大跨度復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)施工過程中的若干技術(shù)問題及探討

張濤

【摘要】當(dāng)代社會(huì)的快速發(fā)展給建筑行業(yè)帶來了新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，現(xiàn)代化復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)的工程數(shù)量正在逐漸增加。大跨度復(fù)雜結(jié)構(gòu)中運(yùn)用的力學(xué)理論和關(guān)鍵性技能廣泛受到建筑產(chǎn)業(yè)和社會(huì)人士的關(guān)注。本文說明了該結(jié)構(gòu)的特征，探討了它的施工措施和施工工程中要關(guān)注的技術(shù)性問題，以供同行參考。

【關(guān)鍵詞】大跨度;鋼結(jié)構(gòu);施工;技術(shù)

緊跟社會(huì)經(jīng)濟(jì)文化發(fā)展要求的增大，和大眾對(duì)建設(shè)質(zhì)量賞識(shí)能力的提升，大跨度鋼結(jié)構(gòu)因?yàn)樗臉邮接卸喾N多樣，形狀既好看又經(jīng)濟(jì)，而日益受到建筑設(shè)計(jì)者的歡迎[1]。通常而言，對(duì)于現(xiàn)在的大規(guī)模、大空間復(fù)雜的鋼結(jié)構(gòu)，施工裝置設(shè)計(jì)的質(zhì)量直接影響鋼結(jié)構(gòu)形成后的受力情況。所以，設(shè)計(jì)與具體施工技術(shù)工作者應(yīng)認(rèn)識(shí)該結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)情況和構(gòu)造性能，準(zhǔn)確選定構(gòu)造形成和施工措施，尤其是跟蹤和探討大規(guī)模大空間復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)成型施工期間的具體工況，檢測(cè)施工期間該結(jié)構(gòu)的安全性和組裝結(jié)束后該結(jié)構(gòu)的牢固性。

1.大跨度復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)的施工特點(diǎn)

1.1預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用

預(yù)應(yīng)力科技在當(dāng)代建筑行業(yè)的設(shè)計(jì)和具體施工過程中的運(yùn)用，已經(jīng)非常普及。預(yù)應(yīng)力科技在大空間復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)里的運(yùn)用主要在索膜、索穹頂和整體伸縮等創(chuàng)新型結(jié)構(gòu)建筑上。在建筑主結(jié)構(gòu)承受負(fù)荷前，采取施加和載荷作用力相反的預(yù)應(yīng)力，以提高鋼結(jié)構(gòu)的硬度并增加建筑的使用壽命。

1.2材料要求較為嚴(yán)格

隨著大規(guī)模大空間復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)設(shè)計(jì)的多樣化，跨度規(guī)模日益增大。比如，2008年建造的鳥巢中國體育場(chǎng)館跨度為296米，中國游泳中心水立方的跨度是177米，這樣大的建筑規(guī)模，為了保證建筑物的安全和穩(wěn)定，需要憑借高質(zhì)量的建筑用料來保證建筑的牢固性和安全性。

1.3 構(gòu)建施工難度大

大規(guī)模大空間復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)，從字面上來說，它是一種大跨度，結(jié)構(gòu)施工中相對(duì)復(fù)雜，工程量非常大，需要數(shù)萬甚至數(shù)十萬個(gè)部件才可以保證建筑的竣工。在這些機(jī)構(gòu)的很多部件中，它的形式和構(gòu)造也是不同的，大小也大不相同。因此，施工放樣在施工期間造成的難度是極大的，有關(guān)施工過程中運(yùn)用建筑材料構(gòu)造也有較強(qiáng)的特別之處。因此，在應(yīng)用這些建筑材料以前，有必要開展復(fù)雜的測(cè)試，以保證投入應(yīng)用的穩(wěn)定性。

