大跨度鋼結(jié)構(gòu)關(guān)鍵施工技術(shù)的應(yīng)用

1、大跨度鋼結(jié)構(gòu)關(guān)鍵施工技術(shù)的應(yīng)用當(dāng)前，我國社會發(fā)展需要和經(jīng)濟實力的進一步增強，大跨度及空間鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域得到迅猛發(fā)展。 隨著國內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、工業(yè)化、城鎮(zhèn)化建設(shè)的需要，尤其是 2008 年北京奧運會、 2010 年廣州亞 運會及 2011 年深圳世界大學(xué)生運動會的舉辦， 大量場館的建設(shè)為我國大跨度及空間鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展提 供了機遇。從建筑造型看，為了迎合人們審美要求的提高，鋼結(jié)構(gòu)建筑的造型日趨多變。從結(jié)構(gòu)形式 看，大跨鋼結(jié)構(gòu)從比較單一的網(wǎng)架、 網(wǎng)殼逐漸發(fā)展至各式組合雜交體系， 甚至很多其他領(lǐng)域 （如橋梁 ） 的結(jié)構(gòu)形式也移植到大跨鋼結(jié)構(gòu)中來 （ 如深圳萬科中心采用的斜拉橋概念 ） ，結(jié)構(gòu)體系呈現(xiàn)出變化多

2、 端、不斷創(chuàng)新的格局，這都得益于鋼材質(zhì)量均勻的特點。在有限元技術(shù)不斷進步的今天，鋼結(jié)構(gòu)建 筑的性能可比較準(zhǔn)地進行分析控制，建筑師天馬行空般的概念設(shè)計能得以徹底的實現(xiàn)。與此同時， 大跨度及空間鋼結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)也得到跨越式發(fā)展，先進、創(chuàng)新的施工方法層出不窮，不少技術(shù)方 案及措施思路巧妙，令人贊嘆。以下具有地標(biāo)性且結(jié)構(gòu)形式新穎的鋼結(jié)構(gòu)建筑：深圳龍崗區(qū)體育新 城、貴陽奧林匹克體育中心體育場、深圳濱海休閑區(qū)的“深圳灣體育中心”、廣州番禺區(qū)的“廣州 亞運城綜合體育館”、 武漢市青山區(qū)的“武漢新火車站”、 深圳寶安區(qū)的深圳機場航站區(qū) T3 航站樓、 北京朝陽區(qū)的中央電視臺新臺址等都是近年來建筑鋼結(jié)構(gòu)工程成功

3、范例。通過這些特點鮮明的建筑鋼結(jié)構(gòu)的工程實踐， 在大跨鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域， 積累了一系列的施工經(jīng) 驗，筆者將這些施工技術(shù)作簡略的匯總，一方面是對以往工程實踐的總結(jié)，另一方面也為今后的類 似工程提供借鑒，希望起到拋磚引玉的作用。大跨度鋼結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)， 一般主要包含安裝技術(shù)及卸載技術(shù) （ 若有臨時支承 ） ，這里主要 談?wù)劙惭b技術(shù)，對于卸載技術(shù)只結(jié)合具體工程（ 深圳灣體育中心 ） 作簡要探討。根據(jù)結(jié)構(gòu)受力和構(gòu)造特點 （ 包括結(jié)構(gòu)形式、剛度分布、支承形式等） ，在滿足質(zhì)量、安全、進度及經(jīng)濟效益的前提下，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場施工條件和設(shè)備機具等資源落實情況等因素綜合確定安裝方案。常用的安裝方法主要有： 高空原位單元安

4、裝法、整體提升法、滑移安裝法、大懸挑鋼結(jié)構(gòu)無支承安裝法等。當(dāng)然，從近年的發(fā)展看，鋼結(jié)構(gòu)工程將日趨大型化、復(fù)雜化，單一的安裝方法可能不再適 應(yīng)工程的需要，一個工程中往往采用多種不同的安裝技術(shù)，安裝方法在朝集成化的方向發(fā)展。正在 施工的深圳機場 T3 航站樓指廊鋼結(jié)構(gòu)，就采用了“高空原位單元安裝法”及“胎架滑移安裝法”； 深圳灣體育中心 （ 春繭） 則綜合了“高空原位單元安裝法”及“整體提升法”。可見，具體實踐中， 應(yīng)結(jié)合不同部位的結(jié)構(gòu)形式及施工條件等因素，通過不同安裝技術(shù)合理的組合應(yīng)用，去成功完成超 大型、超大跨度鋼結(jié)構(gòu)的安裝。以下先簡要說明上述四種常用安裝方法的適用條件及技術(shù)要點，再 聯(lián)系工程

