孫喬

摘要：隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們?cè)絹碓街匾暣罂缍葟?fù)雜鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)中存在的諸多問題。文章結(jié)合工程實(shí)例從大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)施工的問題并加以實(shí)例進(jìn)行分析，以便更全面地了解結(jié)構(gòu)各項(xiàng)性能，為相關(guān)工程提供借鑒。

關(guān)鍵詞：大跨度鋼結(jié)構(gòu)；施工過程；復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)

中圖分類號(hào)：TU765 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）10-0070-02

對(duì)于當(dāng)前大型大跨度復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)，相關(guān)施工技術(shù)人員要了解復(fù)雜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)狀態(tài)與施工技術(shù)問題，以便能夠選擇正確的施工方法與施工程序。

1 大跨度復(fù)雜空間鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1.1 大跨度鋼結(jié)構(gòu)形式多樣化和復(fù)雜化發(fā)展

目前，我國(guó)的大跨度鋼結(jié)構(gòu)形式已經(jīng)突破了傳統(tǒng)單一形式，向著多樣化、復(fù)雜化發(fā)展，出現(xiàn)了很多新的鋼結(jié)構(gòu)形式。例如，2008年北京奧運(yùn)會(huì)運(yùn)動(dòng)館“鳥巢”在建設(shè)過程中，就使用了扭曲的空間桁架結(jié)構(gòu)，比較復(fù)雜，而在羽毛球場(chǎng)館的建設(shè)中使用大跨度的弦支彎頂結(jié)構(gòu)。

1.2 鋼結(jié)構(gòu)跨度、等級(jí)、厚度與空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜度保持一致

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對(duì)于建筑的功能需求也向著多樣化發(fā)展。目前大跨度復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)已經(jīng)在我國(guó)得到了廣泛的應(yīng)用，跨度超過百米的建筑非常普遍，例如：我國(guó)的國(guó)家體育場(chǎng)——“鳥巢”鋼結(jié)構(gòu)跨度是296m。大跨度復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)對(duì)于鋼材的級(jí)別和強(qiáng)度都提出了更高的要求，使用高強(qiáng)度厚鋼板進(jìn)行施工，以保證施工質(zhì)量，有的鋼板厚厚度超過100mm，例如：Q420C、Q390C、Q46QE等。

1.3 普遍使用預(yù)應(yīng)力技術(shù)

預(yù)應(yīng)力技術(shù)是我國(guó)建筑行業(yè)的一項(xiàng)新技術(shù)，在我國(guó)工程施工中得到了廣泛的應(yīng)用，且出現(xiàn)了一系列新的結(jié)構(gòu)形式，例如：索穹頂結(jié)構(gòu)、張拉整體結(jié)構(gòu)以及索膜結(jié)構(gòu)等。例如：北京工業(yè)大學(xué)體育館就通過大跨度弦支穹頂結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工建設(shè)；而國(guó)家體育館——“鳥巢”則是通過世界最大跨度的雙向張弦梁桁結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工建設(shè)的。

1.4 大跨度鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)多元化

目前，復(fù)雜的空間鋼結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)了仿生態(tài)建筑，通過對(duì)自然界的復(fù)制，來滿足人類的不同需要。在大跨度鋼結(jié)構(gòu)中使用了多元化的節(jié)點(diǎn)形式，例如：鑄鋼節(jié)點(diǎn)、鍛鋼節(jié)點(diǎn)以及球鉸節(jié)點(diǎn)等。

1.5 設(shè)計(jì)難度與構(gòu)件數(shù)量、截面類型成正比

一般情況下，大跨度復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)中包含的構(gòu)件數(shù)量眾多，而構(gòu)件所對(duì)應(yīng)的的截面類型又各不相同，因此大大增加了施工單位的施工難度。而大跨度復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)中存在的彎扭構(gòu)件需要施工人員進(jìn)行研究才能保證施工質(zhì)量。

1.6 構(gòu)件的加工難度大，其加工精度要求高

通常情況下，大跨度復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)都隸屬于國(guó)家的重點(diǎn)工程，因此對(duì)工程的施工質(zhì)量提出了更高的要求，因此需要從源頭著手來控制，保證鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的加工精度，但是數(shù)量眾多的焊縫，且等級(jí)屬于一級(jí)，大大增加了大跨度復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)的施工難度。

1.7 焊接工作量大，施工技術(shù)要求高

在大跨度復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)施工過程中，使用預(yù)拼接方式進(jìn)行施工，以有效提高大跨度復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)的施工精度。等預(yù)拼接的大跨度復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)之后，還需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)焊接，以保證大跨度復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)施工的順利進(jìn)行。

