施工技术 【文章编号】１６７３—００３８（２０１３）１２—００９４—０２ 建村固蒜商 ２０１３年４月 现代大跨度空间钢结构施工技术 赵亮 （重庆吉祥建筑工程有限公司 重庆九龙坡４０１３２６） 摘 要：大跨度空间结构是指具有不宜分解为平面结构体系的三维形体，具有三维受力性能并且能跨越很大的空间， 在载荷作用下呈空间工作的结构。本文在分析大跨度空间钢结构的施工控制理论和方法的基础上，结合目前我国大跨度 钢结构的施工技术特点，建立一个基于闭环控制方法的大跨度空间钢结构的施工控制系统，并对该控制系统的构成和工 作原理进行阐述，分析大跨度空问钢结构施工技术的关键点，最后提出关于大跨度空间钢结构施工控制的建议。 关键词：大跨度空间结构；钢结构；施工控制 ｌ前言 由于现代对建筑审美及功能的需要，现代空间钢结构的跨度 随着建筑理念的变化，目前出现了很多新型建筑，尤其是机 越来越大，短向跨度超过百米的建筑已经屡见不鲜，如国家体育 ７７ｍ等。这些 场建筑、体育场馆、会展中心等大型的公共建筑的屋盖结构体系 场“鸟巢”的跨度为２９６ｍ，国家游泳中心的跨度为１均选用大跨度复杂的空间钢结构。由于美学要求和功能多样化 大跨度的空间钢结构选用大量的高强度的钢材，而且钢板都很 有的甚至超过ｌＯＯｍｍ。 引发了建筑施工技术的变革，这种变革不仅仅是在施工手段上 厚，３预应力技术的大量应用 的简单更新，而是将新的钢结构制造技术，非对称整体提升、曲 ２．线滑移等新施工技术，计算机动态控制等技术应用于工程实践 预应力作为一项新的技术，得到充分的应用，涌现出了张拉 北 中，使建筑行业摆脱传统的施工手段，向机械化、跨行业、高科技 整体结构、索穹顶及索膜结构等新型结构。奥运会羽毛球馆（ 的领域迈进…。因此，施工单位要想在市场的激烈竞争中立足，就 京工业大学体育馆）选用了世界上跨度最大的弦支穹顶钢结构；必须根据工程需要不断地进行施工新技术的尝试及创新。 后，导致在施工过程中常出现质量问题，甚至危及到生命。因此 国家体育馆选用了世界上跨度最大的双向张弦梁结构。 由于施工过程中对施工控制不够重视以及施工控制相对落 ２．４节点形式复杂多样 为了满足建筑造型需要，现代的空间钢结构大都采用仿生态 在施工过程中充分了解各部分结构的设计状态和性能，正确地 建筑，同时选用各种节点形式，如锻钢节点、铸钢节点、球铰节点 选择安装方法，实时监督结构施工过程的不同工作状态，检查安 等。装过程中的安全性，跟踪控制施工过程，因此就会避免悲剧的发 ２．５构件数量及截面类型多、设计难度大 生。无论是从安全施工的角度，还是施工质量的角度，对大跨度 大型工程都是由几万个，甚至十多万个构件组成，并且这些 空间结构的实施施工过程控制都显得尤为重要。 构件的尺寸、长度和截面形式均有不同。因此就给施工单位放样 带来巨大的困难，而且针对有些弯扭的构件，必须进行专门的试 ２大跨度空间钢结构的特点 强以及社会发展需要，近ｌ０年取得了迅猛的发展。尤其是２００８ 我国大跨度空间钢结构基础薄弱，但随着国家经济实力的增 验研究才能够完成。２．６构件的加工难度大，精度要求高 大跨度工程均属国家重点工程，要求工程质量相对较高。只 年奥运场馆的建设为我国大跨度空间钢结构的发展提供了良好 的机遇，给中国的建筑结构技术提供一个展现的机会，涌现出大 有提高构件的加工精度，才能满足工程质量的需求。并且焊缝等 量技术先进、结构新颖的建筑物，同时也给施工单位带来巨大的 级要求达到一级，因此给施工带来极大的难度。 挑战和机遇。 随着国家奥运会主体育场“鸟巢”和游泳中心“水立方”等体 ２．７现场的焊接工作量大，施工技术难度高 为了保证施工的精度，在施工之前都需要进行预拼装，同时 育场馆主体结构的完工，展现出来的磅礴气势，充分显示了中国 现场焊接的工作量特别大。由于跨度大、结构新等特点，为了保 人民的聪明才智。纵观这些现代大跨度空间钢结构的设计与施 证安全、经济，施工中必须采用先进的技术才能保证顺利完成。 工，所呈现的主要特点如下： ３大跨度空间钢结构施工的关键技术 随着建筑物造型及结构的不断艺术化，现代大跨度空间钢结 ２．１结构形式多样化和复杂化 现代大跨度空间钢结构并不局限于传统的单一结构形式，新 构形式也随着改变。目前，建筑市场上钢结构主要可分为三类， 的结构形式及形式各异的组合结构不断涌现。