5、實例介紹這些安裝方法的具體應(yīng)用。高空原位單元安裝法： 是由“高空原位散裝法”演變而來。 所謂“散裝法”一般是指將構(gòu) （桿） 件直接在設(shè)計位置進行安裝的一種方法。采用該法安裝時，需搭設(shè)滿堂支承，以提供構(gòu)件高空 擱置及工人的操作平臺。 由于單件的重量較輕， 此法可有效降低起重設(shè)備的起重要求。 原則上， “散 裝法”可用于任意大跨度鋼結(jié)構(gòu)的安裝，但大規(guī)模的支承體系需用大量支承材料，且支承搭設(shè)時間 長，高空作業(yè)多，工期跨度大，占用大量建筑物內(nèi)場地。因此“散裝法”多應(yīng)用在跨度不大、工期 要求不緊的網(wǎng)架、網(wǎng)殼等空間結(jié)構(gòu)。單元安裝法則是把結(jié)構(gòu)進行合理分塊， 然后將這些分塊單元吊裝至設(shè)計位置安裝， 與“散 裝

6、法”相比，“單元安裝法”雖然也是將結(jié)構(gòu)在原位進行安裝，但大部分的焊接和拼接工作在工廠 或地面完成，有利于提高工程質(zhì)量，減少高空作業(yè)量，加快施工進度，并且所需臨時支承相對較少， 措施成本也得到降低。單元安裝法的重點是吊裝單元的合理劃分， 一般應(yīng)把握以下要點： 單元的大小視選用的起 重機能力和結(jié)構(gòu)形式而定。比如對于大跨度鋼桁架結(jié)構(gòu)，分塊位置不宜在桁架跨中（ 此處彎矩最大，不宜設(shè)置焊縫 ） ；對于梁柱結(jié)構(gòu)，設(shè)計一般建議凈分段位置設(shè)在反彎點位置；對于網(wǎng)架及網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)， 一般可采用分塊或分條的方案；單元必須自成體系，有足夠的穩(wěn)定性、剛度及強度，要求有足夠的 剛度是確保將單元吊裝至設(shè)計位置后，吊裝單元能與相

7、鄰構(gòu)件順利對接；要求有足夠的強度，是確 保單元在吊裝過程中不產(chǎn)生不可逆的塑性變形；為保證現(xiàn)場單元的順利拼接，宜先將若干單元在工 廠預(yù)拼接。當(dāng)結(jié)構(gòu)特點不允許或場地條件的限制，難以使用更高效的滑移或整體提升等安裝方法時， 可選用“單元安裝”。如廣州歌劇院、深圳大運會主體育場及深圳灣體育中心等鋼結(jié)構(gòu)工程均采用 了這種工法?；瓢惭b法一般又可分兩種：結(jié)構(gòu)滑移法、支承滑移法。以下分別介紹兩種方法的施工特 點。結(jié)構(gòu)滑移法： 其基本思路是將結(jié)構(gòu)整體 （ 或局部 ） 先在具備拼裝條件的場地組裝成型， 再利 用滑移系統(tǒng)整體移位至設(shè)計位置的一種安裝方法。采用這種安裝技術(shù)，拼裝場地和組裝用機械設(shè)備 可集中于一塊相對

8、固定的場地，與原位安裝法相比，可減少臨時支承與操作平臺的措施用量，節(jié)約 場地處理和管理成本。先用結(jié)構(gòu)滑移法，其關(guān)鍵的考慮是結(jié)構(gòu)直接在設(shè)計位置施工有難度，例如場 外周邊施工場地有限，跨內(nèi)不能滿足吊裝設(shè)備的正常行走。這一工法的基本構(gòu)成要素只是將“整體 提升工法”中的地面組裝、反力支承、整體提升置換為“橫向移動”，所以本質(zhì)上與提升工法相同。同時，采用此法至少應(yīng)注意幾個要點：結(jié)構(gòu)支承處有利于鋪設(shè)滑移軌道，滑移路線長，效 率越高；滑移單元應(yīng)為幾何不變體系，滑移過程中有足夠的剛度和穩(wěn)定性，盡可能減少滑移時的抵 抗力。當(dāng)采用多點牽引來實現(xiàn)滑移時，為避免結(jié)構(gòu)在滑移過程中發(fā)生扭轉(zhuǎn)，牽引的同步性須得到控 制，若難