2 大跨度復(fù)雜空間鋼結(jié)構(gòu)施工中存在的問題

在大跨度復(fù)雜空間鋼結(jié)構(gòu)施工中，施工技術(shù)占據(jù)著極為重要的地位。為了保證大跨度復(fù)雜空間鋼結(jié)構(gòu)施工過程中的安全性與經(jīng)濟(jì)性，要使用科學(xué)的施工方案進(jìn)行施工。

2.1 注重CAD設(shè)計(jì)與CAM制造技術(shù)

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)控技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到我國(guó)的大跨度復(fù)雜空間鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需要對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的制造、設(shè)計(jì)以及技術(shù)等進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，制定可行性強(qiáng)的施工目標(biāo)，以對(duì)大跨度復(fù)雜空間鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)新。CAD設(shè)計(jì)與CAM制造技術(shù)的應(yīng)用，是對(duì)三維立體模型的綜合運(yùn)用，是對(duì)各種類型鋼材料的綜合運(yùn)用，例如節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)、制造以及分析等。

2.2 仿真技術(shù)

以前，人們比較重視鋼結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力狀態(tài)，忽略施工期鋼結(jié)構(gòu)的受力情況。但隨著我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)跨度的不斷增加，鋼結(jié)構(gòu)在施工期間存在著很多安全問題。由于鋼結(jié)構(gòu)在施工和使用過程中受力存在的差異性，導(dǎo)致兩個(gè)階段中，鋼結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)存在著很大的區(qū)別。仿真技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)施工中的應(yīng)用情況如下：（1）吊裝操作中，大型構(gòu)件的仿真；（2）施工中，工況模擬仿真；（3）安裝鋼結(jié)構(gòu)過程中，預(yù)變形技術(shù)的應(yīng)用，以保證鋼結(jié)構(gòu)安裝位置的精確性；（4）鋼結(jié)構(gòu)拼接過程中的仿真；（5）卸載過程中存在的仿真模擬。利用計(jì)算對(duì)施工中存在的重點(diǎn)與薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行分析和控制，以對(duì)大跨度復(fù)雜空間鋼結(jié)構(gòu)繼續(xù)擰有效控制，以保證形狀尺寸的正確性。

2.3 安裝方法

在大跨度復(fù)雜空間鋼結(jié)構(gòu)施工過程中，一定要根據(jù)施工情況，選擇合理的施工方法進(jìn)行施工，不僅需要具備安全性與可靠性，而且還要具備經(jīng)濟(jì)性與適用性。我國(guó)傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)施工方法已經(jīng)不適用于我國(guó)的大跨度復(fù)雜空間鋼結(jié)構(gòu)施工，因此施工人員對(duì)其進(jìn)行了穿心與發(fā)展，很多具有創(chuàng)新性與先進(jìn)性的施工技術(shù)被應(yīng)用于我國(guó)的大跨度復(fù)雜空間鋼結(jié)構(gòu)施工中，例如：網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)折疊展開式整休提升技術(shù)、高空曲線滑移技術(shù)以及滑架法施工技術(shù)等。通過對(duì)傳統(tǒng)施工方法的組合與再創(chuàng)造，而我國(guó)計(jì)算機(jī)技術(shù)與計(jì)算機(jī)理論的發(fā)展，為我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)安裝方法的發(fā)展提供了保障。

3 工程實(shí)踐

3.1 工程概況與難點(diǎn)

本工程為昆明焦化制氣廠城市煤氣改擴(kuò)建工程的新建3#、4#焦?fàn)t主體工程的煤塔主體，主要由焦?fàn)t本體、爐端臺(tái)、推焦機(jī)基礎(chǔ)、煙道、熄焦塔、煤塔等組成。煤塔主體由基礎(chǔ)、柱和上部結(jié)構(gòu)組成；上部結(jié)構(gòu)為框剪結(jié)構(gòu)，支撐在四個(gè)柱子上，梁底面標(biāo)高11.cm，跨度達(dá)33.3cm。在22.9cm標(biāo)高上還有通長(zhǎng)的懸挑梁。以上部分均為現(xiàn)澆鋼筋混泥土結(jié)構(gòu)。由于跨度大、荷載大，與生產(chǎn)交叉，因此煤塔施工的臨時(shí)支架是本工程的難點(diǎn)之一。

