大跨度钢结构施工的质量控制
摘要：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发展,并且获得了广泛的应用。本文先就钢结构大跨度钢梁的施工难度进行了论述,之后结合实际工程就大跨度的钢梁制作、运输及现场安装的施工技术进行了相应阐述。
关键词：大跨度钢梁制作 运输 安装 施工技术
近年来,随着改革开放的日益深化和发展,钢结构由于其自重轻,构件截面小,能实现工厂化生产,施工速度快,可重复利用率大等优点,已成为一种新的建筑体系,得到越来越广泛的应用。
1、大跨度空间钢结构施工的特点
大跨度空间结构跨度趋大化,空间结构形式多样化,施工技术复杂化,如“鸟巢”跨度296米,“水立方”跨度177米,广州国际会展中心跨度126.6米,南京奥体中心体育场跨度360米。结构形式不再局限于采用传统的单一结构形式,新的结构形式和各种组合结构形式不断涌现,如“水立方”采用了基于泡沫理论的多面体空间刚架结构、“鸟巢”采用复杂扭曲空间桁架结构、奥运会羽毛球馆则采用世界跨度最大的弦支穹顶结构、广州国际会展中心采用了张弦桁架结构。构件数量和截面类型越来越多,深化设计难度越来越大。一般而言,这类大型工程都由几万个构件,甚至逾10万个构件组成,并且这些构件的截面形式尺寸和长度均不相同,这样给施工单位放样带来极大困难,对于有些弯扭构件,还需进行专门试验和研究才能完成。构件加工难度大,加工精度要求高。这类工程都属于国家重点工程,工程质量要求相当高。只有提高构件加工精度,才能满足质量要求。
2、钢结构重难点工序的施工组织措施
模板固定支架法严格控制地脚螺栓的预埋精度:根据《钢结构工程施工和验收规范》（GB50205-2001）规定,螺孔扩孔需用铰刀铣孔或锉刀锉孔,不得气割。其孔径的扩大不得超过原孔径的1.2倍。图纸规定钢立柱间距偏差≤±1.6mm,因此,为确保安装精度,采取了模板固定支架法控制地脚螺栓的预埋精度。扩大安装单元平移法施工:为减少高空安装工作量,提高工作效率和保证安全,在起重设备能力允许、构件具有足够刚度和可靠稳定性的前提下,尽可能在地面组拼成扩大安装单元,再吊装至安装位置。低温（负温）焊接:本工程施工工期为10～2月份,其中焊接工程大部分在冬季施工,由于温度对焊接的质量的影响较大,需采取措施保证焊接质量。
3、大跨度空间钢结构建设的质量控制
大跨度空间钢结构施工技术的新特点,给大跨度空间钢结构施工带来了机遇与挑战,促进了施工技术的革新。近年来我国多项重点建设项目工程中,研究和实施了许多新的施工技术和方法,填补了国内外大跨度空间钢结构施工工艺的空白,推动了我国此类大跨度空间结构形式的应用和推广,带动了我国相关行业国民经济建设的发展。
3.1 国家体育场大跨度空间钢结构施工工程
国家体育场,钢结构总重4.2万吨,最大跨度343米,是一个大跨度的曲线结构,体育场建筑屋面为马鞍形双曲面,整体结构按照主次分为主结构(包括桁架柱,桁架梁),立面次结构和楼梯,肩部次结构和顶面次结构。主结构构件相互支撑,形成网格状,次结构构件采用与主构件相同的外形尺寸,不规则地分布于主结构的外表面,从而形成体育场独特的“鸟巢”造型。主、次结构构件均为大尺寸焊接薄壁箱形截面,在肩部大量采用空间扭曲箱形构件。多根箱形构件空间交汇形成节点,其构造及其复杂。
该工程的实际施工不仅面临着支撑塔架设置、特大型构件吊装、空间异型构件安装、安装精度控制、铸钢件与高强钢焊接、厚板与低温焊接、冬季施工、结构合拢等方面的技术问题,还面临着主结构安装完成后的支撑塔架卸载与拆除方案、防腐涂装方案及安全措施设置等问题,施工难度相当大。针对这一系列技术上的问题,施工方组织了大跨度空间钢结构技术研究,在吸收以往工程经验的基础上,形成了系列特大型空间异型钢结构工程施工技术:(1)特大型、空间异型钢结构安装综合技术;(2)多功能可拆卸式支承塔架的研发和使用;(3)计算机动态吊装模拟,包括吊装现场平面模拟、巨型钢桁架吊装分段的重心和吊点位置确定及巨型钢桁架吊装全过程工况模拟分析;(4)热电偶自动温度监测系统在合拢温度监测中的应用;(5)分区分级等比例液压同步卸载技术。
3.2 五棵松体育馆大跨度空间钢结构施工工程
五棵松体育场馆主体结构为多层混凝土框架,屋架结构为双向正交鱼腹式空间钢桁架体系,它的比赛场馆的屋顶的轴线跨度为120*120米,屋顶结构支撑于沿建筑物周边布置的二十棵柱子上。钢桁架间距12米,共有26榀。桁架截面共有7种形式,支座处高位6.3米,跨中高6.3米到9.3米,工程特点是:施工时结构受力体系改变大、结构跨度大、结构双向布置、其桁架下弦存在空间关系、单件体型大,构件重、钢结构加工、安装焊接技术难度较大等。在该工程中,施工方根据工程的实际特点,采用整体累积滑移技术进行钢桁架的安装。滑移采用了三滑到施工方法,应用油缸行程自动控制结核榕栅位移传感器闭环检测、人工测量印证的同步控制方法来控制滑移同步,应力应变检测来确保施工期间屋面桁架钢结构及滑道钢结构在滑移及卸载过程中的安全。
4、结语
近二十余年来,建筑物的跨度和规模越来越大,目前,尺度达150m以上的超大规模建筑已非个别,采用了许多新材料和新技术,发展了许多新的空间结构形式。相信随着理论研究的深入和工程实践的大量增加,我国科技人员必将进一步研制开发出适应我国大跨空间钢结构需要的新体系、新技术、新材料,更充分地体现大跨度空间结构的先进性、经济性与合理性,促使我国大跨空间钢结构更积极、健康发展,更好地为我国经济建设服务。
参考文献
[1]遇瑞,罗永峰.大跨度空间钢结构整体吊装施工方法现状的研究[A].2009全国钢结构学术年会论文集[C],2009.
[2]刘音莺.基于经济性能的大跨度钢结构体系的方案选择[D].西安建筑科技大学,2008.