9、以保證，則應(yīng)充分計算評估因牽引不同步給滑移單元造成的影響，必要時可為滑移單元進 行臨時加固。 滑移單元在最后固定之前， 結(jié)構(gòu)在移動方向與其正交方向存在著“容易滑移”的趨勢， 因為與設(shè)計支承條件不同， 要防止設(shè)計外 （即滑移平面外 ）的變形， 有必要采取防止“滑落”的對策， 比如在兩側(cè)支承附近設(shè)置自平衡的剛性拉桿或柔性拉索。此外，結(jié)構(gòu)滑移法還包括兩種不同的工藝：逐榀滑移、累積滑移。以桁架結(jié)構(gòu)為例，簡單 說明兩種工藝的區(qū)別。逐榀滑移： 將一榀或由若干榀組成的滑移單元從一端至設(shè)計位置， 各滑移單元之間分別在 高空進行連接，直接形成整體結(jié)構(gòu)。累積滑移： 即將滑移單元在滑軌上只滑移一段 （ 暫不移至設(shè)計

10、位置 ），待連接好下一單元后 再滑移一段距離，如此反復(fù)，逐榀積累，直至將各榀單元推至設(shè)計位置?？偟膩碚f， 在大跨度及空間鋼結(jié)構(gòu)的安裝方法中， 當(dāng)無法設(shè)置臨時支承或使用安裝吊車的 條件不好，即直接在建筑物位置施工有問題時，結(jié)構(gòu)滑移工法可作為解決方案之一。支承滑移法： 支承滑移法是在結(jié)構(gòu)的設(shè)計集團搭設(shè)支承架， 以給結(jié)構(gòu)在原位安裝提供支承 和操作平臺，待該部分結(jié)構(gòu)安裝完成后，支承滑移即與已裝畢的結(jié)構(gòu)脫離。這樣即為相鄰結(jié)構(gòu)的原 位安裝創(chuàng)造了條件，如此循環(huán)，直至結(jié)構(gòu)完成整體安裝。由此，與結(jié)構(gòu)滑移法不同，支承滑移法可 總結(jié)為“結(jié)構(gòu)不滑而支承機構(gòu)滑”，而結(jié)構(gòu)滑移法則是“結(jié)構(gòu)滑而支承機構(gòu)不滑”。采用支承滑移

11、法時， 支承構(gòu)架的設(shè)計除滿足常規(guī)的整體及局部穩(wěn)定外，還要考慮水平動荷載 （啟動及剎車作用引起的水平慣性力 ） ，必要時可增設(shè)大斜撐以提高其抗側(cè)剛度。 總結(jié)起來， 由于此法需占用結(jié)構(gòu)跨內(nèi)場地， 故當(dāng)周邊環(huán)境難以提供結(jié)構(gòu)拼接場地時，支承滑移法可作為解決方案之一。值得注意的是，無論結(jié) 構(gòu)滑移還是支承滑移法，其滑移軌跡除了常規(guī)的直線平移外，曲線滑移也屢見不鮮，頻頻應(yīng)用在工 程實踐中。 整體提升安裝法： 整體提升安裝法是將待安裝的結(jié)構(gòu)在地面或適宜的樓層投影位置組裝成 型，再利用“提升系統(tǒng)”將成型結(jié)構(gòu)整體向上提升至設(shè)計標(biāo)高的一種安裝方法。當(dāng)大跨度鋼結(jié)構(gòu)高 度較高，不利于搭設(shè)支承胎架，提升鋼結(jié)構(gòu)形狀規(guī)則時，

12、整體提升的施工方法可作為選擇方案之一。大跨度懸挑鋼結(jié)構(gòu)無支承安裝法： 所謂大跨度懸挑鋼結(jié)構(gòu)無支承安裝法， 即是在不搭設(shè)支 承機構(gòu)的條件下，以懸挑鋼結(jié)構(gòu)本體的剛度為依托，利用吊裝機械進行高空散件安裝，采用逐步延 伸、階段安裝的方式進行施工。相對高空原位安裝法而言，雖然該工法也是在高空原位附近實施安 裝，但因為完全不設(shè)臨時支承機構(gòu)，施工措施少，施工工藝簡單（無卸載 ） 。適用于結(jié)構(gòu)本體剛度大、穩(wěn)定性好，高度較高的懸挑鋼結(jié)構(gòu)。采用該工法，受自重影響，懸挑段一定會下?lián)?，由此帶來的?擾是構(gòu)件的安裝坐標(biāo)未知，當(dāng)遇到對安裝位形有要求或存在合龍情形時，施工過程中結(jié)構(gòu)的位形控 制是最大的技術(shù)難題之一，這直接關(guān)系到竣工時的結(jié)構(gòu)位形能否滿足要求，以及懸挑段能否順利合 龍。對于大跨度鋼結(jié)構(gòu)建筑，高空原空單元安裝法、滑移安裝法、整體提升法及大跨度懸挑無 支承安裝法是目前幾種