大跨度钢结构论文(3)

摘 要

大跨钢结构的是经济和社会发展的需要。当今社会经济飞速发展，人民生活水平日益提高，在20世纪后半期土木工程和结构工程所取得的巨大成就鼓舞下，世界各国、尤其是发达国家纷纷筹划建造更大、更高、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。各发达国家为大跨空间结构的发展提供了大量的物力、财力，并定期举办年会和各种学术交流活动（IASS）来发展这种结构形式。

影响大跨空间钢结构选型的因素众多而且比较复杂，单独地考虑任何因素，都将导致大跨空间钢结构选型结果的不准确性程度的增加。然而从实际应用的角度来看，所考虑的因素的增加必然使选型过程过于复杂，加大模型处理的难度。王力的《大跨空间结构选型的因素体系模型》一文曾对此问题进行了详细的阐述。本文以此为依据，从中选出与大跨空间钢结构选型相关的五个因素并作简单化处理，从而构成了大跨空间钢结构选型的简化因素体系模型。

对一个空间钢结构而言，往往有多种可供选择的施工方法，每一种施工方法都有其自身的特点和不同的适用范围。施工方法选择的合理与否将直接影响到工程质量、施工进度、施工成本等技术经济指标。以下简要论述空间钢结构常用的施工方法。

关键词：大跨度；钢结构；选型；施工技术

目 录

摘要 .................................................. I 目 录 ................................................ II

第1章 引言 ............................................ 1

1.1钢结构的发展现状 .................................................................................... 1

1.2 钢结构的发展趋势 ................................................................................... 2

1.3本文的主要研究内容 ................................................................................ 4

第2章 大跨钢结构技术概述 .............................. 5

2.1 大跨度钢结构的主要类容 ....................................................................... 5

2.2我国大跨度钢结构发展的主要特点 ........................................................ 5

2.3大跨度钢结构的应用和在我国的发展情况 ............................................ 8

第3章 大跨度钢结构选型所考虑的因素 ................... 10

3.1跨度因素 .................................................................................................. 10

3.2宽度因素 .................................................................................................. 10

3.3建筑功能 .................................................................................................. 10

3.4荷载类型 .................................................................................................. 11

3.5平面形状 .................................................................................................. 11

第4章 大跨度钢结构施工方法技术 ....................... 13

4.1高空散装法 .............................................................................................. 13

4.2分条(分块)安装法 .................................................................................... 13

4.3高空滑移法 .............................................................................................. 14

4.4整体吊装法 .............................................................................................. 15

4.5整体提升法…………………………………………………………….. 15

4.6整体顶升法……………………………………………………………..16

4.7折叠展开安装法………………………………………………………..17

第5章 结语 ........................................... 19 参考文献 .............................................. 21

第1章 引言

1.1钢结构的发展现状

改革开放以来，我国以经济建设为中心，国民经济取得了很大的发展，1996年我国钢产量首次突破一亿吨，跃居世界第一，为我国的钢结构发展奠定了物质基础。近20年的时间里，我国钢结构事业和其他行业一样，得到了前所未有的繁荣和发展，具体表现在以下几个方面。

1)在设计方法方面，以概率论为基础的一次二阶矩极限状态设计法[《钢结构设计规范》(GBJ17-88)]的设计法代替了半经验、半概率的极限状态设计法[《钢结构设计规范》(TJ17-74)]。现行的新规范[《钢结构设计规范》(GB50017-2003)]仍然采用一次二阶矩极限状态设计法，该方法虽然是一种近似概率设计法，但比以前已进了一大步。完整的全概率法还有待今后的深入和完善。

2)高强度低合金钢的产量和品种有较大的发展，在钢结构中的应用有明显提高。

3)在高层建筑，特别是在超高层建筑中，钢结构得到了较多的应用。最近几年在上海、北京、广州、深圳、香港等大城市建造了不少钢结构超高层建筑，如目前在建的高632m的上海中心(如图1.1)，共有127层，建成后将会成为我国第一高楼，主楼主要采用了混凝土芯筒与钢结构。

图1.1 上海中心建成后的效果图

4)平板网架结构在工业与民用建筑中达到了广泛采用，技术已经非常成熟。与此同时，网壳等其他空间结构也取得了迅速发展，如上海体育场屋盖结构，采

用马鞍形大悬挑钢管空间结构，长轴为288.4m，中间敞开椭圆孔的长轴为213m，短轴为150m，屋盖面积为36100㎡。64榀悬挑主桁架的一端分别固定在32根钢筋混凝土柱上，最大悬挑跨度达73.5m，为世界同类型建筑中悬挑跨度最大的屋盖结构。

