大跨度钢结构施工要点分析

陈军

摘要：现阶段，我国的建筑需要和建筑理念都在更新，出现了许多新型的复杂建筑，许多大型的公共建筑如机场建筑、体育场馆、会展中心等采用大跨度、复杂空间钢结构作为屋盖的结构体系。现代预应力技术和新型材料的引入丰富了结构空间体形，这些大跨度钢结构建筑造型美观、经济实用、环保节能，是现代建筑的优秀作品。但因为结构体系的和施工难度的复杂性，该技术的发展遇到极大的挑战，本文对大跨度空间钢结构的施工技术进行分析，寻求最优的建筑技术和施工模式。

关键词：大跨度空间钢结构；施工特点；施工技术

引言

大跨度钢结构的建筑应用发展迅速，功能的多样化和美学要求引发施工技术的变革，新材料的开发应用、施工设计的创新、施工工艺中新技术的使用、计算机结构动态的控制等，为大跨度钢结构的推广提供了保障，大跨度空间钢结构建筑向高科技领域、机械化迈进。

1.大跨度空间钢结构施工技术的特点

1.1现代预应力技术的应用效果明显

现代技术和工程实践表明，对工程构件施加预应力可以提高钢材的强度。预应力技术在索穹顶及张拉结构的使用中效果明显，同时对结构的抗震性有明显的增强，增加构件的耐久性，增加使用寿命。

1.2钢板的厚度和等级要求高

大跨度空间钢结构的大跨度和悬臂较大的荷载要求钢材具备足够的强度。传统建筑中梁体和柱体的应用可以减少同一构件的承受荷载。大跨度空间钢结构的设计概念是减少梁柱的支撑，利用悬臂承受荷载的同时克服剪力，这就对钢材的强度和刚度提出较高的要求。

2.钢结构新技术

2.1 高层钢结构新技术

由于高层建筑的性质，在设计结构时，必须严格按照建筑物的高度和设计选择框架、支架等构件。在高层钢结构新技术中，结构构件采用硬质钢筋混凝土和钢管混凝土。刚性钢筋混凝土构件不仅刚度高，而且解决了传统钢结构防火性能差的问题，防火性能大大提高。高层钢结构新技术适用于下部结构或高层建筑。

2.2 空间钢结构技术

空间钢结构以钢管为构件节点、网格、网壳、多层变截面网格等。重量轻，外形美观，比传统钢结构更坚固。空间钢结构技术是目前最先进的钢结构技术之一，可应用于大跨度悬索结构和大跨度空间结构。

2.3 轻钢结构技术

色彩鲜艳的钢结构与屋面围护结构形成全新的轻钢结构。轻钢结构技术，柱距6-9m，跨度30m以上，高度10m。可以安装轻型起重机。不仅质量好，而且安装速度快，投资小，施工不受季节限制，可用于各种工业厂房的建设。

2.4 钢混凝土组合结构技术

由轻钢或钢管与混凝土构件组成的梁柱承重结构为钢筋混凝土组合结构。近些年，应用范围正在扩大。适用于多框架梁、柱和楼板。 承受较大载荷的楼板或高层建筑，如工业建筑的柱子和地面覆盖物。

2.5 钢结构防护技术

钢结构防护包括防火、防锈、防腐等，一般防火漆处理后不需要进行防锈处理，但有腐蚀性气体的建筑物仍需进行防锈处理。国内阻燃涂料种类很多，如TN系列、MC-10等，其中MC-10阻燃涂料具有阻燃、防腐功能。防腐防锈漆包括醇酸漆、氯橡胶漆、氯橡胶漆、氯砜漆。施工时，应根据钢结构形式、耐火等级要求和环境要求，选择合适的油漆和涂层厚度。

