浅析大跨度钢结构施工技术关键要点

浅析大跨度钢结构施工技术关键要点

姜万川

天津中海众合建筑工程有限公司  300457

摘要：随着材料技术和结构分析技术的不断发展，大跨度钢结构得到了空前的发展。国内外许多主要的体育场馆、展览馆及候车大厅等屋盖结构几乎都采用了大跨度钢结构，并且钢结构体系呈现多样化、复杂化的发展趋势。虽然这些新的钢结构形式可以借鉴以往的施工经验，但仍然需要注意很多细节。本文从大跨度钢结构的主要特点出发，详细分析了大跨度钢结构施工的关键要点和防止坠落的措施。

关键词：大跨度钢结构，施工技术，关键要点

1. 大跨度钢结构的主要特点

（1）复杂多样的结构形式

目前，国内外的大跨度钢结构形式繁多，不能简单地用单一的标准进行区分。传统上，空间结构被分为三大类，即网壳结构、网格结构和张拉结构。但对于一些新型的结构体系，仍然难以归纳。因此，我们可以按照基本单元进行分类，主要包括板壳单元、梁单元、杆单元和索单元等。这些基本单元可以通过组合形成各种复杂的结构体系，例如悬索结构、穹顶结构、悬索桁架结构等等。

（2）材料等级要求提高

大跨度钢结构所承受的重量通常比较大，因此需要选用强度高、韧性好的高强度钢材料。大跨度钢结构在施工和使用过程中会受到风荷载的影响，因此需要选择具有较高抗风荷载能力的钢材。大跨度钢结构通常用于建造大型场馆、体育馆等建筑，因此需要具备较好的抗震性能，钢材的等级要求也更高，例如Q345、Q390等材质已经广泛应用于大跨度钢结构中。

（3）节点形式复杂多样

空间结构，特别是大跨度钢结构体系，具有受力和变形方面的特点。因此，结构受力路径必须明确，部分节点需要抵抗一定的变形和位移，以达到设计模型的要求。为此，实际结构中的节点必须尽可能与理论模型趋同，因此节点构造较为复杂，例如单向和双向盆式支座、用于销轴连接的铰接节点以及多杆汇交处的钢结构钢节点等。

（4）构件加工精度要求高

大跨度钢结构中构件的尺寸通常较大，因此其尺寸精度要求也相应提高。如果构件的尺寸精度不够高，将会导致装配和施工时难以对接，从而影响整个结构的稳定性和安全性。大跨度钢结构的施工精度要求非常高，因此构件加工过程中需要严格控制每个环节的精度，确保最终构件的尺寸、表面质量和材料力学性能等达到设计要求。只有通过科学合理的加工工艺和严格的质量控制，才能保证构件的精度符合设计要求，从而确保整个结构的稳定性和安全性。

（5）施工技术难度大

跨度钢结构部件较大，通常需要使用大型吊装设备进行吊装，对施工现场要求高，需要充分考虑安全和稳定性，施工难度较大。大跨度钢结构通常需要在高空进行拼装，因此需要对拼装部件进行精准的测量和定位，同时保证各部件之间的配合和连接质量，施工难度较大。大跨度钢结构通常需要进行大量的焊接工作，涉及的焊接工艺和焊接材料要求较高，需要具备专业的技术和经验，施工难度较大。

2. 大跨度钢结构施工技术关键要点

（1）整体滑移施工技术

滑移施工技术在大跨度钢结构施工过程中发挥着重要作用，能够解决在空间结构形成整体之前的稳定问题。施工前必须进行充分的工程测量和设计，确定整体滑移方案和滑动轨道的几何形状和尺寸，确定整体滑移的起点和终点，保证整个过程的安全和可控。在整个滑移过程中，必须保持钢结构的水平度和垂直度，防止因施工不当而引起的变形和损坏。在进行整体滑移前，必须对滑动轨道进行充分的清理和处理，保证其表面平整、无杂物和粘附物，以保证滑移过程的顺利进行。整体滑移结束后，必须进行充分的验收和测试，确保钢结构的安全和稳定性，以及整个工程的质量和安全。