5)冷弯薄壁型钢构件在工业与民用建筑中的应用(如檩条、墙梁、屋面板、墙板等)日益普遍。门式钢架轻型房屋钢结构在吊车起重量较小(Q≤20t)和无吊车的厂房、仓库及需要大空间的民用建筑中的应用迅速推广，并在继续发展。

6)钢与混凝土组合梁-板结构、钢管混凝土结构及预应力钢结构等，都得到了不同程度的应用和发展。

7)高强度螺栓在钢结构连接中得到了广泛的应用。

8)在桥梁结构、煤气柜、储液库等板壳结构及起重运输机械金属结构等非房屋类钢结构方面，也取得了非常大的成就。如我国的斜拉桥技术在全世界处于领先水平，现在全国各地建成了不少大跨度斜拉桥和悬索桥。

1.2 钢结构的发展趋势

虽然我国钢结构的工程应用和技术水平都有很大的提高，但和发达国家相比，我们在许多方面还存在较大的差距。因此，在今后的时间里面我们必须从以下几方面进行研究，来不断提高我国的钢结构的技术水平。

(1)低合金等优质高强钢材的研制和应用

目前，除了Q235钢、Q345钢、Q390钢以外，在新规范[《钢结构设计规范》(GB50017-2003)]中又增添了Q420钢，但后者应用于钢结构还需要进一步的研究。为了更好地满足我国钢结构发展需要，今后在钢材的研制和应用方面还需要加强以下几个方面：

1)研制强度更高、综合性能更好的低合金新钢钟。

2)提高低合金钢的产量和在钢结构中应用的比率。

3)改善和提高低合金钢的质量。

(2)结构设计理论和方法的研究

在保证结构安全的前提下，为了充分发挥钢材的作用，更合理的使用钢材，还应该深入研究结构设计理论与方法，使结构和构件的计算方法更能反映实际工作情况。有待研究的问题有：压弯构件的弯扭屈曲问题、薄板屈曲后强度的利用问题、钢结构的塑性设计问题、残余应力对结构强度和稳定性影响问题及门式刚架轻型钢结构体系的整体稳定和结构的空间工作问题等。

(3)轻型钢结构的研究和应用

轻型钢结构主要指薄壁型钢结构及由圆钢和小角钢组成的轻型钢结构。我国自20世纪60年代开始有组织地研究薄壁型钢结构，并批量地用于屋架和檩条等承重结构。1975年制订了我国第一部《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(TJB18-75)和现行的《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB50018-75)，总结和推动了我国轻型钢结构的发展。

(4)钢与混凝土组合构件的研究和应用

钢与混凝土组合构件充分利用了钢材抗拉和混凝土耐压的特性，且使一个构件多种用途，因此是一种非常合理和经济的结构，目前在桥梁和房屋楼盖中已有应用。例如，房屋楼盖中应用的钢梁与钢筋混凝土板组合结构；用压型钢板作为底模，再用抗剪键(常用电焊钉)与混凝土板相连而使压型钢板与混凝土板成为整体工作的组合板；用于地下建筑结构中的钢管混凝土结构等。组合构件是一种很有发展前途的构件形式，有待进一步研究开发。

(5)高层钢结构的研究

近十几年来，我国沿海各大城市建造了大批高层建筑，其中有些采用了钢结构体系或钢结构框架与钢筋混凝土筒体相结合的混合结构体系。但这些建筑物基本上都是引进外资建造的，由国外承担设计，在国内加工制作和安装，完全由国内承包设计的高层钢结构工程很少。因此，我国至今尚缺少高层钢结构的实际设计经验，在理论研究方面与发达国家相比也有一定的差距，今后必须加强这方面的研究工作。

(6)空间结构的研究和应用

网架结构、网壳结构、张拉结构体系等均属于空间结构，这些新技术的应用，在减轻结构自重、提高结构的承载力，节约钢材等方面效果十分明显。

另外，在普通钢结构中施加预应力后形成的预应力钢结构，能增强结构的刚度，提高承载能力，从而节约钢材。预应力钢结构可应用于桁架、梁及框架等结构或构件，但目前应用较少，有待研究和发展。

(7)钢结构的防腐和防火

钢结构的防腐和防火，一直是钢结构设计中需要认真处理的问题，至今仍然爱没有十分有效的措施。因此，在钢结构的维护和防火处理上还需要花费较大的资金投入，加大了钢结构的造价和维护费用。

