陳子龍

(山西五建集團(tuán)有限公司，山西 太原 030000)

1 大跨度鋼結(jié)構(gòu)概述

大跨度鋼結(jié)構(gòu)是指建筑結(jié)構(gòu)橫向跨度尺寸超過(guò)60m以上的結(jié)構(gòu)形式，常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)類型包括懸索鋼結(jié)構(gòu)、網(wǎng)架鋼結(jié)構(gòu)以及殼體鋼結(jié)構(gòu)等[1]。大跨度鋼結(jié)構(gòu)常見(jiàn)于大型工業(yè)建筑或公共建筑中。例如，大型體育場(chǎng)館、車站候車室等等。鋼結(jié)構(gòu)本質(zhì)上屬于柔性建筑構(gòu)件，具有較高的抗震等級(jí)，便于施工，工期相對(duì)較短。其對(duì)于構(gòu)件的安裝尺寸有著嚴(yán)格要求，施工期間具有較強(qiáng)可控性。近年來(lái)，建筑領(lǐng)域?qū)τ诖罂缍蠕摻Y(jié)構(gòu)的應(yīng)用越發(fā)頻繁，越來(lái)越多的大型建筑在設(shè)計(jì)時(shí)選取其為主要結(jié)構(gòu)形式，其應(yīng)用既能夠滿足建筑美學(xué)要求，也符合建筑工程安全建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。

2 建筑工程大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工主要特點(diǎn)

2.1 結(jié)構(gòu)形式與功能的多樣化

現(xiàn)階段，建筑行業(yè)發(fā)展迅速，各類新建筑理論被引入推廣，大跨度鋼結(jié)構(gòu)的施工形式也在持續(xù)革新變化。例如，標(biāo)志性的著名建筑鳥巢，其鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以生物仿生學(xué)為基礎(chǔ)，水立方建筑以泡沫理論為基礎(chǔ)。在大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工中，將其施工設(shè)計(jì)與當(dāng)代新技術(shù)良好融合，不但豐富了其結(jié)構(gòu)外觀造型，更使得其鋼結(jié)構(gòu)組合形式更加合理。過(guò)去的鋼結(jié)構(gòu)建筑受到施工技術(shù)水平、工程設(shè)計(jì)理念等各種因素的影響，其結(jié)構(gòu)形式過(guò)于單一刻板，且建筑的使用功能也比較局限，例如，鋼結(jié)構(gòu)的民用建筑一般主要用于居住，在工業(yè)生產(chǎn)中，鋼結(jié)構(gòu)廠房建筑往往更為常見(jiàn)。隨著多年的發(fā)展變革，大跨度鋼結(jié)構(gòu)建筑的功能逐漸多樣化，可滿足更多使用需求。例如著名的鳥巢，不但能夠用作各類體育賽事的活動(dòng)場(chǎng)地，賽事結(jié)束后還可用于參觀旅游，舉辦演唱會(huì)等[2]。

2.2 鋼結(jié)構(gòu)跨度較大，鋼材用料要求高

現(xiàn)階段，建筑領(lǐng)域的相關(guān)建設(shè)理論在不斷更新變化，為滿足實(shí)際的建設(shè)需求，鋼結(jié)構(gòu)建筑的空間跨度呈現(xiàn)出不斷擴(kuò)張的趨勢(shì)。在這種情況下，雖然使得建筑內(nèi)部空間更加充裕，滿足更多空間使用需求，但也同時(shí)增加了建筑結(jié)構(gòu)的實(shí)際荷載壓力。為此，建筑鋼結(jié)構(gòu)框架的維穩(wěn)控制，以及建筑鋼結(jié)構(gòu)荷載水平的提升則成為了此類建筑建設(shè)中所控制的重點(diǎn)。國(guó)家相關(guān)部門還對(duì)此制定了針對(duì)性的建筑結(jié)構(gòu)安全審查規(guī)范，規(guī)范中要求，大跨度鋼結(jié)構(gòu)建筑所用鋼材質(zhì)量必須過(guò)關(guān)，需應(yīng)用高質(zhì)量高強(qiáng)度的鋼材，且須通過(guò)專業(yè)鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)檢后才能投入使用。

