大跨度钢结构屋盖安装施工技术的应用研究

    何静

    摘 要：随着大跨度钢结构体系的日益复杂与跨度不断增加，其施工安装技术遇到了新的机遇与挑战。各种传统的钢结构施工方法已不能完全适应当今大跨度钢结构的施工要求，为了适应其结构发展，各种经济高效、安全可靠的新型安装技术不断出现。本文归纳并总结了大跨度钢结构常规及新型的安装施工方法，并分析了其各自的适用条件及特点，旨在为大跨度钢结构的安装施工技术提供理论及技术指导。

    关键词：大跨度；钢结构；安装施工技术

    DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.09.098

    0 引言

    大跨度钢结构安装施工方法多种多样、层出不穷，选择一个安全合理、经济可靠的安装方法是制定安装方案的重点和难点。大跨度钢结构安装施工方法的选择与其结构类型息息相关，同一结构类型可采用多种安装方法，但只有对比选择出最佳安装方法，才能保证工程的施工质量、人员安全、进度要求，才能最大限度的节约成本。

    1 大跨度钢结构常规安装施工方法

    1.1 高空散装法

    高空散装法是先在地面搭设临时支架，再用起重设备将杆件吊至相应的设计位置，然后在已搭设的临时支架上拼装成整体的结构安装方法。高空散装法有全支架法和悬挑法，其中全支架法多用于散件拼装，而悬挑法多用于小拼单元在高空总拼，目前我国全支架法应用广泛。高空散装法的优点是不需要大型起重运输设备，在高空一次拼装完毕，可适应于起重能力薄弱或运输困难的山区，但其缺点是现场高空作业多，临时支架用量大。

    1.2 分条或分块安装法

    分条或分块安装法是指将结构沿长跨分割成若干条状单元或沿纵横两个方向分割成若干块状单元，先将这些单元在地面拼装，然后将其分别用起重设备吊至相应位置，拼装成整体的结构安装方法，对桁架、网架、网壳结构较为适用。该法因大部分的拼装作业是在地面完成的，质量容易保证，并能省去大部分临时支撑，节省时间，降低成本。

    1.3 高空滑移法

    高空滑移法是指将被分割的条状网架单元沿事先设置的滑轨单条或逐条累积后滑移到相应的位置，拼装成整体的安装方法。采用这种方法，结构安装可与下部其他作业平行立体施工，从而缩短工期，同时条状单元可在地面完成拼装后再起吊至平台滑轨上，也可将散件直接吊至平台后拼装，故该方法对起重设备要求不高，成本低，尤其适用于场地狭小、需跨越其他结构设备或进行立体交叉施工的情况。

    1.4 整体安装法

    整体安装法是将结构在地面拼装成型后，直接通过相应的设备将其送至设计位置安装就位的安装方法。这种方法由于在地面完成拼装工作，易于保证结构质量，不需要高大的拼装支架，高空危险作业少。根据使用设备的不同，该法又可分为整体吊装法、整体提升法和整体顶升法。

    （1）整体吊装法：是利用一台或多台起重设备将已成型的结构吊至设计位置，故该法需要起重能力較大的起吊设备，有时需要多台起吊设备同时起吊，技术难度高。

    （2）整体提升法：是利用安装在柱顶的小型设备如升板机、液压千斤顶等将已成型的结构提升至设计位置，该法不需大型起重设备，所需机具和安装工具简单，提升平稳，同步性好，功效高，施工安全。

    （3）整体顶升法：是利用建筑物承重柱作为顶升的支承结构，用千斤顶将已成型的结构顶升至设计标高，特点同整体提升法，只是设备安装位置不同，提升法设备安装在结构上部，而顶升法设备安装在结构下部。

    2 大跨度钢结构新型安装施工方法

    近年来，随着钢结构不断向更大跨度、更高高度和奇特造型发展，钢结构安装施工难度越来越大，对施工技术的要求也越来越高，上述单纯的常规施工方法已难以满足现代钢结构的施工要求，与此同时为了适应结构形式的发展，国内外学者在综合上述常规施工方法优缺点的基础上，研究出了一些新型的安装施工方法，取得了一定的经济效果和社会效益。

    2.1 “攀达穹顶”整体顶升施工法

    穹顶结构使用历史悠久，而近代的壳体结构和空间网架结构就充分利用了穹顶结构的三维立体特征，而穹顶的空间立体性反而成了该结构体系在制作安装时的障碍，攀达穹顶施工法正是为暂时取消穹顶在制作安装过程中的这种立体特性而提出的。

    攀达穹顶施工法的核心思想是通过临时去掉一些杆件并在结构中设置单轴铰使穹状结构在建造的一个时期内暂时成为几何可变体系，从而在施工中可被折叠，结构即可在地面上或在一个相对较低的高度上进行组装。不仅是结构主体，室内外装修、电气及机械设备的安装也可在较低的高度上进行安装，这样便可使安装工作安全、迅速、经济地完成。然后采用吹气设备提高穹顶内的气压或采用千斤顶等顶升设备将其顶升至预定高度就位。当结构达到最终形态后，再将施工中临时去掉的杆件安装在相应位置上，完成整个结构的安装。该法具有施工速度快、造价低、安全可靠及施工质量易得到保障等显著优点。