(8)钢结构设计软件的开发与应用

计算机技术在土木工程中已经得到了广泛应用，计算机辅助设计(Computer Aided Design，简称CAD)对结构设计优化和提高设计效率起到了巨大的作用。目前，我国已自主研制和开发了许多比较成熟的结构设计软件，其中也有钢结构设计软件，但是随着钢结构的不断发展，钢结构设计软件也需要不断地改进和完善。

1.3本文的主要研究内容

本文主要研究了大跨度钢结构的发展和施工安装技术等，具体的研究内容如下：

（1）分析大跨度钢结构的发展现状和发展趋势；

（2）阐述大跨度钢结构的内容、发展特点等；

（3）总结了大跨度钢结构选型所考虑的因素；

（4）总结和介绍大跨度钢结构的施工技术方法及相应典型工程。

第2章 大跨度钢结构技术概述

2.1 大跨度钢结构的主要内容

大跨度钢结构建筑或大跨度结构覆盖范围广、包括内容多，很难用明确的定义来说明。划分普通结构和大跨结构的具体跨度数值也必定是随着建筑技术的不断进步而变动。结合我国当前的实际，有论文提出跨度超过60m的结构可以称为大跨度结构。但由于结构形式的不同（如多跨、连续跨等）和受力特征的不同（如壳体、悬索等），大跨度的范围又有所发展。大跨度结构的结构形式一般可以划分为以下体系，如表2.1：

表2.1大跨度结构形式

2.2我国大跨钢结构发展的主要特点

2.2.1构形式多样化。大跨空间钢结构多姿多彩

自上世纪60年代网架在我国被应用以来，到80~90年代大、中、小跨度的网架几乎已经遍及各地。以90年北京亚运会为例，在兴建的场馆中就有7个馆采用了网架、网壳结构，在这期间机械、汽车、化工、轻工等行业先后兴建了许多大面积工业厂房，其中玉溪卷烟厂兴建的车间面积达13．48万矗(柱网24m×27m)，上海江南造船厂西区装焊车问(144+108)m×60m，设有2台100t，4台20t

上、下两层吊车，采用的三层网架，成为跨度大、吊吨位大的有代表性的车间。首都机场四机位机库(2—153m×90m)、厦门太古飞机维修库(151．5m×70m)都是具有大开口边的大型三层网架结构。在电厂干煤棚中网架、网壳已基本上代替了以往采用的其它类型的结构，如浙江嘉兴电厂干煤棚(L=103．5m)、扬州二电厂干煤棚(L=103．6m)所采用的三芯圆柱面网壳，浙江台州电厂干煤棚(L=80．14m)采用的折线形网壳都取得了良好的技术经济效果，福建漳州后石电厂煤库(D=122．6m)采用的球面网壳，其用钢量比传统方案大幅度下降。北京九华海洋馆(180×320×56．6m)以及国家大剧院(约212×t43×45m)都将采用大型椭球网壳。近年来兴建的大型公共建筑大多都采用了钢管杆件直接汇交的管桁结构，它的外形丰富、结构轻巧，传力简捷、制作安装方便、经济效果好，是当前应用较多的一种结构体系。如深圳机场航站楼二期工程(135m×174m)采用的管桁结构(柱网18m×54m)，就是其中的一项具有代表性的工程。广州新白云机场航站楼主楼(325m×235m)采用了76．9m跨的弧形管桁结构，其截面从筋Φ508×(16—

25)mm(弦杆)～Φ244.5×7.1mm(腹杆)以及咸阳机场二期工程(52m+45m)×234m，南京国际展览中心(94m×273m)，温州会展中心等也都采用了这类结构。和网格结构相比，这类结构由逐杆相连改为上、下弦杆连续设置，可使屋面由单曲率比较方便地形成多曲率，弦杆与腹杆直接汇交相贯，不存在节点连接件。采用杆件相贯连接，其节点钢量可比网格结构减少1～4倍，电焊工作量少2.5倍，结构用钢量可与网格结构持平或有所减小。