2.3 預(yù)應(yīng)力技術(shù)的運(yùn)用

現(xiàn)階段，預(yù)應(yīng)力技術(shù)在大跨度鋼結(jié)構(gòu)建筑施工中被大力推廣，其對(duì)于建筑鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及穩(wěn)定性的提升大有助益，該技術(shù)的應(yīng)用間接提升了大跨度鋼結(jié)構(gòu)建筑的安全級(jí)別。作為新型技術(shù)之一，還使得建筑實(shí)際應(yīng)用年限得以延長(zhǎng)。在國(guó)家體育館，以及奧運(yùn)羽毛球館等鋼結(jié)構(gòu)建筑中，都有采用預(yù)應(yīng)力體系。

2.4 技術(shù)含量高，設(shè)計(jì)難度大

現(xiàn)階段的大跨度鋼結(jié)構(gòu)建筑具有形式多樣化及結(jié)構(gòu)類型豐富的特點(diǎn)，但是此類建筑的建設(shè)完成需依托現(xiàn)代高新科技，實(shí)際施工中如果缺乏高水平技術(shù)人才的輔助，也難以圓滿完成施工任務(wù)。大跨度鋼結(jié)構(gòu)建筑的建設(shè)工作只依賴建筑設(shè)計(jì)理念并不能付諸于實(shí)踐，期間還需要經(jīng)驗(yàn)豐富的技術(shù)人員對(duì)重要參數(shù)實(shí)施精密計(jì)算和科學(xué)規(guī)劃，才可順利安全的開展作業(yè)。也正是因?yàn)榇罂缍蠕摻Y(jié)構(gòu)對(duì)于工程建設(shè)技術(shù)人員、施工物料以及工藝技術(shù)等的高標(biāo)準(zhǔn)要求，工程建設(shè)工作實(shí)施前，必須做好各準(zhǔn)備工作，才可保證項(xiàng)目建設(shè)成果[3]。

2.5 鋼構(gòu)件生產(chǎn)難度高

大跨度鋼結(jié)構(gòu)建筑的建設(shè)體量通常比較大，其施工中所用的鋼構(gòu)件類型也與常規(guī)建筑鋼構(gòu)件存在差異，為此建設(shè)前需依照工程設(shè)計(jì)要求進(jìn)行專門定制。此類建筑的鋼構(gòu)件預(yù)制有著較高的精度要求，預(yù)制誤差必須嚴(yán)格控制。各鋼構(gòu)件焊接處理時(shí)都需設(shè)置一級(jí)焊縫，為保鋼構(gòu)件焊縫質(zhì)量可達(dá)標(biāo)，焊接前技術(shù)人員要先拼裝鋼構(gòu)件，然后實(shí)施焊接。因鋼構(gòu)件數(shù)量較多，所以工作量非常大，存在一定的施工難度。部分大跨度鋼結(jié)構(gòu)建筑結(jié)構(gòu)組成奇特新穎，鋼構(gòu)件類型也較為特殊，這也會(huì)導(dǎo)致其構(gòu)件預(yù)制難度上升，部分還需引入應(yīng)用新的工藝技術(shù)才可預(yù)制完成。

3 建筑工程大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

3.1 高空原位散裝及單元安裝施工技術(shù)

高空原位散裝施工技術(shù)是指，依照工程設(shè)計(jì)標(biāo)記的位置，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)各部位桿件和連接節(jié)點(diǎn)實(shí)施安裝。應(yīng)用此種技術(shù)進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)施工時(shí)，不需要使用大型起重裝置來(lái)輔助作業(yè)，適用性很強(qiáng)，可用于各種類型的大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工作業(yè)中。但是此種施工技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，如果現(xiàn)場(chǎng)施工規(guī)模較大，將涉及大量的高空作業(yè)，所用鋼材數(shù)量較多，需占用大面積的施工場(chǎng)地，還要應(yīng)用較多支撐材料，建設(shè)工期也比較長(zhǎng)。因此，在一些工期要求相對(duì)寬松，且規(guī)模中等的大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工中，更適合應(yīng)用該技術(shù)。其技術(shù)應(yīng)用關(guān)鍵點(diǎn)就是對(duì)于各鋼結(jié)構(gòu)安裝節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)參數(shù)的控制。

