大跨钢结构选型与施工安装技术

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摘 要：20世纪后半叶，土木工程和结构工程取得令人欢呼鼓舞的成就，发达国家开始筹划建造更高、更大、更长超大型复杂结构物，来满足人们对不断扩大的生活空间的追求。当前，我国经济高速发展，基础设施建设突飞猛进。人民生活水平日益提高，大跨钢结构正是在经济和社会发展的产物。很多复杂因素影响大跨空间钢结构选型，单独地考虑其中任何一种因素，都可能使得大跨空间钢结构选型结果产生误差。然而从实际应用的角度来看，所考虑的因素的增加必然使选型过程过于复杂，加大模型处理的难度。对一个空间钢结构而言，往往有多种可供选择的施工方法，每一种施工方法都有其自身的特点和不同的适用范围。施工方法选择的合理与否将直接影响到施工进度、工程质量、施工成本等技术经济指标。本文首先分析了在对大跨钢结构进行选型时，需要考虑的一些重要因素，然后进一步的讨论了大跨钢结构的施工安装技术。

关键词：跨度 宽度 建筑功能

中图分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）07（b）-0073-02

就当前大跨度钢结构而言，其覆盖的范围很广且包括的内容很多，导致不能对其进行比较好的定义。随着建筑科技的不断发展，大跨结构的具体跨度数值也在不断的变动。在一些论文中将跨度超过60 m的结构称为大跨度结构。就我国的空间钢结构而言，其基础是比较薄弱的，但是随着现代预应力技术的引入，空间钢结构得到了前所未有的飞速发展，从起初的平面桁架、平板网架转到了空间立体桁架、多层网架等，使得我国大跨钢结构体形更为丰富，同时也更加充分的展示了先进性、合理性、经济性。

1 大跨度钢结构选型需要考虑的因素

1.1 跨度与宽度因素

随着社会的不断进步，人们对大空间结构的需求也越来越高，这便在一定程度上引起了各种不同大跨空间钢结构形式的出现。对于不同的大跨空间钢结构形式其适用于不同的跨度，需要注意的是一旦跨度不合适便会使得其结构空间性能和刚度合适性变劣，可见在大跨空间钢结构选型中，需要十分注重跨度的选取。由于大跨空间钢结构属于空间受力的结构形式，所以其具有不宜分解为平面结构体系的三维形体，该结构在荷载的作用下一般呈空间工作的结构。可见长度对于钢结构整体的影响也是不容忽视的。

1.2 钢结构的建筑功能

在建筑业中，将大跨空间钢结构建筑定义为：是建筑师根据不同的功能组合形成的综合形象。在进行建筑时，需要考虑的因素主要包括：（1）大跨钢结构建筑本身的采光及通风，保温及隔热；（2）该建筑物与周围环境的协调美以及自身的形象美等。

以下是对上述两个方面的进一步阐释：（1）自然采光及通风会直接影响到大跨结构的形体变化；（2）由于大跨空间建筑体的容量大，所以需要考虑人置身其中的舒适感，所以需要考虑其结构的保温及隔热效果；（3）与周围环境的协调美：指由于大跨空间建筑基地环境是不同的，所以对建筑体量的安排、形体的塑造、尺度的处理需要根据环境的不同而不同。

1.3 大跨结构荷载类型

就建筑物而言，其在使用的过程中必须保证具有足够的承载能力，以便应对各种荷载作用，在对大跨钢结构进行选型时，需要考虑的荷载类型有如下几种：（1）地震荷载和自身重量为主；（2）风荷载、雪荷载以及车辆荷载等。就同一种大跨空间钢结构而言，其在不同的荷载类型下，构件受力均匀与合理性也是不同的。鉴于此，在进行选型时需要合理的考虑建筑物可能会承受的荷载。