2.2.2代预应力技术的引入使大跨度空间钢结构更具活力

在大跨度空间结构中引入现代预应力技术，不仅使结构体形更为丰富而且也使其先进性、合理性、经济性得到充分展示。通过适当配置拉索，或可使结构获得新的中间弹性支点或使结构产生与外载作用反向的内力和挠度而卸载，前者即为斜拉结构体系，后者则为预应力结构体系。这一类“杂交”结构体系将改善原结构的受力状态，降低内力峰值，增强结构刚度、技术经济效果明显提高。目前我国已在80余项大跨空间钢结构工程中应用了预应力技术，如广东清远市体育馆(六点支承，对角柱跨度89m，六块组合型双层扭网壳)在周边设6道预应力索后其用钢量44．3kg/m，约比原方案节省钢材32％，其它一些类型的网壳结构采用预应力技术后一般都可节约30％以上的钢材。目前许多高校对索托结构，索网结构等以高强钢索与钢材为主承重结构的预应力钢结构新体系，正在进行理论研究，积极准备工程实践，可以预期新型的预应力大跨空间钢结构不久即将涌现在各类

建筑中。

2.2.3构新材料的应用进一步推动大跨空间钢结构的发展

在普通碳素钢获得大量应用的同时，不锈钢、铝合金、膜材也在许多大跨度建筑中获得了应用。如上海国际体操馆中心(D=64m)的圆球网壳，上海临沂游泳馆(72x52×58m)的圆柱面网壳以及上海科技城采用的椭球体单层网壳等都是一些大型铝合金网壳结构。网壳杆件材料选用美国6061—T6型材(相当于我国LD30CS铝材)，结构自重仅为一般网壳的1/3。铝材的抗拉强度可达295MPa，屈服强度246MPa。已超过Q235钢的强度指标，但其弹性模量E=6.96×104N／mm2，仅为钢材的1/3，铝合金材料轻质美观，不易腐蚀、便于加工、耐久性好，因而在国际上已有许多专业生产公司建成了较多的铝合金结构。我国天津大学、同济大学、上海现代设计集团、中国建筑科学研究院等已开始进行基础性研究和工程实践，积极进行产品研制、开发。

不锈钢材料(含铬量>12％的铁基耐蚀合金)是随着对装饰与防腐要求的提高而在空间结构中获得应用的，它集装饰、受力、防腐于一体的特点而受青睐。国产不锈钢中的OCrl8Ni9，ICrl8Ni9Ti等就是一些常用的不锈钢材料。天津大学等高校与一些设计、研究单位研制成功在普通碳素钢管筒、封板等零部件采用不锈钢复合技术，开发出不锈钢复合钢管网架，并进行了一些工程实践。既保持了不锈钢与普通碳素钢的优点，又大幅度降低了造价，取得了较好的技术经济效果。

膜结构是当前我国正在兴起的一种空间结构，其中应用较多的是张力膜结构。这是一种以玻璃纤维织物或聚酯纤维织物为基层，以聚四氟乙烯或PVC为涂层的膜材与不同类型的支承体系间的组合，而其支承体系可为索一支柱或索一杆结构,它们常在膜材获得预应力后协同工作。支承体系也可采用杆系结构，如空间桁架，网壳等，即刚性骨架支承张力膜结构。因此膜结构的支承体系仍属各类空间钢结构的范畴。在膜结构兴起的同时也必然为空间钢结构的应用与发展提供了更广阔的空间，上海8万人体育场、虹口体育场、广州新白云机场航站楼候机大厅和南京会展中心等工程所采用的膜结构其支承体系都是一些不同形式的空间钢结构。如上海8万人体育场挑蓬最大悬挑73.5m，57个膜体单元就支承在沿径向、环向布置的空间钢桁架上。南宁会晨中心主厅的主结构体即为一个高度为48m底部在直径为65.5m的旋转双曲面网壳结构，结构内、外层设张力膜，形成了一个别具风格的展览主厅。浙江大学新校区训练馆(45m×150m)所采用的膜结构也是以空间钢结构为其支承骨架(用钢量23kg/m2)。