高空原位單元安裝技術(shù)，是在高空原位散裝施工技術(shù)的基礎(chǔ)上升級(jí)改造發(fā)展而來(lái)，其技術(shù)原理相近，主要的區(qū)別在于，該技術(shù)進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)拼接安裝和焊接作業(yè)的時(shí)候，都是在地面完成操作，亦或是在構(gòu)件加工廠中完成。實(shí)際施工中，技術(shù)人員在地面部位進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的拼裝連接，將其劃分拼裝成為條狀單元模塊，或者塊狀的單元模塊之后，再組裝拼接成為整體鋼結(jié)構(gòu)。該技術(shù)應(yīng)用期間高空作業(yè)的工作量明顯減少，安裝期間無(wú)需過(guò)多支撐支架結(jié)構(gòu)，施工成本更低，工期也相對(duì)縮短，且無(wú)論是安全等級(jí)還是安裝質(zhì)量上都明顯進(jìn)步。該技術(shù)應(yīng)用關(guān)鍵點(diǎn)主要在于鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件單元的合理劃分，施工中對(duì)于不同結(jié)構(gòu)類型的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件有著不同的單元?jiǎng)澐址绞健?/p>

3.2 滑移安裝施工技術(shù)

滑移安裝施工技術(shù)分成兩種施工形式，一種為結(jié)構(gòu)滑移式施工，一種為支承滑移式施工。

首先，在應(yīng)用結(jié)構(gòu)滑移式施工技術(shù)進(jìn)行施工時(shí)，先將鋼結(jié)構(gòu)在預(yù)裝施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行局部拼裝，或者整體拼裝，待其拼裝成型之后，使用滑移系統(tǒng)進(jìn)行構(gòu)件運(yùn)輸，將已經(jīng)拼裝完成的構(gòu)件滑移傳送到指定安裝點(diǎn)位進(jìn)行施工，拼裝連接成為整體鋼結(jié)構(gòu)。此種施工技術(shù)應(yīng)用期間不會(huì)與其他專業(yè)的施工產(chǎn)生沖突，可開展同步平行作業(yè)模式。其施工過(guò)程中只需在固定場(chǎng)地實(shí)施構(gòu)件拼裝作業(yè)即可，無(wú)需搭設(shè)復(fù)雜支撐結(jié)構(gòu)和操作平臺(tái)，可節(jié)省施工成本。施工期間不需要使用大型的起重裝置，所用設(shè)備工具簡(jiǎn)單，無(wú)需花費(fèi)過(guò)多精力進(jìn)行場(chǎng)地處理，材料設(shè)備及施工現(xiàn)場(chǎng)便于管理。尤其適用于場(chǎng)地面積不大，大型設(shè)備無(wú)法入場(chǎng)的建筑工程。施工期間有幾個(gè)關(guān)鍵控制點(diǎn)需注意。1)鋼構(gòu)件滑移期間容易造成機(jī)械磨損，嚴(yán)重甚至?xí)?dǎo)致滑移單元被損壞，為此滑移期間要采取措施盡量降低滑移摩擦阻力；2)如果鋼構(gòu)件滑移施工中采用了多個(gè)牽引點(diǎn)，則容易導(dǎo)致滑移單元扭轉(zhuǎn)。為此，操作時(shí)各牽引點(diǎn)需保持同步，技術(shù)人員還應(yīng)實(shí)施臨時(shí)加固，以免不慎扭轉(zhuǎn)[4]。

其次，支承滑移施工需要在鋼結(jié)構(gòu)各安裝節(jié)點(diǎn)部位進(jìn)行支承支架的搭設(shè)，為后續(xù)構(gòu)件安裝提供可操作的平臺(tái)支撐結(jié)構(gòu)，鋼構(gòu)件安裝完成后，支撐架將與其自動(dòng)分離，繼續(xù)滑移完成后續(xù)的鋼構(gòu)件安裝施工直至安裝結(jié)束。此種技術(shù)又可細(xì)分成逐榀滑移技術(shù)和累計(jì)滑移技術(shù)。逐榀滑移技術(shù)是指，將由一榀或者多榀組成的鋼構(gòu)件滑移單元，滑移到指定安裝地點(diǎn)，各單元滑移操作完成后，彼此連接安裝形成整體鋼結(jié)構(gòu)。累計(jì)滑移技術(shù)是指，將滑移單元滑動(dòng)既定距離之后，與其所處地點(diǎn)的下一單元進(jìn)行組裝連接，隨后二者共同滑移，到達(dá)下一地點(diǎn)后與第三個(gè)單元組裝拼接在一起，以此類推，直至最后所有單元的鋼構(gòu)件都拼裝連接成一個(gè)整體。支承滑移施工時(shí)，需要占用鋼結(jié)構(gòu)的跨內(nèi)施工場(chǎng)地，因此更適用于現(xiàn)場(chǎng)周邊不能夠進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)拼裝處理的建筑工程。操作期間務(wù)必保證支承結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固安全，對(duì)其滑移支架滑移運(yùn)行以及停止時(shí)的水平慣力也要科學(xué)控制，必要時(shí)，為優(yōu)化其支撐結(jié)構(gòu)的抗側(cè)強(qiáng)度，需要增加適量斜撐結(jié)構(gòu)。

