传统的钢结构施工方法已经不适用于我国的大跨度复杂空间钢结构施工，因此施工人员对其进行了穿心与发展，很多具有创新性与先进性的施工技术被应用于我国的大跨度复杂空间钢结构施工中，例如：网壳结构折叠展开式整休提升技术、高空曲线滑移技术以及滑架法施工技术等。通过对传统施工方法的组合与再创造，而我国计算机技术与计算机理论的发展，为我国钢结构安装方法的发展提供了保障。

3 工程实践

3.1 工程概况与难点

本工程为昆明焦化制气厂城市煤气改扩建工程的新建3#、4#焦炉主体工程的煤塔主体，主要由焦炉本体、炉端台、推焦机基础、烟道、熄焦塔、煤塔等组成。煤塔主体由基础、柱和上部结构组成；上部结构为框剪结构，支撑在四个柱子上，梁底面标高11.cm，跨度达33.3cm。在22.9cm标高上还有通长的悬挑梁。以上部分均为现浇钢筋混泥土结构。由于跨度大、荷载大，与生产交叉，因此煤塔施工的临时支架是本工程的难点之一。

3.2 施工方法

煤塔主体跨梁支撑和柱子搭设是本工程的重点，也是难点之一，跨梁SL-1是横跨公路，从①轴线至②轴线的现浇砼大梁，跨距为33.3米，高度为+11.7米，煤塔主体高度+41.5米，脚手架子管搭设要从钢度、强度和稳定性方面多考虑，并采取特别措施，以保证架子管的安全可靠。

由于荷载承受较大，施工时必须采取特殊的施工措施，才能保证施工的工期、质量、进度、安全，才能保证公路消防通道的畅通，具体方法如下：

（1）因为在①轴和②轴之间，除公路的路面外，其余地面均不能承受大的荷载，为确保施工的质量和安全，先要处理地面基础：先将回填土夯实，再用碎石150厚铺设26米×20米，上浇C30钢筋砼（ф18@150双向布筋）厚度300作为支撑地面。

（2）沿A和B轴安装ф400×8钢柱12根（两边各6根），中间安装ф350×6钢柱6根，并与脚手架管连为整体。脚手架管铺设面积为46米×20米，脚手架管底面，即砼面上用50mm厚木板铺设，板上安-10×100的通长铁板，再安架子管，立柱间距600×600，步间距1000×1000，架子管按要求加剪刀撑、斜撑，扫地横架子管局部上双扣件。脚手架在+11.7cm以上与混泥土结构中的预埋件拉结，以增加其稳定性。

（3）在+11.7米平面上，在ф500钢柱上用I30工字钢和I22双槽钢，间距1200×1500组成框架，上满铺50cm厚木板，用于支撑SL-1立跨梁木模，浇灌顺序为先浇灌+11.7米～+13.07米，待砼强度达到50%时，再往上搭设架子管。

（4）在煤塔结构施工时，应在煤塔外墙砼中埋设铁件（-10×150×150）间距横向@1200，竖向@2000，以便做脚手架管的拉结点，确保脚手架的安全可靠，搭设时严格按架子管规范要求搭设。

（5）在搭设SL-1跨梁支撑时，在AB轴的①轴向②轴方向、距①轴10米处要特别注意，此处有煤塔斜仓槽。在+22.9米处有一外挑4.2×1.7×33.3m的挑梁，该处荷载大、搭设时应重点考虑。②轴10米处要留4.5米X5.0米的汽车通道，该处的孔洞搭设要以安全、可靠方式采取措施，在②～③轴上煤塔转运站施工的+3.5米和+2.8米处，有生产立管和电缆桥架11根，施工该部位时，保护好生产设施是业主安全生产的重要保障，拟采取的措施是用50mm厚的木板上下满铺，用9层板四周隔离保护生产设施不受施工的影响，确保施工时不损坏这11根管道和电缆桥架，不影响焦化制气厂的生产。

（6）由于煤塔属于高层建筑，因此在脚手架四周、超过2m以上部分悬挂安全网。

4 结语

随着我国大跨度复杂空间钢结构的不断发展，增加了钢结构的施工难度，对施工技术也提出了更高的要求。而施工技术需要科研工作者不懈的努力，以推动我国大跨度复杂空间钢结构施工技术的发展与创新。笔者详细阐述了大跨度复杂空间钢结构具备的特点以及施工过程中存在的诸多问题，并与实际工程案例进行了有机结合，对存在的技术问题进行探讨，以保证我国大跨度复杂空间钢结构施工技术适用于我国的大跨度复杂空间钢结构施工，以推动我国大跨度复杂空间钢结构施工的发展。

参考文献

[1] 萤石磷，等.大跨度空间钢结构的工程实践与学科发展[A].第十一届空间钢结构学术会议论文集，2005.

[2] 鲍广盆，等.钢结构施工技术及实例[M].中国建筑工业出版社，2005.

[3] 严慧.我国大跨度空间钢结构应用发展的主要特点[J].钢结构与建筑业，2002，2（4）.

[4] 空间钢结构[M].中国计划出版社，2003.