2.2.4算技术的进步为大跨空间钢结构的发展创造了有利条件

近年来计算技术已经有了长足的进步，许多单位也研制开发了商品化专用设计程序，它们都是建立在理论研究与大量工程实践的基础上而推向市场的。浙大空间网格结构分析设计软件MSTCAD，同济大学钢结构CAD软件3D3S，上海交大空间设计系统SSCAD，中国建筑科学研究院空间网格结构分析设计软件MSGS，广厦钢结构CAD系统，天津空间网架工程公司TJWJ909，海军设计研究院GBSCAD、STSCAD以及北京云光建筑设计咨询开发中心SFCAD等都是一些具有影响的大跨钢结构设计软件。它们一般具有完善的前后处理功能，可在微机上进行复杂的空间网格结构设计。有的软件除用于空间网格结构外，也可用于索、杆、梁体系的设计分析。这些程序的推出为大跨空间钢结构设计提供了有效手段，也为大跨空间钢结构的推广应用创造了有利条件。其中不少软件曾在国内许多大型空间钢结构工程的设计中发挥了重要作用。它们大多具有友好操作界面，在功能上可以包括空间网格结构的三维建模、静动力分析、杆件优化设计、自动生成结构平立面图、杆件布置图、节点详图、材料表及节点零部件加工图。有的还可进行非线性稳定分析，与下部支承结构协同工作的分析等。随着研究的深入，在功能上将更趋完善；涵盖面会不断扩展。

2.3大跨度钢结构的应用和在我国的发展情况

各种类型的大跨空间钢结构在美、日、欧等发达国家发展较快。建筑物的跨度和规模越来越大，跨度超过150m以上的超大规模建筑已非个别；结构形式丰富多彩，采用许多新材料和新技术，发展了许多新的空间结构形式。例如1961年美国建成的匹兹堡会堂，是第一座开合结构，直径达127m。1983年建成的加拿大卡可里加体育馆采用双曲抛物面索网屋盖，其圆形平面直径135m，外形极为美观，迄今仍是世界上最大的索网结构。美国亚特兰大为1996年奥运会修建的佐治亚穹顶（1992年建成）采用新颖的整体张拉式索膜结构，其准椭圆形平面的轮廓尺寸达192×241m。1993年日本建成直径达222m的福冈体育馆，它的屋盖由三块可旋转的扇形网架组成，扇形沿圆周导轨移动，可实现全封闭、开启1/3或开启2/3等不同状态。英国伦敦于1999年建成的千喜穹顶，跨度达300m。这些宏伟而富有特色的大跨度空间钢结构已成为当地的象征性标志和著名的人文景观。

我国的空间钢结构的基础比较薄弱，但随着国家经济实力的增强和社会发展的需要，大跨工业厂房、候机大厅、会展中心、剧院、体育场馆等大型工业、公

共建筑不断涌现，空间钢结构得到了前所未有的飞速发展，并且获得了广泛的应用。从起初的平面桁架、平板网架、单层网架到现在的空间立体桁架、多层网架、各种网壳等等，特别是现代预应力技术的引入，使大跨空间钢结构体形更为丰富，也使其先进性、合理性、经济性得到了充分展示。于是悬索体系、索拱、索网体系、张弦梁、张弦桁架体系、索膜体系、整体张拉体系等一大批新的结构体系应运而生。

第3章 大跨度钢结构选型所考虑的因素

3.1跨度因素

随着社会的进步，人们需要更大的空间结构进行公共活动。中国为2008年奥运会修建的国家体育场和游泳中心，跨度都在200米以上。可以说正是由于人们对大空间结构的需求，引起了各种不同大跨空间钢结构形式的出现。不同的大跨空间钢结构形式适用于不同的跨度。一般的一种大跨空间钢结构形式都有其比较适应的跨度区间，超过该区间其结构空间性能及刚度合适性就会变劣，例如对单层球面网壳，最适合的跨度约为30米至60米；对单层索网体系，最适合的跨度约为50米至100米。因此，在大跨空间钢结构选型中，跨度是结构空间性能及刚度合适性最重要的组成部分之一。

3.2宽度因素

大跨空间钢结构是一种典型的空间受力的结构形式，具有不宜分解为平面结构体系的三维形体，具有三维受力特性，在荷载作用下呈空间工作的结构。因此对大跨空间钢结构来说除了跨度因素影响外，另一向的长度对整体结构的影响也不容忽视。因此本文把宽度作为影响大跨空间钢结构选型的另一重要因素。

3.3建筑功能

建筑的根本任务在于构筑空间——能够服务于人的空间。建筑的成果—建筑物具有功能、技术和艺术综合特征。大跨空间钢结构建筑是由建筑师根据不同的功能（包括物质功能和精神功能）组合形成的综合形象。所考虑的构成因素也比较多，主要包括：采光及通风，保温及隔热，与环境的协调美，建筑形象美，技术美等因素。本文综合考虑，从简化应用的角度出发，把建筑功能因素按照其所得分数分为：高，一般等二类。本文确定的建筑功能的级别，是从对各分项的要求而定出的。具体划分原则及方法详见下述。