3.3 整體提升、整體吊裝與整體頂升施工技術(shù)

整體提升施工技術(shù)是指，在地面拼裝鋼結(jié)構(gòu)后，再將起重裝置設(shè)置在鋼結(jié)構(gòu)安裝節(jié)點(diǎn)上方，將拼裝完成的鋼結(jié)構(gòu)整體提升至安裝點(diǎn)位。應(yīng)用此種技術(shù)進(jìn)行施工時(shí)，涉及的高空作業(yè)比較少，借助起重機(jī)設(shè)備實(shí)施操作安全級(jí)別更高。此種施工方式并非是對(duì)鋼結(jié)構(gòu)在安裝原位實(shí)施焊接拼裝，而是整體提升式作業(yè)，施工效率較高。大跨度鋼結(jié)構(gòu)建筑采用整體提升技術(shù)施工的時(shí)候，對(duì)其鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件強(qiáng)度及其穩(wěn)定性的計(jì)算分析非常關(guān)鍵，對(duì)于較為薄弱的部位，需采取針對(duì)性加固策略，防止整體提升施工期間鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形等問(wèn)題。施工期間現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員還要密切關(guān)注其鋼結(jié)構(gòu)位移變化和其構(gòu)件所受應(yīng)力的變化情況，及時(shí)反饋問(wèn)題，及時(shí)處理問(wèn)題。

整體吊裝施工技術(shù)是將鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件在地面施工區(qū)域拼裝成一個(gè)整體之后，使用起重機(jī)設(shè)備，將其吊裝到安裝點(diǎn)位，然后進(jìn)行加固。該技術(shù)原理類似于整體提升技術(shù)，但是區(qū)別在于，其通常用來(lái)吊裝中等寬度的桁架鋼結(jié)構(gòu)施工，而對(duì)于大屋頂類的大跨度鋼結(jié)構(gòu)工程，則更適合應(yīng)用整體提升技術(shù)。該技術(shù)應(yīng)用時(shí)，對(duì)于起重設(shè)備要求較高，必須使用重載型起重機(jī)，施工期間容易與土建作業(yè)產(chǎn)生沖突，不可同步作業(yè)。起重機(jī)停機(jī)點(diǎn)區(qū)域的地面強(qiáng)度必須達(dá)標(biāo)。

整體頂升施工技術(shù)是在大跨度鋼結(jié)構(gòu)各關(guān)鍵支點(diǎn)下方裝設(shè)千斤頂裝置，將柱結(jié)構(gòu)作為滑道，逐步完成鋼結(jié)構(gòu)的頂升處理，直到其到達(dá)預(yù)設(shè)位置。與整體提升技術(shù)相比，在于借助的工具存在區(qū)別，設(shè)備作用位置也有所不同，二者對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)的作用原理是相反的。

3.4 折疊式展開式整體提升技術(shù)

