大跨度空间管桁架结构施工技术研究

冯杰

摘    要：随着社会的进步，大跨度空间钢结构蓬勃发展，尤其近年来环保问题越来越多的受到国人的重视，大跨度空间钢结构日益受到建筑市场的青睐。跨度越来越大，造型越来越复杂，对于结构施工提出的技术要求也越来越高。本文就大跨度管桁架结构在实际应用中的施工方法选择与关键技术应用对大跨度管桁架结构施工进行研究，希望对大跨度空间钢结构施工提供可供参考的意见。

关键词：大跨度管桁架;施工方法;关键施工技术

1  大跨度空间管桁架结构特点

现代空间管桁架结构具有跨度大、用钢量大、结构复杂、施工技术要求高等特点。随着科学技术的进步，空间结构的跨度早已超过百米，近年来由于环保要求，许多能源企业封闭工程的结构跨度已超过200m，用钢量极大且钢构件的规格、种类繁多;空间结构力学设计复杂，施工大临安全性要求高。这些种种对于施工前的施工方案选择与编制，施工过程中施工组织、施工技术支持、施工质量、施工安全提出了很高的要求。

2  大跨度空间桁架结构施工方法

对于大跨度管桁架结构，可根据设计结构特点、施工现场条件、施工机械选择、施工成本控制的因素选择不同的施工方法。我国常见的大跨度管桁架结构施工方法有以下几种：高空散装法、分段或分块安装法、整体吊装法、整体提升法、整体顶升法、逐榀或累计滑移法等。

（1）高空散装法：高空散装法是利用安装好的网架刚度大、稳定性好，可承受一定荷载的特点，先在地面组装好基准网架后吊装就位，利用卷扬机或滑轮把单元节点吊至空中就位，直接在设计部位进行散件或小拼单元总拼的一种形式。其优点是不需要大型机械设备参与施工。适用于结构体量小、施工成本控制严格的工程项目。但高空散装法的缺点也很明显，工期较长，高空作业多，施工难度较大，高空作业对工人的技术要求较高，施工安全往往得不到保障，工人在高空作业，极易发生高空坠落事故，所以施工时必须采取安全有效的防护措施。

（2）分段或分块安装法：分块和分段安装法是将整跨管桁架结构根据设计特点和施工现场情况分成几段，在地面按照桁架分段情况设置地面拼装胎架，每段桁架在地面进行焊接拼装，在采用分段吊装的方式吊装到现场搭设的临时支撑胎架上进行管桁架的整体焊接。这种方法的优点是由于搭设了临时支撑胎架，施工安全得到了保证，且分段施工对于机械设备要求不高，通常履带吊就能满足吊装要求，且施工速度较快。其缺点是需要制作地面拼装胎架和临时支撑胎架，且对于地面拼装的测量放线要求较高，否则会出现高空拼装时无法拼装合龙，或者勉强拼装产生位移变形。

（3）整体吊装法：整体吊装法是将整个管桁架在地面拼装完成后，采用机械设备整体吊装至基础上进行结构与基础的连接。此种方法对于机械设备有较高的要求，需要大型起重设备进行施工。而且对于整体結构而言，整体吊装要对结构的内力变化和变形进行严格的控制，并且整体吊装的过程中，对于地面建筑工程的施工会有很大的影响。对于跨度稍小或中等跨度的空间钢结构或非曲线型钢结构，整体吊装法是种不错的选择，而目前国内的大跨度空间钢结构跨度越来越大、结构越来越复杂，整体吊装法的应用空间越来越小。

（4）整体提升法：整体提升法是将起重设备放在结构的上面，其应用的方式是对于结构在地面上安装完以后，通过提升设备将拼装好的整体结构提升至设计位置。这种施工方法采用的是利用小型机械群安装大型结构框架。可以减少吊装时的成本，与此同时可以将主体结构上的一些附属结构一起提升至设计位置，这种方法大大提升了施工速度，保证了施工安全性的同时也降低了施工成本。但此种方法往往只适用于特定的工程，不能适用于所有大跨度空间钢结构工程。整体顶升法与整体提升法原理类似，区别在于提升设备的位置不同，一个位于结构支点上面，一个位于结构支点下面。