1.4構(gòu)建安裝精度高

大規(guī)模大空間復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)的項(xiàng)目工程一般條件下都是政府重點(diǎn)的項(xiàng)目工程，某種意義上已是國家的象征標(biāo)志，代表著這個(gè)國家的現(xiàn)代化建設(shè)的形象。因此在具體建設(shè)過程中對(duì)項(xiàng)目水平的要求很苛刻，對(duì)建筑材料的加工設(shè)計(jì)要求須保證加工設(shè)計(jì)的精確度，在投入到建筑主體上開展銜接施工時(shí)，對(duì)銜接的要求也非常嚴(yán)格，一定要做到一級(jí)焊縫指標(biāo)。

2.大跨度復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)的施工方法

2.1分塊安裝法

該安裝方式首先把整體結(jié)構(gòu)在地面上分成多個(gè)單元，再把各個(gè)單元提到主體上開展焊接，這個(gè)作業(yè)措施降低了鋪設(shè)在地面需要支柱的個(gè)數(shù)，并能夠按照吊機(jī)的承載力度靈活調(diào)整形狀構(gòu)造單元的大小，從而實(shí)現(xiàn)柔性施工。

2.2高空散裝法

該施工方是一種比較保守的方式。它的安裝原理是把整個(gè)構(gòu)造分成幾塊，再通過懸臂法和全框架法開展高空焊接。該方式適合于螺栓球節(jié)點(diǎn)以及空心球節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)格構(gòu)造。這種構(gòu)造運(yùn)用非焊接方式，如南京市國際展覽中心的屋頂拱架即是應(yīng)用該方式開展建設(shè)的[2]。

2.3整體安裝法

它指的是把整個(gè)構(gòu)造在地面上焊接完成，再用吊裝機(jī)械設(shè)施或者液壓頂升設(shè)施吊裝到設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)高度并固定牢固。該方式可以在地面方便開展焊接，能夠更好地確保焊接的水平，還可以很好地把控構(gòu)造大小，因此更適用于焊接球柵與管桁架。

2.4高空滑移法

該方式包括有兩個(gè)方式，一個(gè)是單滑移，另一個(gè)是累積滑移。前者的施工原理是一個(gè)接一個(gè)滑動(dòng)，再一個(gè)接一個(gè)連接，也即是說，把分割開來的組成一個(gè)接一個(gè)地滑動(dòng)到設(shè)計(jì)指定的高處，然后將它們一個(gè)接一個(gè)地組裝成一個(gè)整體;后一種施工原理是分成段落進(jìn)行連接和滑動(dòng)，也即是說，在將第一段落滑動(dòng)到一定位置后，把它與第二段落焊接，再當(dāng)作一個(gè)整體滑動(dòng)，并且在達(dá)到一定位置后與第三段落焊接，以此類推，一直到完成整個(gè)焊接施工任務(wù)?；瑒?dòng)法從滑動(dòng)主體上可以分滑動(dòng)構(gòu)造法與滑動(dòng)腳手支架法兩種。

3.大跨度復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)施工過程的技術(shù)問題

3.1整體滑移施工技術(shù)

在大規(guī)模大空間鋼結(jié)構(gòu)施工的工作中，最主要的問題是鋼架結(jié)構(gòu)在構(gòu)成整體以前沒有較好的穩(wěn)定性。為了解決這類問題，我們一般運(yùn)用滑動(dòng)施工技能。在滑動(dòng)施工技能施工過程中，采用牽引設(shè)施來進(jìn)行工作。在實(shí)施的具體過程中，將整體結(jié)構(gòu)劃成幾個(gè)較穩(wěn)定的段落結(jié)構(gòu)，沿著設(shè)定位置軌道滑行，從焊接位置滑移到設(shè)計(jì)安裝位置。該種施工方法的優(yōu)點(diǎn)是，它能有效地解決輻射起吊設(shè)施和設(shè)備中不能解決的技術(shù)問題，減少施工建筑場(chǎng)地對(duì)吊裝設(shè)施的需要。然而仍然有許多缺點(diǎn)存在：橋梁構(gòu)造表面的硬度要求很高，它需要設(shè)置軌道，如果發(fā)生牽引困難現(xiàn)象，多方面同步管理的難度增加。