    2.2 “折叠展开式”整体提升施工法

    目前国内采用整体提升法和整体顶升法对网架、网壳结构的安装运用越来越广泛。但这两种方法在结构提升或顶升的过程中，仅仅是向上平动的过程，内部各点之间并无相对位移，所以这些方法只适用于平板网架或较为扁平的网壳结构，而对曲率较大、失高过高的网壳或网架结构并非优选。日本的川口卫教授针对双曲率网壳结构的施工，提出了较为实用的“折叠展开式”整体顶升施工法。该法是一种新型的网壳结构安装施工方法，基本思路类似于“攀达穹顶”施工原理，是将网壳结构去掉部分杆件，在地面上折叠起来；然后将折叠的网壳结构利用提升设备提升到设计高度；最后补缺去掉的部分杆件，整个施工过程是一个由机构变为结构的变化过程。

    2.3 少支架高空悬挑拼装法

    对于跨度大、高度高、覆盖面积大的网壳结构，若采用传统的全支架安装法，仅脚手架的费用就很高，且脚手架的拆装也需大量的时间，工期和成本必然提高。

    少支架高空悬挑拼装法，是利用网壳结构各节点对集中荷载的承载能力大，且自身刚度大、稳定性好的特点，用已安装好的部分结构作为后续待安装结构的操作面，来完成结构的安装作业的。使用该法，在施工初期，需先按传统的安装方法搭设少量支架，安装3-4跨网壳结构，保证其具有一定的刚度，能够承受后续施工荷载；然后在己安装好的网壳结构节点上悬挂搭设支架，在其上安装后续结构，逐步扩展，直至完成整个结构安装。与传统的全支架安装法相比，该法可大大减少脚手架的用量，同时在地面上可进行立体交叉作业，从而大幅度减少施工成本缩短工期，但由于其高空作业相对较多，也存在一定的安全隐患。

    2.4 整体张拉施工法

    整体张拉施工法适用于柔性结构，尤其是索杆结构和索网结构。

    对于索结构的施工，传统的施工方法普遍采用高空散装法，需搭设大量临时支架，高空作业多，存在很大的安全隐患。

    整体张拉施工法是将索结构在地面整体拼装，然后利用液压千斤顶将索结构同步提升至与周围刚性约束连接，再对整个结构进行整体张拉成形的施工方法。该法避免了高空作业存在的安全隐患，同时减少了大量临时支架的安拆作业，从而节省时间，降低成本，更重要的是在整个提升过程中，能够准确并有效地控制構件的位移、变形和受力状态。

    3 选择安装施工方法的原则

    大跨度钢结构常规的安装施工技术已趋于成熟，应用广泛。目前大部分的钢结构均采用这些安装施工方法。而不同的结构形式和条件所选择的施工方法是不相同的。在选择安装方法时，首先应根据施工现场的具体情况考虑，当施工场地狭窄或需要跨越已有建筑物时，可选择高空滑移法、整体提升法或整体顶升法施工；同时还应考虑设备条件，尽可能利用现有设备，并优先选用中小型常用设备，以降低成本；如果仅从安装大跨度钢结构的角度分析，高空散装法最基本的设备是脚手架，滑移法最基本的动力设备是人工绞车架或卷扬机，顶升法最基本的起重设备是千斤顶；从施工经济的角度来看，如能在地面进行屋面结构、电气、通风设备等的安装，可使费用降低，但同时对吊装、提升、顶升等设备的负荷能力要求会增加；对体育场、展览馆、剧场等下部装修设备工程大的建筑物来说，滑移法可使大跨度结构的拼装与场内土建施工同时进行，从而大大缩短工期降低成本；整体吊装需要大的起重设备，而分条分块安装所需的起重设备就相对小些。

    对于新型的安装施工方法，虽然技术先进，但主要适用于一些特定的结构形式。如“攀达穹顶法”、“折叠展开法”及“少支架高空悬挑法”，主要适用于大型的网架和网壳结构，“折叠展开式”施工法更适用于曲率较大的曲面结构折叠展开的提升过程；“整体张拉法”适用于索结构。

    综上所述，选择何种安装施工方法，要从工程的具体情况出发，结合现场实际情况、起重设备情况以及结构体系的特点，因地制宜地选择出最佳方案。

    4 结语

    随着我国建筑业的迅速发展，人们对建筑物空间的要求将越来越高，建筑结构的施工难度也将越来越大，传统的安装方法已无法满足建造要求，相信工程界将会不断创新出更加先进的安装施工技术，适应更大跨度的建筑结构。

    参考文献：

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    [3]曾祥稳，贺勃涛.现代大跨度钢结构施工技术[J].低碳世界，2018

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    项目基金：陕西国防工业职业技术学院专项科研项目《自锚式悬索结构在大跨度屋盖中的应用研究》（项目编号Gfy18-36）