所考虑的原则：（1）自然采光及通风：对采光和通风的考虑会影响到结构形体的变化，从而对结构选型的结果产生影响。（2）保温及隔热：大跨空间建筑体量大，容纳人数较多，必须考虑人置身其中的舒适感，但另一方面人们在其中停留的时间不会太长，这个因素也必须加以考虑。（3）与环境的协调美：任何建筑都不可能独立于环境之外，大跨空间建筑基地环境各不相同，其建筑体量的安排、形体的塑造、尺度的处理、风格的创造必将依环境的不同而各有所异。不同环境，一味追求宏伟气魄、自成中心或生搬硬套等情况将会改变，个体设计服从环境设

计将成一条重要原则被贯彻执行。环境为大跨空间建筑创造鲜明的个性准备了条件。（4）建筑形象美：形象美是通过建筑的物质实体来表达的，形象美一般受结构形态的影响。（5）技术美：技术美学与结构形态要建立起有机的联系，就要从结构的各个方面综合考虑，以达到出于人工，宛若天成的目的。

具体评价方法：本文采用一种打分评价方法（1）每一项因素满分为1分，具体分数的确定时取决于建筑物对此功能的要求，这样单项因素考虑完毕。（2）依据各项在建筑功能中所占的重要性，给每个因素赋一权重值，并且各权值的和为1.0。（3）用每一项的分数乘相应的权值，再对各项取和。（4）用得到的和值作为评价的根据。（5）当所有建筑的建筑功能分数确定后，就可以按照人为的分类标准(如：分几类就设定几个等分点的原则作为标准)来确定其具体划为哪一类。

3.4荷载类型

任何建筑物都必须保证其在结构的设计使用期内，具有足够的承载能力。大跨空间钢结构亦不例外。荷载类型一般可分为：以地震荷载为主（地震区设防烈度为7、8、9度）、以风荷载为主（沿海地区）、以雪荷载为主（寒冷地区）、以屋面恒荷载为主（其它地区）等。不同的大跨空间钢结构，在不同的荷载类型下，其构件受力均匀与合理性也是不同的。具体表现为：其一，对不同的荷载类型（如以雪荷载为主和以地震荷载为主），同一大跨空间钢结构（如充气式薄膜结构）的构件受力均匀与合理性是不同的；其二，对同一荷载类型（如以地震荷载为主），采用不同的大跨空间钢结构时（如采用柱面网壳和索网体系），构件受力均匀与合理性是不同的。因此，荷载类型是构件受力均匀与合理性组成部分之一。

本文把根据大跨空间钢结构所处地点的地震荷载、风荷载、雪荷载及建筑物本身的恒荷载和活荷载，根据实际的工程特点从中选出对结构计算起控制作用的可能荷载类型。通过对资料的汇总简分为以下2种类型:

恒荷载+活荷载------------Ⅰ

风荷载+活荷载------------Ⅱ

3.5平面形状

大跨空间钢结构作为空间受力体系，其本身就具有较好的受力性能，但对千差万别的建筑平面形状，采用不同的大跨空间钢结构时其构件受力均匀与合理性也是不同的。现在大跨空间钢结构常用的形状包括：矩形、正多边形、圆形、椭圆形、菱形及组合形。

具体表现为：其一，对不同的建筑平面形状（如圆形和矩形），同一大跨空间

钢结构（如充气式薄膜结构）的构件受力均匀与合理性是不同的。此时，平面形状为圆形时，充气式薄膜结构受力均匀与合理性好；平面形状为矩形时，充气式薄膜结构受力均匀与合理性就不好；其二，对同一建筑平面形状特征（如长宽比L/B为1.6的矩形平面），采用不同的大跨空间钢结构时（如采用柱面网壳结构或双曲抛物面网壳结构），其构件受力均匀与合理性是不同的，此时，采用柱面网壳结构时，构件受力均匀与合理性好；采用双曲抛物面网壳结构时，构件受力均匀与合理性就不好。因此，建筑平面形状是构件受力均匀与合理性组成部分之一。当然在应用中没有必要完全按照

建筑本身的平面形状进行划分，可以按照边界形式进行合理的归并，以达到简化计算的目的。

第4章 大跨度钢结构施工技术方法

4.1高空散装法

将结构的全部杆件和节点（或小拼单元）直接在高空设计位置总拼成整体的安装方法称为高空散装法。

高空散装法分为全支架法（即满堂脚手架）和悬挑法两种。全支架法多用于散件拼装，而悬挑法则多用于小拼单元在高空总拼。该施工方法不需大型起重设备，但现场及高空作业量大，同时需要大量的支架材料和设备。

