大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)促進(jìn)施工技術(shù)革新

　　近30年來，各種類型的大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)在美、日、歐、澳等發(fā)達(dá)國家發(fā)展很快，其跨度和規(guī)模越來越大，新材料和新技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，結(jié)構(gòu)形式越來越豐富。許多宏偉而富有特色的大跨度建筑已成為當(dāng)?shù)氐南笳餍曰驑?biāo)志性人文景觀。如2000年的悉尼奧運會場館、2002年韓日世界杯場館、2004年雅典奧運會場館和2006年德國世界杯場館等都給人留下深刻印象。

　　我國大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)原來基礎(chǔ)較薄弱，隨著國家經(jīng)濟實力的增強和社會發(fā)展的需要，近10余年來也取得迅猛發(fā)展。特別是2008奧運場館建設(shè)為我國大跨空間鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展提供了巨大機遇，給我國建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)提供了一個展現(xiàn)機會，涌現(xiàn)出大量結(jié)構(gòu)新穎、技術(shù)先進(jìn)的建筑。同時也給施工單位帶來巨大機遇和挑戰(zhàn)。

　　隨著國家游泳中心“水立方”、奧運會主體育場“鳥巢”等體育場館主體結(jié)構(gòu)的相繼完工，其所展現(xiàn)出來的磅礴氣勢令人折服，充分顯示了中國人的聰明才智?？v觀這些現(xiàn)代大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計和施工，具有以下幾個主要特點。

　　結(jié)構(gòu)形式日益多樣化和復(fù)雜化現(xiàn)代大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)已不局限于采用傳統(tǒng)的單一結(jié)構(gòu)形式，新的結(jié)構(gòu)形式和各種組合結(jié)構(gòu)形式不斷涌現(xiàn)?！八⒎健辈捎昧嘶谂菽碚摰亩嗝骟w空間剛架結(jié)構(gòu)：“鳥巢”采用復(fù)雜扭曲空間桁架結(jié)構(gòu);奧運會羽毛球館則采用世界跨度最大的弦支穹頂結(jié)構(gòu);廣州國際會展中心采用了張弦桁架結(jié)構(gòu)。

　　鋼板厚度越來越厚由于建筑功能的需要，現(xiàn)代空間鋼結(jié)構(gòu)跨度越來越大，短向跨度超百米已屢見不鮮，如“鳥巢”跨度296米，“水立方”跨度177米，廣州國際會展中心跨度126.6米，南京奧體中心體育場跨度360米。以致國家超限老師審查委員會專門編制了大跨結(jié)構(gòu)超限審查的規(guī)定。這些大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)采用了大量高強度級別鋼材如Q390C、Q420C、Q460E等高強度厚鋼板，板厚甚至超過100毫米。

　　現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力技術(shù)的大量應(yīng)用預(yù)應(yīng)力作為一項新技術(shù)，得到充分應(yīng)用，涌現(xiàn)了索穹頂、張拉整體結(jié)構(gòu)和索膜結(jié)構(gòu)等新型結(jié)構(gòu)形式。奧運會羽毛球館(北京工業(yè)大學(xué)體育館)采用了世界跨度最大的弦支穹頂結(jié)構(gòu);國家體育館采用了世界跨度最大的雙向張弦梁結(jié)構(gòu)。

　　結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)計難度越來越大現(xiàn)代空間鋼結(jié)構(gòu)大多采用仿生態(tài)建筑，為了滿足建筑造型，采用了各種各樣的節(jié)點形式，如鑄鋼節(jié)點、鍛鋼節(jié)點、球鉸節(jié)點等。構(gòu)件數(shù)量和截面類型越來越多，深化設(shè)計難度越來越大。一般而言，這類大型工程都由幾萬個構(gòu)件，甚至逾10萬個構(gòu)件組成，并且這些構(gòu)件的截面形式尺寸和長度均不相同，這樣給施工單位放樣帶來極大困難，對于有些彎扭構(gòu)件，還需進(jìn)行專門試驗和研究才能完成。

　　構(gòu)件加工難度大，加工精度要求高這類工程都屬于國家重點工程，工程質(zhì)量要求相當(dāng)高。只有提高構(gòu)件加工精度，才能滿足質(zhì)量要求。并且大量焊縫要求一級焊縫標(biāo)準(zhǔn)，給施工帶來極大難度。現(xiàn)場焊接工作量大，施工技術(shù)難度高。為保證施工精度，這些工程都需要進(jìn)行預(yù)拼裝，并且現(xiàn)場焊接工作量特別大。由于結(jié)構(gòu)新、跨度大，為了保證經(jīng)濟、安全，都必須采用先進(jìn)的施工技術(shù)才能順利完成。

