大跨度空间钢结构施工技术分析

发表时间:2016/3/8   来源:《工程建设标准化》2015年10月供稿   作者:刘林
[导读] 中国核工业华兴建设有限公司 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。

(中国核工业华兴建设有限公司,222042)

【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

        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。
一、大跨度空间钢结构施工技术的特点
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。
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。
3、焊接施工工程量大且要求较高
        大跨度空间钢结构对节点的处理多为焊接施工。焊接的瞬间高温会改变钢材的特性,要在焊接前进行凹槽的准备工作,根据测算的焊接缝隙长度确定凹槽的开设深度,顺应钢构件的剪切力方向摆放固定管材的连接板。
二、大跨度空间钢结构的施工技术
1、计算机技术的应用
        随着科技的进步,计算机技术被充分应用在建筑行业,对建筑模型的数字化模拟和建筑主体的模型设计及建筑施工中的管理控制等都离不开计算机数字化、信息化技术的。钢结构建筑的建筑特点需要用图纸标识每个部位的细节情况,CAD绘图工具的引进实现了三维实体模型的构建,并对钢管节点的设计和处理、钢材的尺寸标注、图层管理等进行有效的数据分析,保证了设计图和模型的可视化、规范化、细节化。同时CAD软件的先进性还表现在文字与图形的有效转换,提高了工作的效率,避免了人工操作中的多种误差。
2、施工仿真技术在施工中的有效应用
        大跨度空间钢结构的技术特点和使用要求需要对施工中和施工后多个环节进行仿真模拟。


首先要对施工过程进行模拟,模拟包括工程的施工情况、设备的安装就位情况、设备的运行、设备的参数关系等;其次要对结构安装时的情况进行模拟,模拟包括构件的变形程度、跨度的大小是否合理等;再次要对钢结构的结构节点进行模拟,模拟包括连结方式及模拟过程采用的技术与实际应用的一致性等。
3、动态控制技术的应用控制效果明显
        施工过程中引进计算机技术实现工程的动态监控。计算机动态控制技术分析计算施工过程的不利因素,借助控算软件实现钢结构的动态设计,修正和优化设计方案,确保施工过程安全和稳定。在钢结构拉杆组合施工过程中,应用动态控制技术中的预应力模拟,对位移结构的预拱控制效果明显。
4、应力应变监测保证施工的安全
        施工测量控制时施工控制的重要组成部分。施工过程中,采用应力应变监测,可以加强对施工测量的控制力度,确保测控数据的有效和精确,保证施工过程中拔杆系统及网壳的安全性。根据应力应变监测系统的数据进行操作分析,可以发现施工中的隐患问题,对整个大跨度空间钢结构的建设施工有重要的安全意义。
5、异型节点的制作技术实现质量的保证
        在节点的深化设计和制作工程中,需要计算机根据相应的演算系统精确计算钢材杆件之间的角度及分支长度,运用联动机床技术加工各分枝圆心杆和节点中心球,应用先进的消失模工艺、采用多冒口、倒注的方法,对铸造的质量进行保证。
6、整体滑移施工技术
        整体滑移施工技术解决了结构形成空间整体前的稳定性问题,滑移工艺利用能够进行同步控制的牵引设备,将分成若干个稳定体的结构按照设计轨道进行水平移动至设计位置,滑移工艺解决了吊装设备不能实现的吊装结构安装问题。
7、安装方法的使用保证了设置的优化
        传统的大跨度空间钢结构的安装施工方法为高空滑移法、高空散装法、整体吊装法、分块安装法等,随着大跨度空间钢结构建筑的造型变化多样和建筑功能的变化,要求对传统的工艺进行革新,寻求经济性与安全性并存的施工方法。根据计算机的模拟技术与施工经验的结合,新型的高空曲线滑移技术、滑架法施工技术、网壳结构折叠展开式整体提升技术等被广泛应用,多种施工方式的配合使用,保证了工程安装的最优化设置。
        结束语:
        大跨度空间钢结构建筑的应用增加了建筑的使用空间和使用功能,结构的特点减少了建筑材料的应用消耗,施工工艺简单安全,有效的节约了施工人力资源和时间的消耗,是符合可持续发展政策的优秀建筑施工工艺,值得推广和应用。但是新技术的应用都伴随众多不稳定的安全因素,需要应用时根据具体的施工要求和施工环境进行优化调整,确保工程的安全和完整,实现工程的能源节约和可持续发展。
参考文献:
[1]邓晖. 大跨度空间结构施工监测与分析[D].中南大学,2007.
[2]赵宪忠,闫伸,陈以一. 大跨度空间结构连续性倒塌研究方法与现状[J]. 建筑结构学报,2013,04:1-14.
[3]丁阳,林伟,李忠献. 大跨度空间结构多维多点非平稳随机地震反应分析[J]. 工程力学,2007,03:97-103.
[4]王彬. 大跨度空间结构风振和地震响应分析[D].浙江大学,2007.
作者简介:
刘林,中国核工业华兴建设有限公司,助理工程师

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