1.4 大跨钢结构的平面形状

采用不同的大跨空间钢结构会在一定程度上影响构件的受力均匀与合理性。现如今工程中常用的一些形状有：矩形、正多边形、圆形、椭圆形、菱形及组合形。当大跨钢结构的平面形状为圆形时，充气式薄膜结构的受力均匀与合理性是比较好的；对于长宽比为1.6的矩形平面，当采用柱面网壳结构时，其受力均匀与合理性较好。在对建筑的平面形状进行选型时，可以通过受力等方面来选择平面形状。

2 大跨度钢结构施工安装技术

2.1 高空散装法

高空散装法指的是：将钢结构的全部杆件和节点，这里的节点也包括小拼单元，直接在高空设计的位置处进行拼装。工程中所谓的高空散装法一般分为两种：（1）全支架法，该方法多用于散件拼装；（2）悬挑法，主要运用于小拼单元在高空的拼装。高空散装法常使用于非焊接连接的网架、网壳以及桁架等，其缺点在于高空作业量较大，同时需要大量的支架材料和设备。

2.2 钢结构的分条安装法

分条安装法的实质是：先将钢结构分割成条状或块状单元，然后利用机械将其吊装至高空设计位置进行拼装的安装方法。在使用该方法中，需要注意的是：（1）分割得到的单元，其刚度和受力改变是比较小的；（2）分割的尺寸是需要根据起重机的负荷能力来决定。该方法的优点在于可以在地面进行焊接、拼装，既使得高空作业少，有利于工作人员控制质量，同时也在一定程度上省去了大量的拼装支架。

2.3 高空滑移法

高空滑移法的实质是先将钢结构按条状单元进行一定的分割，而后将这些单元铺设在预先已经准备好的滑移轨道上，以便将单元由一端滑移到另一端进行拼装。工程中常用的高空滑移法有两种：（1）单条滑移法，既是将单元分别从一端滑移到另一端进行就位安装，在高空处对单元进行连接；（2）逐条累计滑移法，既是先将单元滑移一定距离后，再将其与第二个单元连接，而后将两个单元一起滑移一定距离，再连接第三条，直至连接上最后一个单元。如图1。

2.4 整体吊装法

工程中所谓的整体吊装法，其实质是先将钢结构在地面进行拼装之后，利用机械设备将整体吊装至设计标高并固定的方法。这种方法最大的缺点在于，其需要巨型的机械设备，并且对机械安置地点下方的承受力的要求较高，同时也会在一定程度上影响土建的施工作业。

2.5 整体顶升法

整体顶升法的实质是将柱作为滑道，然后利用千斤顶将结构逐步地顶升到设计位置的施工方法。工程中常常将整体顶升法与整体提升法搞混，它们的区别在于两种方法利用的提升设备的位置不同，整体顶升法的提升设备位置一般位于结构支点的下面，而整体提升法则与之相反，并且两种方法的作用原理相反。

3 大跨度钢结构施工中需要考虑的问题

施工技术对于大跨度钢结构的建造是至关重要的，只有合理的施工方案才可以保证施工的安全性。随着大跨结构的日益发展，传统的施工技术面临着前所未有的难度和挑战。因此我们需要开发和创造出更加科学的施工技术，以便可以满足施工的需要。在对施工技术进行研究时，需要着重考虑以下两个方面。

（1）利用高科技技术。

随着科技的不断发展，在实际的施工中我们可以利用先进的数控设备来提高生产效率和实现定制化目标。

（2）选择合理的安装方法。

在对大跨度钢结构进行安装时，不能仅限于用一种安装方法，而应该巧妙的运用几种基本方法来进行安装，以便达到更好的安装效果。

4 结论

在进行大跨度钢结构的设计中，对钢结构体系的选型是十分重要的，因为其不仅仅关系到结构整体性能的最佳发挥，同时还直接影响着建筑的综合造价，更有甚者会在一定程度上限制结构的造型以及结构本身的使用功能，可见，在对结构进行选型时应当综合考虑其影响因素：建筑功能、受力性能、经济性能、施工可行性等。

参考文献

[1] 高校良.高层钢结构工程质量控制[M].北京：中国计划出版社，1995.

[2] 夏忐斌.钢结构设计原理[M].北京：中国建筑工业出版社.