3.大直径钢结构安装时的安全管理问题

在大跨度钢框架结构施工中，屋面施工高空作业安全技术管理难度较大，施工单位在制定安全施工方案时必须进行综合分析，严格管理核心难点内容。具体原因如下：首先，由于工人意识问题、对工人安全的不关心和现场管理人员的疏忽，小隐患变成大隐患，最终导致安全事故的发生。另外，工人安全帽在工作时未按需要系紧安全带，或在高处工作时未按需要系好安全带。其次，机械设备问题，钢结构工程跨度大，体积大，需要使用大型工程机械，工具较多。但施工周期长，环境复杂，易受外部环境影响。长期在户外工作会导致绝缘失效和触电，如电焊机。最后，交叉施工问题。从所选项目的结构来看，是大跨度空间钢结构，由于采用自顶向下的施工方法，土建在下边施工由于水平防护不到位，零件板或者焊条掉下去易造成砸伤。

4.钢结构施工技术在大跨度建筑设计中的具体运用

4.1采用钢结构施工技术，通过对大跨度张弦梁结构中下弦柔性索体内施加预应力，可以控制刚性构件的弯矩大小和分布，使结构承载能力显著提高。

4.2钢结构施工技术中，采用张弦梁结构中的刚性构件与下弦柔性索体形成整体的结合刚度后，作为空间受力结构的刚度就远超于传统单纯刚性构件的刚度，在同样的负荷情况下，其变形比单纯刚性构件会小得多，也稳定得多。

4.3钢结构施工在可以保证发挥钢索的柔韧性、抗压性、抗拉性的同时，还可以具有抗压和抗弯能力，使得整个钢结构体系的刚度和形状稳定性大大提高，保证了建筑结构的整体安全性性、坚固性、稳定性。

4.4张弦梁结构中刚性构件的外形可以根据建筑功能和美观功能等要求进行自由选择，同时还可以通过设置小直径的高强度柔性钢索，使得建筑外观轻巧，造型新颖，使其成为能够适用于有多种功能要求的大跨空间建筑的首选结构。

4.5张弦梁结构的构件和节点可以节省钢材，减轻自重，保护环境,还极大地方便该类结构的制作、运输及施工。并可通过控制钢索的张拉力消除部分施工误差，提高工程的质量。

5.大跨度钢结构施工过程的结构分析方法

通常情况下，大跨度钢结构需要持续进行施工，因此其受力情况是一直变化的，前一阶段的位移、内力等都会给下一个阶段带来一定影响，需要对每个阶段的位移、内力等进行比较全面的分析，才能真正提高其施工安全性和可靠性。与此同时，在不同的阶段进行施工，其对应的指标是一直变化的：预应力；约束；温度等等，必须对其进行可靠跟踪，才能将其结构准确反映出来。随着我国建筑行业的快速发展，有限元的发展越来越快，如在进行混合运算时应对如下几种软件的合理应用：MANSYS；MSC等等，可以大大提高各种结构形式的运算准确性。由此可见，上述平台的开发和研究是当前施工过程结构分析的重点，也是未来重要趋势之一。

从力学分析的整体情况来看，运动过程的描述一般采用的是拉格朗日列式法来进行，通常在分析增量非线性时使用得比较多，可以对物体各个点的变化情况进行实时跟踪，以在与虚功原理相结合的基础上获得结构单元的切线刚度矩阵公式。结合上述矩阵公式，以左边转的方式可以获得相关公式，其中包括的参数有：位移向量；荷载向量。在实践施工中，结构如果发生变化，是工程施工必须加强控制的重点，如果构件增多，刚度矩阵也会发生极大变化，需要通过增量迭代的方式来对其计算，才能在以结构件增加前的结构状态为重要基础的情况下，将结构件增加后的状态作为其最终的状态，对于实现增加结构件给结构带来的影响的全面分析有着重要影响。所以在外界荷载出现变化时，结构外荷载也会发生相应的变化，如温度荷载的改变，需要将荷载的变化量增加到原有荷载列阵中并对其进行重新计算，才能真正了解其结构变化情况。

结束语

随着社会经济的飞速发展以及人民生活水平的日益提高，为了建造更大、更强、更长的各种超大型复杂结构物来满足人们对生活空间的追求,大跨度钢结构随之被发展起来,并越来越重视大跨度钢结构的应用，大跨度钢结构应用对于现实生活中具有重要的意义。

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