　　大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)施工中應(yīng)重點考慮的問題大型空間鋼結(jié)構(gòu)建造過程中施工技術(shù)至關(guān)重要，合理的施工方案和科學(xué)的施工過程分析才能保證結(jié)構(gòu)的安全、經(jīng)濟。目前一些大型空間鋼結(jié)構(gòu)的施工，已突破傳統(tǒng)意義上的施工方法，而是向多學(xué)科、綜合化、高科技領(lǐng)域邁進(jìn)，給傳統(tǒng)施工技術(shù)帶來前所未有的難度和挑戰(zhàn)，需要科研、設(shè)計、施工單位共同研究、開發(fā)，創(chuàng)造出新的更加科學(xué)的施工技術(shù)，來滿足不斷發(fā)展的需要。研究、開發(fā)、創(chuàng)造科學(xué)的施工技術(shù)時，應(yīng)著重考慮以下方面問題。

　　CAD設(shè)計與CAM制造技術(shù)隨著計算機技術(shù)、信息化技術(shù)和先進(jìn)數(shù)控設(shè)備的應(yīng)用，空間鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品需要信息技術(shù)、設(shè)計技術(shù)、制造技術(shù)、管理技術(shù)的綜合應(yīng)用，提高生產(chǎn)效率和實現(xiàn)定制化目標(biāo)，從而提高空間鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的創(chuàng)新能力和管理水平。鋼結(jié)構(gòu)CAD設(shè)計與CAM制造技術(shù)屬于鋼結(jié)構(gòu)輔助制造技術(shù)范疇，包括整體三維實體建模，桿件和板材的優(yōu)化下料，鋼管相貫節(jié)點和各類異型節(jié)點的設(shè)計、分析、制造等。

　　安裝施工仿真技術(shù)隨著工程的不斷大型化，結(jié)構(gòu)施工階段的安全問題日益突出。實際上，有些工程在結(jié)構(gòu)施工過程中的受力狀況完全不同于使用階段，甚至有些工程的結(jié)構(gòu)最不利受力階段出現(xiàn)在施工期間。鋼結(jié)構(gòu)施工安裝仿真技術(shù)主要包括五個方面：a.大型構(gòu)件的吊裝過程仿真;b.施工過程各階段各工況仿真模擬;c.結(jié)構(gòu)安裝的預(yù)變形技術(shù)，包括構(gòu)件的起拱與預(yù)變位;最終實現(xiàn)結(jié)構(gòu)安裝完成后的正確幾何位置;d.結(jié)構(gòu)構(gòu)件的預(yù)拼裝模擬;e.卸載過程模擬。通過仿真計算分析，能預(yù)先充分發(fā)現(xiàn)施工過程中的薄弱環(huán)節(jié)和重點控制部位，能直觀實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)整個施工過程的控制并最終實現(xiàn)正確的形狀尺寸。

　　安裝方法的合理選用所謂選用合理的安裝方法，就是在安全、經(jīng)濟、適用三方面找到一個最佳平衡點。傳統(tǒng)空間鋼結(jié)構(gòu)的施工方法一般有：高空散裝法、分條或分塊安裝法、高空滑移法、整體吊裝法、整體提升法、整體頂升法等?，F(xiàn)代空間鋼結(jié)構(gòu)跨度大、體型復(fù)雜，無固定的安裝模式，并且使用大量新材料、新技術(shù)，若不對這些單一傳統(tǒng)安裝方法進(jìn)行革新或創(chuàng)造，就不能順利完成任務(wù)，有時甚至很難完成任務(wù)。通過大量的工程實踐，涌現(xiàn)出許多具有創(chuàng)新性的施工技術(shù)，如高空曲線滑移技術(shù)、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)折疊展開式整體提升技術(shù)、滑架法施工技術(shù)等。現(xiàn)代空間鋼結(jié)構(gòu)的安裝方法往往是幾種基本方法的巧妙組合或者再創(chuàng)造。同時由于機械設(shè)備、計算理論和計算機技術(shù)的快速發(fā)展，為鋼結(jié)構(gòu)安裝方法的創(chuàng)新提供了有力支持。

?二級結(jié)構(gòu)工程師

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