高空散装法适用于非焊接连接的各种类型的网架、网壳或桁架，拼装的关键技术问题之一是各节点的坐标控制。美国新奥尔良体育馆屋盖球面网壳直径207m，网壳厚度2.24m，屋面层采用压型钢板，拼装时采用部分悬挑的少支架拼装法（图4.1）。

图4.1 美国新奥尔良体育馆屋盖球面网壳安装

4.2分条（分块）安装法

分条（分块）安装法又称小片安装法，是指结构从平面分割成若干条状或块状单元，分别用起重机械吊装至高空设计位置总拼成整体的安装方法。

该方法适用于分割成条（块）单元后其刚度和受力改变较小的结构。分条或分块的大小应根据起重机的负荷能力而定。由于条（块）状单元大部分在地面焊接、拼装，高空作业少，有利于控制质量，并可省去大量的拼装支架。南京国际展览中心钢结构屋盖的安装就是采用了分条（分块）安装法（图4.2）。

图4.2 南京国际展览中心钢屋盖安装

4.3高空滑移法

将结构按条状单元分割，然后把这些条状单元在建筑物预先铺设的滑移轨道上由一端滑移到另一端，就位后总拼成整体的方法称为高空滑移法。

高空滑移法可分下列两种方法（图4.3）：

(a)单条滑移法 (b)逐条累计滑移法

图4.3 高空滑移法

（1）单条滑移法将条状单元一条一条地分别从一端滑移到另一端就位安装，各条单元之间分别在高空再连接。即逐条滑移，逐条连成整体。

（2）逐条累计滑移法先将条状单元滑移一段距离后（能连接上第二条单元的宽度即可），连接上第二条单元后，两条单元一起再滑移一段距离（宽度同上），再接第三条，三条又一起滑移一段距离„„如此循环操作直至接上最后一条单元为止。

高空滑移法的主要优点是：①钢结构的滑移可与其他土建工程平行作业，而使总工期缩短。②端部拼装支架可以利用已建的建筑物，以便空出更多的空间给其他工程平行作业，如果没有现成的支架，可以在一端设置宽度约大于两个节间的拼装平台，条状单元在地面拼装后用起重机吊装到拼装平台，然后进行滑移。③设备简单、成本低，不需大型起重设备，特别在场地狭小或跨越其他结构而使起重机等无法进入的情况下更为合适。

4.4整体吊装法

整体吊装法是指将结构在地面总拼成整体，用起重设备将其吊装至设计标高并固定的方法。

用整体吊装法安装空间钢结构时，可以就地与柱错位总拼或在场外总拼，此法一般适用于焊接连接网架，因此地面总拼易于保证焊接质量和几何尺寸的准确性。其缺点是需要大型的起重设备，且对停机点的地耐力要求较高，同时会影响土建的施工作业。秦山二期核电站钢结构穹顶就是采用整体吊装法进行安装（图

4.4）。

图4.4 秦山二期核电站钢结构穹顶的安装

4.5整体提升法

整体提升法是将结构在地面整体拼装后，起重设备设于结构上方，通过吊杆将结构提升至设计位置的施工方法。

这种施工方法利用小机（如升板机、液压滑模千斤顶等）群安装大型钢结构，使吊装成本降低。其次是提升设备能力较大，提升时可将屋面板、防水层、采暖通风及电气设备等全部在地面施工后，然后再提升到设计标高，从而大大节省施工费用。如上海歌剧院屋盖工程采用整体提升的施工方法，提升质量达6000t（图

4.5）。

图4.5 上海国家大剧院钢屋盖整体提升

4.6整体顶升法

整体顶升法是利用柱作为滑道，将千斤顶安装在结构各支点的下面，逐步地把结构顶升到设计位置的施工方法。整体顶升法与整体提升法类似，区别在于提升设备的位置不同，前者位于结构支点的下面，后者则位于上面，两者的作用原理相反。图4.6为某广场空间网架顶升施工图。

图4.6 网架顶升施工图

4.7折叠展开安装法

折叠展开安装法源于日本法政大学教授川口卫先生开发的Pantadome安装方法。

该方法把一个穹顶看作由径向的拱绕竖向中轴旋转一周而成。因此穹顶的立体空间作用可以分解为径向拱的作用与环向箍作用的叠加。对于杆件组成的网格状网壳来说，去掉部分的环向作用就是去掉一部分环向杆。这样穹顶结构就可以产生1个竖向的、且唯一的自由度。利用穹顶临时具有的自由度，就可以把穹顶折叠起来，在接近地面的高度进行安装。然后利用液压顶升和气压等方式把折叠的穹顶沿其仅有的一维自由度方向顶升到设计高度，完成穹顶的施工过程。