在大規(guī)模大空間鋼架結(jié)構(gòu)建筑施工過程中，為了預(yù)防鋼管或者其他建筑鋼材的起吊時(shí)，必須按照起吊點(diǎn)對(duì)桁架的穩(wěn)定性與強(qiáng)度造成的影響開展異步檢測(cè)。把系統(tǒng)設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)吊點(diǎn)和系統(tǒng)的變化過程中采集樣本的標(biāo)準(zhǔn)提高，位移值也得到提高，極差值保證在15毫米以內(nèi)。千斤頂只可以給鋼架結(jié)構(gòu)給出向上的力，在實(shí)際應(yīng)用中只可以給出縱向制約，所以一定嚴(yán)格檢驗(yàn)計(jì)算結(jié)果的合理性。當(dāng)每個(gè)吊點(diǎn)的位移差值發(fā)生變化時(shí)，鋼架結(jié)構(gòu)也會(huì)發(fā)生改變。所以，對(duì)于位移差值的變化能夠?qū)е履姆N構(gòu)造改變，一定要開展嚴(yán)格的統(tǒng)計(jì)與檢測(cè)，以確保吊裝桁架時(shí)不能產(chǎn)生安全故障。

因?yàn)橛性S多提升點(diǎn)，所以會(huì)發(fā)生許多種位移的現(xiàn)象存在，在預(yù)防危險(xiǎn)產(chǎn)生的同時(shí)，還要必須安全的提升完成。提升點(diǎn)的位移差值會(huì)導(dǎo)致位移部件的內(nèi)力變化，準(zhǔn)確計(jì)算不一樣的位移差值可能會(huì)導(dǎo)致什么狀況發(fā)生，并分析構(gòu)件內(nèi)部作用力的穩(wěn)定性，確保提升期間嚴(yán)格管理提升點(diǎn)與標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)不足15毫米的差異。這樣，該結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定安全的。在具體施工開展過程中，只需確保吊點(diǎn)與標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)之間的位移差值在標(biāo)準(zhǔn)許可內(nèi)，桁架主體就避免產(chǎn)生局部失區(qū)平衡的狀況。

3.2柔性結(jié)構(gòu)的成型問題及分析

據(jù)所知道的，索穹頂構(gòu)造即是一個(gè)典范的空間伸張構(gòu)造，該結(jié)構(gòu)具體施工生產(chǎn)過程中的重點(diǎn)問題是形成鮮明的施工工藝統(tǒng)計(jì)方式。索穹頂構(gòu)造的重點(diǎn)構(gòu)件有脊索、環(huán)索、斜索、外壓鋼環(huán)梁與中心支撐拉鋼環(huán)。在建筑橋梁的歷史資料中，詳細(xì)描述了索穹頂構(gòu)造的構(gòu)建過程，穹頂結(jié)構(gòu)是采取施加不一樣順序與方法的預(yù)應(yīng)力而逐漸構(gòu)建起來的。穹頂施工構(gòu)建的主要工藝流程如下：第一，將中心桁架或者中間張力環(huán)吊至標(biāo)準(zhǔn)位置，然后組建暫時(shí)支撐框架：再一個(gè)接一個(gè)地定位和拉動(dòng)結(jié)構(gòu)的中間部分。其次，固定坡道、脊索與外邊纜繩的連接，由外向里逐一拉動(dòng)纜繩與升降桅桿，第三，把內(nèi)拉環(huán)升高。因?yàn)轳讽敼に囬L(zhǎng)期以來是保密的，且世界上有的橋梁建筑歷史書也是概述了一些比較簡(jiǎn)單的過程，伴隨國內(nèi)橋梁建筑科技的發(fā)展，國內(nèi)有的科技人才與橋梁建筑學(xué)家在穹頂構(gòu)造方面獲得了很好的科研成果，為穹頂在中國的應(yīng)用奠定了良好理論根基[3]。

3.3動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)

