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1懸索結構

懸索結構主要為由柔性受拉索及其邊緣構件所形成的承重結構。其中，可以將鋼絲束、鋼絲繩、鋼鉸線、鏈條、圓鋼以及其他受拉性能良好的線材作為索的材料。懸索結構主要通過利用高強材料的抗拉性能，它具有跨度大、自重小、材料省、易施工的優勢。懸索結構除在我國的大跨度橋梁工程應用廣泛外，還應用于體育館、飛機庫、展覽館、倉庫等大跨度屋蓋結構中。

2大跨度空間鋼結構及其施工技術的特征

2.1大跨度空間鋼結構特征

2.1.1鋼結構大跨度、鋼材高等級、鋼板足夠厚。當前，我國建筑理念隨著社會經濟的不斷發展，對建筑功能的技術要求也更高，而且現代空間鋼結構的跨度也更大，短向跨度超100m早已廣泛應用于建筑中。國家超限專家審查委員會通過編制大跨結構超限審查的規章制度，以此規定此類大跨度空間鋼結構必須采用大量的高強度級別鋼材，如Q390C、Q420C、Q460E等，確保其鋼板材料等級高、厚度足夠。

2.1.2鋼結構形式及其節點形式多樣性、復雜性。（1）當前現代大跨度空間鋼結構的結構形式較多，其結構形式正不斷創新、發展，主要朝各類結構的組合形式發展。其中，奧運會羽毛球館以世界跨度最大的弦支穹頂作為鋼結構，而廣州國際會展中心以張弦桁架作為鋼結構。水立方以泡沫理論式多面體空間鋼架結構，而鳥巢主要以復雜的空間桁架作為鋼結構。（2）以仿生態建筑作為現代空間鋼結構，空間鋼結構包括鑄鋼節點、鍛鋼節點、球鉸節點等，其節點形式多種多樣，使得建筑形式更為豐富。

2.1.3鋼結構構件數量及截面種類多、設計難度大。大型工程的構件較多，甚至是由幾萬個、十多萬個構件組成，該構件的截面形式、尺寸和長度各不相同，導致施工單位放樣難度加大，尤其是部分彎扭構件必須通過試驗與研究才能完成。

2.2大跨度空間鋼結構施工技術的新特點

2.2.1構件精確度要求高、焊接施工技術工作量大、難度高。（1）由于大部分大跨度空間鋼結構的建筑工程為國家重點工程，其施工質量標準較高。因此，必須保證空間鋼結構的構件部分精度較高，才能確保工程的施工質量滿足工程標準。其中，大部分焊縫的施工質量要求為一級焊縫，嚴重影響工程的施工難度。（2）在進行工程施工時，可以通過預拼裝及大量的焊接工作來確保施工精度，結合、借鑒國外的先進施工技術進行施工，可以有效地完成工程的施工質量目標，包括鋼結構大跨度及鋼結構創新，從而保證工程施工的安全性及建筑工程的經濟效益。

2.2.2結合預應力技術。預應力鋼結構是指采用預加應力調整鋼結構的內力分布，通過向鋼結構施加荷載，可以有效地增強材料強度，并擴大結構剛度。其中，預應力鋼結構采用預加力將鋼結構的受力狀態改變，并將內力峰值降低。預加力可以將作用在構件上的內部荷載相互平衡，可以有效地將構件的截面積減小，便于減少用鋼量。另外，采用預加應力，將鋼結構中的鋼材的拉、壓強度在同一構件中充分發揮并利用，便于加強鋼結構的彈性承載能力。通過采用共同抵抗外荷載作用，將鋼結構中的剛性拱與柔性索結合起來，可以有效地提高高強鋼索的抗拉性能，并充分利用拱的壓彎能力，提高預應力鋼結構的工程施工質量。

3大跨度空間鋼結構的施工技術方法分類

3.1高空原位單元安裝法

高空原位單元安裝法，根據高空原位散裝法進行改變、發展形成。散裝法首先將構件放置于設計位置后，再進行安裝。進行散裝安裝時，應當為施工人員布置高空操作平臺及高空擱置平臺，首先通過設置滿堂作為支撐，然后再在平臺上展開施工。另外，單元安裝法主要是把空間鋼結構分別劃分為多個部分，將各個部分分成單元，進行吊裝。單元安裝法主要通過合理劃分吊裝單元，首先，其單元的大小視選用的起重機能力和結構形式而定。其次，對于空間梁柱結構，可以在反彎點位置設置凈分段；相對于網架結構及網殼結構來說，可以以分塊單元或分條單元的形式，形成穩定性強、剛度強、強度足夠的空間鋼結構，必須確保結構的強度，便于構件在進行安裝時避免發生不可逆的塑性變形，從而影響施工質量，通過將若干單元在工廠預拼接，保證現場單元的順利拼接，提高施工質量。將高空原位單元安裝法與散裝法進行對比，單元安裝法中的施工工序主要為焊接工序、拼接工序，而且大部分工序主要都是在工廠、地面施工，在保障工程的施工質量的同時，不斷提高工程的施工速度，進而可以有效地加快工程的施工效率。此外，采用高空原位單元安裝法可以減少臨時支撐，進而有利于企業降低施工成本，提高其經濟效益。