如图4.7所示，具体的施工过程是：在地面组装时暂不安装某些部位的环向杆，等组装完成后，用液压顶升的方法把结构推举到设计标高，然后再连上先前未装的环向杆，这样一个几何可变的机构即被“锁住”而变成一个稳定的几何不变结构。

图4.7 穹顶折叠展开顶升施工

同理，用提升代替顶升，就形成折叠展开提升法，河南南阳鸭河口电厂干煤棚的安装就是采用这种方法（图4.8）。

(a) 网架地面拼装完毕

(b)网架折叠展开提升到位

图4.8 网架折叠展开提升施工

第5章 结语

土木建筑工程当中，钢结构近年来的发展十分迅速，钢结构已经逐步成为各类工程结构中被广泛应用的建筑结构，如工业建筑、文化体育建筑、城市现代化建筑及城乡住宅建设等。从钢材的力学性能和环境保护方面来看，钢结构目前是最理想的建筑材料。大跨度钢结构从一个方面体现了钢结构应用的极大优点，所以对于大跨度钢结构的了解和研究是很重要很有意义的，本文从大跨度钢结构的选型的影响因素和施工技术两方面进行了学习和研究。

(1)结构体系的选择对于一个成功的设计至关重要,它不仅关系到整体结构性能的最佳发挥、影响建筑综合造价，还可能限制建筑的造型和使用功能，因此，它不仅是结构设计的第一步，而且也是非常重要的一步。对于单层民用建筑,结构体系的选择,首先要在结构可行的前提下,最大化的满足人的需求,其次再考虑造型的美观、施工的便利等因素.合理的结构形式应当综合考虑其影响因素：建筑功能、受力性能、经济性能、施工可行性等。

(2)大跨度空间钢结构施工中应重点考虑的问题

大型空间钢结构建造过程中施工技术是至关重要的，合理的施工方案和科学的施工过程分析才能保证结构的安全、经济。目前一些大型空间钢结构的施工，已突破传统意义上的施工方法，向多学科、综合化、高科技领域迈进,给传统施工技术带来了前所未有的难度和挑战。因此需要广大的科研、设计、施工单位共同研究、开发、创造出新的更加科学的施工技术，来满足不断发展的需要。在研究、开发、创造科学的施工技术时，应着重考虑以下几方面问题：

1)CAD设计与CAM制造技术

随着计算机技术、信息化技术和先进数控设备的应用,空间钢结构产品需要信息技术、设计技术、制造技术、管理技术的综合应用,提高生产效率和实现定制化目标,从而提高空间钢结构产品的创新能力和管理水平。

2)安装施工仿真技术

随着工程的不断大型化,结构施工阶段的安全问题日益突出。实际上，有些工程在结构施工过程中的受力状况完全不同于使用阶段，甚至有些工程的结构最不利的受力阶段，出现在施工阶段。钢结构施工安装仿真技术主要包括以下5个方面：①大型构件的吊装过程仿真；②施工过程各阶段各工况仿真模拟；③结构安装的预变形技术，包括构件的起拱与预变位；④结构构件的预拼装模拟；⑤卸载过程模拟。通过仿真计算分析能预先充分发现施工过程中的薄弱环节和重点控制

部位，能直观实现对结构整个施工过程的控制并最终保证正确的形状尺寸。

3)安装方法的合理选用

所谓选用合理的安装方法，就是在安全、经济、适用三方面找到一个最佳平衡点。传统空间钢结构的施工方法一般有:高空散装法、分条或分块安装法、高空滑移法、整体吊装法、整体提升法、整体顶升法等。现代空间钢结构跨度大、体型复杂，无固定的安装模式，并且使用大量新材料、新技术,若不对这些单一传统安装方法进行革新或创造,就不能顺利完成任务,有时甚至很难完成任务。通过大量的工程实践，涌现出了许多具有创新性的施工技术，如高空曲线滑移技术、网壳结构折叠展开式整体提升技术、滑架法施工技术等。现代空间钢结构的安装方法往往是几种基本方法的巧妙组合或者再创造。同时由于机械设备、计算理论和计算机技术的快速发展，为钢结构安装方法的创新提供了有力支持。

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