大跨度及空间钢结构施工技术应用

大跨度钢结构常用的几种施工方法 

一、高空原位单元安装法

  高空原位安装法包括高空原位散装法和高空原位单元安装法。

  所谓“散装法”一般是指将构件采用悬挑法或满堂支架法直接在设计位置进行拼装的一种方法。

  此法需搭设满堂支撑，以提供高空搁置及工人的操作平台。

优点：由于单件的重量较轻，可有效降低起重设备的起重要求。

缺点：支撑搭设时间长，高空作业多，工期跨度大，且需用大量支撑材料，占用大量建筑物内场地。

适用范围：多应用在跨度不大、工期要求不紧的网架、网壳等大跨结构中。

  我国南京国际展览中心屋盖主拱架的制作安装便充分运用了这一方法。

  “单元安装法”则是把结构进行合理分块，然后将这些分块单元吊装至设计位置安装。

  为保证现场单元的顺利拼接，宜先将若干单元在工厂预拼装。

此法的重点是吊装单元的合理划分，一般应把握以下要点：

1.单元的大小视选用的起重机能力和结构形式而定，比如对于大跨钢桁架结构，分块位置不宜在桁架跨中；

2.对于梁柱结构，设计一般建议将分段位置设在反弯点位置；

3.对于网架及网壳结构，一般可采用分块或分条的方案；

4.单元必须自成体系，有足够的稳定性、刚度及强度。

广州歌剧院、深圳大运会主体育馆及深圳湾体育中心均采用了“单元安装法”。 

二、整体提升安装法

  滑移安装法一般又可分两种：结构滑移法、支承滑移法。以下分别介绍两种方法的施工特点。

结构滑移法

  其基本思路是将结构整体(或局部)先在具备拼装条件的场地组装成型，再利用滑移系统整体移位至设计位置的一种安装方法。

  采用这种安装技术，拼装场地和组装用机械设备可集中于一块相对固定的场地，与原位安装法相比，可减少临时支承与操作平台的措施用量，节约场地处理和管理成本。

  先用结构滑移法，其关键的考虑是结构直接在设计位置施工有难度，例如场外周边施工场地有限，跨内不能满足吊装设备的正常行走。这一工法的基本构成要素只是将“整体提升工法”中的地面组装、反力支承、整体提升置换为“横向移动”，所以本质上与提升工法相同。

采用此法至少应注意几个要点：

1.结构支承处有利于铺设滑移轨道，滑移路线长，效率越高;

2.滑移单元应为几何不变体系，滑移过程中有足够的刚度和稳定性，尽可能减少滑移时的抵抗力。

3.当采用多点牵引来实现滑移时，为避免结构在滑移过程中发生扭转，牵引的同步性须得到控制，若难以保证，则应充分计算评估因牵引不同步给滑移单元造成的影响，必要时可为滑移单元进行临时加固。

4.滑移单元在最后固定之前，结构在移动方向与其正交方向存在着“容易滑移”的趋势，因为与设计支承条件不同，要防止设计外(即滑移平面外)的变形，有必要采取防止“滑落”的对策，比如在两侧支承附近设置自平衡的刚性拉杆或柔性拉索。

  此外，结构滑移法还包括两种不同的工艺：逐榀滑移、累积滑移。

逐榀滑移：将一榀或由若干榀组成的滑移单元从一端至设计位置，各滑移单元之间分别在高空进行连接，直接形成整体结构。

累积滑移：即将滑移单元在滑轨上只滑移一段(暂不移至设计位置)，待连接好下一单元后再滑移一段距离，如此反复，逐榀积累，直至将各榀单元推至设计位置。

  总的来说，在大跨度及空间钢结构的安装方法中，当无法设置临时支承或使用安装吊车的条件不好，即直接在建筑物位置施工有问题时，结构滑移工法可作为解决方案之一。

支承滑移法

  支承滑移法是在结构的设计集团搭设支承架，以给结构在原位安装提供支承和操作平台，待该部分结构安装完成后，支承滑移即与已装毕的结构脱离。

  这样即为相邻结构的原位安装创造了条件，如此循环，直至结构完成整体安装。

  由此，与结构滑移法不同，支承滑移法可总结为“结构不滑而支承机构滑”，而结构滑移法则是“结构滑而支承机构不滑”

  采用支承滑移法时，支承构架的设计除满足常规的整体及局部稳定外，还要考虑水平动荷载(启动及刹车作用引起的水平惯性力)，必要时可增设大斜撑以提高其抗侧刚度。

  总结起来，由于此法需占用结构跨内场地，故当周边环境难以提供结构拼接场地时，支承滑移法可作为解决方案之一。

  值得注意的是，无论结构滑移还是支承滑移法，其滑移轨迹除了常规的直线平移外，曲线滑移也屡见不鲜，频频应用在工程实践中。

三、整体提升安装法

  整体提升安装法是将待安装的结构在地面或适宜的楼层投影位置组装成型，再利用“提升系统”将成型结构整体向上提升至设计标高的一种安装方法。当大跨度钢结构高度较高，不利于搭设支承胎架，提升钢结构形状规则时，整体提升的施工方法可作为选择方案之一。

四、大跨度悬挑钢结构无支承安装法

  所谓大跨度悬挑钢结构无支承安装法，即是在不搭设支承机构的条件下，以悬挑钢结构本体的刚度为依托，利用吊装机械进行高空散件安装，采用逐步延伸、阶段安装的方式进行施工。

  相对高空原位安装法而言，虽然该工法也是在高空原位附近实施安装，但因为完全不设临时支承机构，施工措施少，施工工艺简单(无卸载)。

  适用于结构本体刚度大、稳定性好，高度较高的悬挑钢结构。

  采用该工法，受自重影响，悬挑段一定会下挠，由此带来的困扰是构件的安装坐标未知，当遇到对安装位形有要求或存在合龙情形时，施工过程中结构的位形控制是最大的技术难题之一，这直接关系到竣工时的结构位形能否满足要求，以及悬挑段能否顺利合拢。

  对于大跨度钢结构建筑，高空原位单元安装法、滑移安装法、整体提升法及大跨度悬挑无支承安装法是目前几种典型且常见的施工方法，但必须把握其适用条件和关键技术要点，在工程实践中合理选用。

  特别是近几年来，多数工程具有独特的建筑造型，给施工特别是安装工作带来许多难点。

  深刻理解这些工程的结构组成，明了其荷载传递路径，熟悉工程所在地域的周围环境条件和工程的特定要求，以及可利用的施工资源和企业自身掌握的专有技术，因地制宜地设计出最适宜的、推陈出新的安装方案，正是施工技术追求的最高境界。