該技術(shù)是一種全新改良型的技術(shù)類型，適用于大跨度網(wǎng)殼型鋼結(jié)構(gòu)與建筑工程的施工技術(shù)。應(yīng)用該技術(shù)施工時(shí)，先將部分環(huán)向桿從網(wǎng)殼鋼結(jié)構(gòu)當(dāng)中抽出，然后將其整體結(jié)構(gòu)劃分成多個(gè)區(qū)域，將網(wǎng)殼鋼結(jié)構(gòu)原本的靜定狀態(tài)轉(zhuǎn)變，變成一個(gè)可運(yùn)動(dòng)可折疊的結(jié)構(gòu)形式。在靠近地面的位置完成鋼結(jié)構(gòu)安裝施工之后，運(yùn)用液壓提升裝置，或者氣壓提升的方式，將鋼結(jié)構(gòu)提升到原定安裝點(diǎn)位，安裝后補(bǔ)充之前抽離的桿件，完成最終施工，令鋼結(jié)構(gòu)重新恢復(fù)到原有的穩(wěn)固狀態(tài)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是將鋼結(jié)構(gòu)由靜態(tài)變?yōu)閯?dòng)態(tài)再變?yōu)樽罱K穩(wěn)固安全的承力結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)施工作業(yè)模式相比優(yōu)勢(shì)較為突出，應(yīng)用此種新型技術(shù)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)提升的過(guò)程中，只要能夠采取措施有效克服其鋼結(jié)構(gòu)自重的影響，就可令鋼結(jié)構(gòu)的可動(dòng)范圍增加，便于更加靈活的實(shí)施調(diào)整，與此同時(shí)也不會(huì)大幅度改變鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部的實(shí)際受力情況。設(shè)計(jì)人員只要科學(xué)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的承重支點(diǎn)，就能夠?qū)崿F(xiàn)工程大跨度鋼結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)距離超高度提升安裝作業(yè)。此種作業(yè)方式在矢跨相對(duì)較大的網(wǎng)殼鋼結(jié)構(gòu)施工中較為適用，無(wú)需高空作業(yè)，可保障參建人員人身安全，也不用搭設(shè)腳手架，經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益顯著。該技術(shù)應(yīng)用期間，其鋼結(jié)構(gòu)提升瞬間各吊點(diǎn)部位水平位移的變化，吊索以及桿件所受內(nèi)力變化情況都是控制的要點(diǎn)[5]。

3.5 整體曲線滑移施工技術(shù)

該技術(shù)是以傳統(tǒng)滑移鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)基礎(chǔ)而延伸創(chuàng)新后產(chǎn)生的新型技術(shù)，具體來(lái)說(shuō)，其是針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)胎架及桁架的整體曲線滑移施工技術(shù)。實(shí)際施工中，將鋼結(jié)構(gòu)桁架在地面施工區(qū)域完成整榀拼接安裝之后，再將其構(gòu)件分段運(yùn)輸?shù)角€滑移的位置，在高空中進(jìn)行拼接組裝，隨后將拼裝好的構(gòu)件滑移到既定點(diǎn)位。該技術(shù)施工中涉及的主要環(huán)節(jié)是地面部分的構(gòu)件分段拼接安裝，高空中的分組拼裝，以及后續(xù)的胎架與桁架結(jié)構(gòu)的整體曲線滑移作業(yè)。該技術(shù)既融合了傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)滑移作業(yè)的優(yōu)勢(shì)，還可在塔吊裝置附近集中完成拼接安裝作業(yè)，其構(gòu)件滑移所用軌道以及塔架，都能夠重復(fù)使用。但是應(yīng)用該技術(shù)進(jìn)行施工的時(shí)候，由于是曲線滑移，所以構(gòu)件的滑移必須要借助專用的曲線牽拉裝置才能完成。施工中對(duì)于滑移所用塔架裝置的結(jié)構(gòu)剛度也有較高的要求，其塔架搭設(shè)成本較高。施工期間需要控制的關(guān)鍵點(diǎn)在于，不同滑移軌道上面，其鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的曲線滑移要保持同步。這是由于鋼構(gòu)件滑移期間，胎架和桁架等構(gòu)件的滑移，為曲線運(yùn)動(dòng)軌跡，二者需要以同角速度運(yùn)行滑移，這就要求各牽引點(diǎn)要以不同的線速度滑移運(yùn)行，最終滿足同一角速度的同步滑移要求。為此施工期間，技術(shù)人員需要隨時(shí)對(duì)滑軌上的滾輪裝置實(shí)施調(diào)整，以確保各構(gòu)件處于同一角速度滑移。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，大跨度鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)階段在建筑工程中較為常見(jiàn)，隨著建筑工程建設(shè)水平的提升，越來(lái)越多的大跨度鋼結(jié)構(gòu)建筑項(xiàng)目也得以建成。大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工相對(duì)普通鋼結(jié)構(gòu)施工存在更大的技術(shù)難度，施工技術(shù)類型多樣化，流程也更加繁瑣，面對(duì)當(dāng)下各類大型建筑項(xiàng)目的建設(shè)需求，單一的施工技術(shù)無(wú)法滿足建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，而是應(yīng)引進(jìn)各類新型大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)，結(jié)合實(shí)際情況組合搭配應(yīng)用，使得工程施工得以安全、高效及高質(zhì)量建設(shè)，以確保大跨度鋼結(jié)構(gòu)最終的施工效果。