（2）柔性结构的成型

索穹顶结构包括许多构件，如中央支柱拉伸钢圈、环索、斜索、脊索和外压钢圈梁等，是一种典型的空间张拉结构体系。在施工过程中，工程的施工技术和计算方法是最为关键和主要的问题。总的来说，施工索穹顶结构有两种顺序和方法。第一种方法是先用临时施工塔架支撑中央桁架或中间拉力环提升至设计位置，然后定位其间部分结构，最后从外圈开始向内拉紧斜拉桥。第二种方法是先固定脊索、坡道和外部电缆的连接，然后从外侧倾斜向内拉紧电缆、起重桅杆，最后达到提高内拉环的作用。近年来，许多国内学者已深入探究施工方面的工作，并取得了好的成果，这为索穹顶在中国的应用奠定了理论基础。因此，在外国文献中，由于技术保密的原因，只是简单地介绍了有关施工方面的技术。

（3）复杂钢结构施工过程的动态结构计算机控制

计算机控制技术是一个新兴的技术领域，对于施工来说至关重要。其基本思路是，首先通过建立复杂钢结构的有限元模型，对其在施工过程中的动态响应进行数值模拟和分析；然后根据分析结果，设计相应的控制策略和控制器，实现对复杂钢结构的运动轨迹、振动幅值等参数的控制。复杂钢结构施工过程的动态结构计算机控制是一项复杂而高端的技术，它可以提高钢结构施工的精度和效率，降低安全风险和成本，具有重要的应用价值。

（4）施工过程跟踪模拟计算

在大跨度结构或超大跨度结构的施工过程中，项目管理团队需要进行跟踪模拟计算，以确保施工过程的安全有效性，并确定结构与构件能够满足刚度、强度及稳定性的具体要求。由于大跨度结构建设的工程项目持续时间较长，因此在施工过程中，无法保证每个阶段的结构和构件内力与位移都是固定不变的。为了防止或变更加工尺寸更加精准，需要对工程进行跟踪计算，并采取有效措施。

（5）高空无支托拼装施工技术

高空无支托拼装施工技术的建设原则，首先要选择合适的吊装顺序，将结构系统分段，使其在施工过程中不需要塔设支撑平台。其次，要利用单元组件的刚性结构构成一个稳定的单元本身。最后，要形成一个整体结构。这种技术已经成为重要的空间结构悬臂施工技术的创新。

3. 防止高空坠落的措施

（1）临边防护

大跨度钢结构通常采用空间桁架结构，其屋面结构较为复杂，施工工序较多。为确保施工人员的安全，一旦桁架结构吊装基本完毕，就会在桁架上弦下方设置水平安全网，并在桁架上方铺设木板通道，隔跨设置生命线，同时为施工人员配备双安全绳。在屋面底板安装完毕后，水平网可以拆除。桁架在空中对接时，对接点恰好位于支撑架顶部，支撑架顶部也是施工人员的操作平台。

（2）施工安全爬梯和生命线

在散装构件到达现场后，需要将其拼装成型。在构件吊装前，需要将安装施工用的临时爬梯焊接在桁架上。为了确保安全，爬梯的焊接承载力应该严格按照规范实施。爬梯由75mm×6mm的角钢和φ12mm的圆钢焊接而成，步距为300mm。在施工作业区域，需要设置生命线。生命线可以采用75mm×6mm的角钢垂直焊接在钢构件表面上，或者采用卡扣将钢丝绳直接绑扎在桁架或牢固的土建结构上。钢丝绳的直径为φ8mm，穿过并打结，间距为5m。

（3）安全施工吊篮

为了确保桁架之间的接口处完全熔透满焊，需要在管件下表面范围施焊时使用安全吊篮，以便施工人员能够在吊篮上安全规范地进行作业。吊篮的骨架由75mm×6mm角钢或φ50mm钢管焊接而成，吊篮底部脚踏处均为φ12～16mm的圆钢，脚踏处圆钢之间的间距小于80mm，并且吊篮的4个立杆与管桁架焊接非常牢固。将吊篮骨架四肢焊接在相应的桁架部位，满焊后吊架整体承载力为1000kN×4倍安全系数。

结语：

随着大跨度钢结构的不断发展，其结构形式也变得越来越复杂多样，这对施工技术提出了新的挑战，成为技术人员面临的首要问题。本文通过对当前大跨度钢结构的特点和主要施工方法进行阐述和分析，旨在为实际施工提供规律可循的指导，为相关工程提供相应的参考。

参考文献

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