3.2 施工方法

煤塔主體跨梁支撐和柱子搭設(shè)是本工程的重點(diǎn)，也是難點(diǎn)之一，跨梁SL-1是橫跨公路，從①軸線至②軸線的現(xiàn)澆砼大梁，跨距為33.3米，高度為+11.7米，煤塔主體高度+41.5米，腳手架子管搭設(shè)要從鋼度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性方面多考慮，并采取特別措施，以保證架子管的安全可靠。

由于荷載承受較大，施工時(shí)必須采取特殊的施工措施，才能保證施工的工期、質(zhì)量、進(jìn)度、安全，才能保證公路消防通道的暢通，具體方法如下：

（1）因?yàn)樵冖佥S和②軸之間，除公路的路面外，其余地面均不能承受大的荷載，為確保施工的質(zhì)量和安全，先要處理地面基礎(chǔ)：先將回填土夯實(shí)，再用碎石150厚鋪設(shè)26米×20米，上澆C30鋼筋砼（ф18@150雙向布筋）厚度300作為支撐地面。

（2）沿A和B軸安裝ф400×8鋼柱12根（兩邊各6根），中間安裝ф350×6鋼柱6根，并與腳手架管連為整體。腳手架管鋪設(shè)面積為46米×20米，腳手架管底面，即砼面上用50mm厚木板鋪設(shè)，板上安-10×100的通長(zhǎng)鐵板，再安架子管，立柱間距600×600，步間距1000×1000，架子管按要求加剪刀撐、斜撐，掃地橫架子管局部上雙扣件。腳手架在+11.7cm以上與混泥土結(jié)構(gòu)中的預(yù)埋件拉結(jié)，以增加其穩(wěn)定性。

（3）在+11.7米平面上，在ф500鋼柱上用I30工字鋼和I22雙槽鋼，間距1200×1500組成框架，上滿鋪50cm厚木板，用于支撐SL-1立跨梁木模，澆灌順序?yàn)橄葷补?11.7米～+13.07米，待砼強(qiáng)度達(dá)到50%時(shí)，再往上搭設(shè)架子管。

（4）在煤塔結(jié)構(gòu)施工時(shí)，應(yīng)在煤塔外墻砼中埋設(shè)鐵件（-10×150×150）間距橫向@1200，豎向@2000，以便做腳手架管的拉結(jié)點(diǎn)，確保腳手架的安全可靠，搭設(shè)時(shí)嚴(yán)格按架子管規(guī)范要求搭設(shè)。

（5）在搭設(shè)SL-1跨梁支撐時(shí)，在AB軸的①軸向②軸方向、距①軸10米處要特別注意，此處有煤塔斜倉(cāng)槽。在+22.9米處有一外挑4.2×1.7×33.3m的挑梁，該處荷載大、搭設(shè)時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮。②軸10米處要留4.5米X5.0米的汽車通道，該處的孔洞搭設(shè)要以安全、可靠方式采取措施，在②～③軸上煤塔轉(zhuǎn)運(yùn)站施工的+3.5米和+2.8米處，有生產(chǎn)立管和電纜橋架11根，施工該部位時(shí)，保護(hù)好生產(chǎn)設(shè)施是業(yè)主安全生產(chǎn)的重要保障，擬采取的措施是用50mm厚的木板上下滿鋪，用9層板四周隔離保護(hù)生產(chǎn)設(shè)施不受施工的影響，確保施工時(shí)不損壞這11根管道和電纜橋架，不影響焦化制氣廠的生產(chǎn)。

（6）由于煤塔屬于高層建筑，因此在腳手架四周、超過2m以上部分懸掛安全網(wǎng)。

4 結(jié)語

隨著我國(guó)大跨度復(fù)雜空間鋼結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展，增加了鋼結(jié)構(gòu)的施工難度，對(duì)施工技術(shù)也提出了更高的要求。而施工技術(shù)需要科研工作者不懈的努力，以推動(dòng)我國(guó)大跨度復(fù)雜空間鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的發(fā)展與創(chuàng)新。筆者詳細(xì)闡述了大跨度復(fù)雜空間鋼結(jié)構(gòu)具備的特點(diǎn)以及施工過程中存在的諸多問題，并與實(shí)際工程案例進(jìn)行了有機(jī)結(jié)合，對(duì)存在的技術(shù)問題進(jìn)行探討，以保證我國(guó)大跨度復(fù)雜空間鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)適用于我國(guó)的大跨度復(fù)雜空間鋼結(jié)構(gòu)施工，以推動(dòng)我國(guó)大跨度復(fù)雜空間鋼結(jié)構(gòu)施工的發(fā)展。

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