（5）逐榀或累计滑移法：累积滑移法适用于复杂支承条件的大跨度单跨空间桁架结构，最适用于多榀桁架相同、单榀桁架重量大、支座情况较为复杂的空间桁架体系。累计滑移法往往与分段吊装法一起使用。累计滑移法的优点在于施工速度快，不需要大型的起重设备，对于一些料场封闭工程，施工的同时不影响生产。累计滑移法原理是对管桁架结构设置滑移轨道，将管桁架结构拼装好后放置在滑移轨道上，通过顶推设备拼装好一榀管桁架滑移一榀，再拼装下一榀，再滑移，当整个管桁架结构拼装完成后，整个桁架结构已经累计滑移到位，再通过顶升系统进行结构卸载、支座安装。大跨度管桁架结构累计滑移的方法就目前看来在实际应用中已经越来越多，是很多工业封

3  项目的首选施工方案。

大跨度空间钢结构施工方法选择需要考虑的因素多种多样。（1）结构跨度是选择方案最重要的考虑因素之一，结构跨度的大小直接影响结构施工时的质量控制措施、安全防护措施、成本控制、进度控制等方面。（2）建筑功能与平面形状，建筑物的建筑功能往往决定了建筑物的平面形状，如体育馆、封闭煤棚、火车站等，建筑功能不同，往往在平面设计上采用不同的形状与风格。不同的平面形状对于施工方法的选择有着举足轻重的影响。（3）现场施工条件，现场施工条件虽然不足以构成决定施工方法的决定性因素，但往往施工条件限制了某些施工方案的选择，如场地狭小、施工和生产同时进行、工程紧邻居住区等因素，都将成为施工方案选择的限制性条件，在我们选择施工方法时也必须考虑进去。

4  大跨度空间管桁架结构施工关键技术

对于选用不同的施工方法，大跨度管桁架结构施工时的关键技术不尽一样。但钢结构构件焊接、结构吊装、模拟仿真分析和施工监测这四项施工技术对于每种施工方法而言都是必须且关键的。

（1）钢结构构件焊接最直接的决定了结构工程的质量，所以在焊接前，要选择正确的焊材、焊机，保证焊接电压和电流。焊接作业时，要保证焊接处的清洁，焊接作业严格按照国家规范标准操作。同时，做好焊缝的检测工作，严格实行焊缝百分之百检查。

（2）大跨度空间管桁架结构吊装前要对吊点、吊索、卡环进行验算，吊装设备的选择及地基承载力是否满足吊装要求要进行计算，以保证结构吊装的安全。

（3）大跨度管桁架结构的模拟仿真分析一般应用有限元计算原理，对钢结构安装的全过程进行分析。重点分析施工大临的荷载分布情况，结构吊装时的应力变化和变形情况，当进行滑移施工时，滑移对结构产生的应力变形分析，结构卸载时管桁架的下挠度分析等等。可以说模拟仿真分析是大跨度空间管桁架结构施工技术核心中的核心，一切方案选择和施工组织都是建立在模拟分析数据的基础之上。

（4）确保了理论上的数据分析，在施工过程中还有极为重要的一环，就是施工监测。为了保证钢结构的安装精度以及结构在施工期间的安全，必须对钢结构的安装精度及钢结构的应力以及结构的变形进行监测。结构应力及结构变形的监测能反应出结构的整体变形规律，是判断结构是否达到设计要求的重要依据;应变测点的布设应尽可能布设在结构中受力较大、受力状态复杂、对结构整体承载力与稳定性有重要影响的部位。

5  结束语

在我国建筑业飞速发展的今天，无论是建筑行业日新月异的变化，还是日益严苛的环境保护要求，大跨度空间桁架结构必然会越来越广泛的应用于各个建筑领域。许多宏伟而富有特色的大跨度建筑已成为地方的标志性建筑。本文就大跨度空间桁架结构的施工方法和关键施工技术进行了探讨，期望能对大跨度空间钢结构施工研究起到抛砖引玉的作用。

参考文献：

[1] 梁伟南.大跨度钢结构空间管桁架梁滑移法施工技术探究[J].科技论坛，2012（15）：100.

[2] 陈方丽.大跨度钢结构施工的关键技术和施工要点[J].中华建设，2017（4）.