伴隨社會(huì)科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)管理工藝逐步引入橋梁建筑產(chǎn)業(yè)，利用大量的互聯(lián)網(wǎng)科技管理來構(gòu)建一個(gè)新的科技領(lǐng)域，提升施工速度與水平是十分重要的。通過對(duì)許多負(fù)面的因素開展計(jì)算分析，能夠很好地探究計(jì)劃的可行性、革新施工設(shè)計(jì)、確保施工水平，在很大范圍內(nèi)保證計(jì)劃的安全性與科學(xué)性，因此檢驗(yàn)不利因素對(duì)構(gòu)造影響幅度是不是合理，并做出科學(xué)的管理措施，幫助項(xiàng)目施工保質(zhì)保量地完成。

3.4滑輪力學(xué)問題及分析

在項(xiàng)目施工期間，鋼架結(jié)構(gòu)部件在提升過程中通常設(shè)置有多個(gè)滑道。一方面是調(diào)節(jié)它的功能，方便于吊裝結(jié)構(gòu)，還有利于提升結(jié)構(gòu)與部件的過程中，便于調(diào)節(jié)它的位置與姿態(tài)，并且實(shí)現(xiàn)相鄰部件與焊接過程中要求的標(biāo)準(zhǔn)。把原有的構(gòu)成、繩索與滑輪結(jié)合起來，組建成新的部件，可符合具體施工期間的運(yùn)用。在具體施工中，為解決場(chǎng)地分配與內(nèi)力配置平衡均勻的問題，可在每側(cè)增加一個(gè)水平桁架桿，再對(duì)該方案開展分析研究。如該部件調(diào)節(jié)到平衡配置時(shí)，再重復(fù)該過程，水平連桿的內(nèi)力值為零時(shí)就完成了。為了便于分析研究，把它們統(tǒng)稱滑輪力學(xué)問題。

3.5施工過程跟蹤模擬計(jì)算及分析

大規(guī)模與超大規(guī)模鋼架結(jié)構(gòu)集體施工中難度存在很大，為了保證施工的有序開展，在施工過程中一般運(yùn)用實(shí)時(shí)跟蹤仿真計(jì)算，以確保這類鋼架構(gòu)造或者部件可以符合硬度、強(qiáng)度和牢固性的需要。當(dāng)橋梁具體施工過程中存在大規(guī)模鋼架構(gòu)造時(shí)，該工程將有很長(zhǎng)的施工周期 。因?yàn)榻ㄖ牧献陨淼囊恍┨攸c(diǎn)與外部原因，我們不能夠確保構(gòu)造與構(gòu)件的內(nèi)力與位移無論在什么情況下都不會(huì)發(fā)生改變。對(duì)此，只可以運(yùn)用跟蹤服務(wù)計(jì)算，適時(shí)都能夠開展保護(hù)手段，保證建筑施工的安全完工[4]。

3.6設(shè)置臨時(shí)支承柱技術(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)安全的影響

在大規(guī)模鋼結(jié)構(gòu)組裝過程中，不可避免地需要設(shè)立暫時(shí)支撐體，在具體操作過程中，因?yàn)闀簳r(shí)支撐體的影響，構(gòu)造的力學(xué)性能發(fā)生了很大變化，構(gòu)造的設(shè)計(jì)應(yīng)力狀態(tài)也發(fā)生了變化，臨時(shí)支撐體處與附近的內(nèi)力可能會(huì)增加，因此使結(jié)構(gòu)部件處在組裝期間受到損壞。在具體施工過程中，假如有暫時(shí)支撐體，會(huì)減小拱腳的橫向推力與垂直反作用力。然而，在暫時(shí)支撐體頂部周圍的桁架構(gòu)件完全不同，暫時(shí)支撐體只能經(jīng)過精確計(jì)算后才可以添加。暫時(shí)支撐體拆除后，拱腳的橫向推力與垂直反作用力將加大。

4.結(jié)語

總而言之，本文對(duì)大跨度大空間復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)的施工工藝開展了研究探討，并由復(fù)雜的立體視角對(duì)近期的有些大跨度大空間復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目展開了觀察，期望這些創(chuàng)新與優(yōu)化的新科技方法可以為中國橋梁建筑行業(yè)添一份力量，讓中國橋梁建筑工藝走得更遠(yuǎn)。

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【中圖分類號(hào)】TU391

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B

【文章編號(hào)】1671-3362（2019）09-0056-03