“鸟巢”采用复杂 包括刚性结构体系、柔性结构体系以及刚柔组合结构体系，不同 的扭曲空间桁架结构；“水立方”采用基于泡沫理论的多面体空 的钢架结构体系在其建造成型过程中所采用的施工方法也不尽 间刚架结构。 相同，在实际施工过程中，施工方必须要保证的是大跨度空问钢 结构的安全性及经济性，因此，在现场施工前建筑方必须针对不 ２．２钢材等级高、结构跨度大、钢板厚 ・９４・ ２０１３年４月 壤和目蔫晦 施工技术 同的结构体系选择合理的施工方法，目前，市场上主要的施工技 术有： （１）分段吊装钢结构法：近些年国内设计的大型体育场、会展 中心等都采用大跨度空间钢结构，针对大型钢结构的体育场，观 众看台比较高而且较集中，所以通常采用分段吊装钢结构的办 法，在分段式吊装过程中，主要技术包括：起吊机的位置及选取、 ｋ Ｉ ． 图２闭环结构图 大体积钢结构分段与重心的选择、钢丝绳选择与点位置处理等， 大，也是施工安全的最危险期，施工中应该防止出现较大集中荷 如北京奥运会的国家鸟巢体育场、南京奥林匹克体育中心体育 载和冲击荷载；场等均采用此法； （２）处于校正阶段、固定阶段的大跨度钢框架结构钢梁构件， （２）滑移施工法：在通常的施工中，滑移施工方法选择要具备 固定支座或者近似刚性支座的可靠性对结构的失稳临界荷载影 以下条件：建筑结构类型要整齐，从而有规则的轴线，如矩形或 响明显，为确保上部结构或正常使用的安全，在浇筑板或者安装 圆形等；主桁架结构形式基本相似等；由于空间或场地限制，只 预制板板之前，直对梁与柱子的连接进行复查，确保没有漏焊、能在某个区域组装或吊装；土建结构或支撑柱适合滑移并且经 螺栓松动、构件安装缝隙达标以保障施工过程和后期使用的安 济上合理； （３）高空散装法：此类工程主要是单位面积用钢量较小，往往 是网架结构或有张拉弦的管桁架结构运用较多，此方法主要优 全＿３１。 ・ ６结论 随着国内经济水平的不断提高，人们对大型火车站、体育馆 点是施工作业较安全、控制点可以细化，确保施工质量，缺点是 等的渴望也在不断增强。目前，市场上不断涌现不同结构的大跨 支撑用脚手架搭设数量较大 。 度钢结构工程，国内的钢结构施工技术也面临着前所未有的挑 ４大跨度空间钢结构施工控制 战，但挑战更是发展的机遇。本文通过研究大跨度空间钢结构的 对于目前多数大跨空间钢结构而言，施工控制系统主要由两 特点，介绍大跨度空问钢结构的施工关键技术以及施工中需要 部分系统构成，即施工控制管理分系统和施工控制技术分系统。 施行的控制方法和注意安全事项，旨在推动大跨度空间钢结构 其中施工控制管理分系统由政府监管单位、业主、监理单位、设 施工技术的进一步发展与创新。计单位和施工单位组成。施工控制技术分系统由施工模拟分系 统、调整分系统和监测分系统构成。各分系统之间协调的工作示 意图如图１所示。 蠢膏秉鼻 ，～ 参考文献 ［１］鲍广鉴，曾强，陈柏全．大跨度空间钢结构滑移施工技术．施工技术， ２００５（１Ｏ）． ［２］王嘉琳，蒙炳穆．关于大跨度空间钢结构施工控制的探讨．建筑施工， ２０１０（３２）． （鬟体 糟 ［３］周观根，方敏勇．大跨度空间钢结构施工技术研究．施工技术，２００６（１２）． 『４１ｔ瑞丽．浅谈大跨度钢结构施工的质量控制．中国高新技术企业，２００９ （２） 图１施工控制系统示意图 目前，在建筑施工控制方法中，闭环控制方法精度高，因此被 广泛用于大跨度空间钢结构技术施工中。对复杂的大跨度钢结 构体系而言，尽管可以在前期设计中精确计算出结构成形状态 以及各施工阶段的理想状态，但由于施工及测量系统误差的存 在，随着施工的进展误差会逐渐积累起来，以致到施工结束时， 结构的实际几何线形及内力状况也许远远偏离了理想的状态， 这就要求在施工中误差出现后，务必及时进行纠正和控制。虽然 结构的理想状态无法实现，但是可以按照性能最优的原则，使已 发生误差的结构达到所谓的最优状态。因为这种控制量的大小 或者纠正的措施是以结构的实际状态经过反馈计算所确定的， 就形成了闭环反馈系统，因此称之为闭环控制。闭环控制属现代 的控制方法，控制精度高，适用于大多数大跨度钢结构口（如图２ 所示）。 ５大跨度空间钢结构施工安全的建议 针对现代大跨度空间钢结构施工过程中的安全问题，除了遵 守建筑施工中的安全施工问题，更应该注重以下两个方面： （１）处于预就位状态的大跨度钢框架结构钢梁构件，其失稳 临界荷载较小，侧向作用的初始荷载对其失稳临界荷载影响巨 ・９５・