3.2滑移施工法

只有確保鋼結構的類型規范、整齊、規則化，才能使用滑移施工法，例如圓形結構或長方形結構。另外，必須確保主桁架結構的一致性，支撐軸線規范、整齊。其中，滑移施工法主要用于土建結構、支撐柱等情況，可以有效地降低施工承包；當施工場地較小時，只能在部分區域內進行構件組裝與吊裝。滑移施工技術在我國建筑中應用廣泛，包括鄭州的會展館、深圳的大運會主場館、哈爾濱的會展館、蘇州的國際博覽中心等等，分別應用了滑移施工技術，其施工質量顯而易見。

3.3整體提升施工法

整體提升施工法要求支撐的結構體系質量較高，然而整體提升施工法的施工成本較大，不利于作為類似會展館、體育場等結構形式的施工方法，因此，在進行實際的工程施工中，較少使用整體提升施工法。然而，由于該施工技術對總體鋼結構質量較小，對支撐結構體系要求較低，可以將該施工技術應用于網架結構形式或單位面積含鋼量較低的會展中心屋蓋。

3.4分段吊裝施工技術

分段吊裝施工法中應當由其注重明確起重機的選擇及站位、確定大體積鋼結構的分段與重心選擇的方法。其中，分段吊裝施工法主要用于體育館、會展館等公共建筑的大跨度空間鋼結構工程施工中。

3.5高空散裝施工技術

高空散裝施工技術具有施工安全性、可靠性高的特點，而且容易操作、易于控制，可以有效地保障公共建筑工程的施工質量及施工效率。該方法主要用于工程中單位面積用鋼量不多的建筑工程中，尤其是網架結構、張拉弦的管桁架結構。其中，高空散裝法還應用于山西的自行車館、蘇州國際博覽中心等公共建筑的施工建設中。然而，高空散裝施工技術在施工時所需的腳手搭架量極大，不僅加大了工程的施工成本，而且影響了工程的施工速度及施工效率。

4大跨度空間鋼結構的主要施工工序

4.1煨彎、相關線切割詳圖轉化及施工分析

通過采用主桁架帶一定弧度，可以使得管桁架的設計造型效果較佳，其中，煨彎工序既有中頻加熱煨彎，又包括冷煨彎。它屬于整個鋼結構工程施工中的至關重要工序。一方面，通過采用校正工序，可以順利地開展熱彎與冷彎工序，并保證工程的工序順利開展。另一方面，在進行冷彎工序時，其冷彎規格為800mm×40mm。另外，相貫口施工及焊接的質量與煨彎的精度緊密相關。倘若焊接的誤差大，其相貫口的施工難度也隨之加大。

4.2鑄鋼件施工分析

鑄鋼靜態力學性能較好，且其鑄造成型性較好，可以實現較高質量的工程要求，其中，若鋼結構的節點位置較為復雜時，可以采用鑄鋼節點的方式進行施工，在施工時必須注重這三方面：

4.2.1只有確保鑄鋼件的力學性能符合要求，并結合相應地選擇標準確定鑄鋼件的牌號，確保鑄鋼材質的等級較高，必須符合焊接連接的鑄鋼件質量要求，避免影響鑄鋼件的施工質量及施工進度。

4.2.2通過注重檢查鑄鋼件表面的氣孔處、蜂窩麻面及外形是否有凹坑，通過衡量其外形大小、規格、尺寸及相關壁厚，著重檢查鑄鋼件的內在質量，包括檢查UT、X射線探傷等。

4.2.3焊接鑄鋼件及其他相關構件，通過評定焊接工藝，確保工藝達標，才能使用焊接連接的鑄鋼節點施工方案進行焊接。另外，在進行焊接時，必須確保施工過程中的具體環境溫度及預熱情況達標，并保證焊條的烘烤情況符合要求，尤其要注意在焊接后期對鑄鋼件進行必要的保溫措施。

4.3地面拼裝分析

地面拼裝的方法包括正拼、倒拼或側拼，地面拼裝方法的選擇與桁架結構形式、矢高、地面組裝空間、分段位置、起重機站位等因素息息相關。地面拼裝的質量影響到地面安裝的精度及效果，在地面拼裝時要注意以下幾點：胎架本身的剛度及變形、測量放線及跟蹤、拼裝預起拱及控制措施、調整安裝順序以盡可能保證相貫線隱蔽焊縫的焊接、節點位置尺寸控制精度。

4.4滑移施工、吊點設置分析

在開展吊點設置、滑移施工工序時，設置吊點位置屬于較為簡單的施工工序。但是，若該空間結構屬于異形空間結構，就必須首先建立模型并進行計算，再結合起重機的具體站位情況以及構件的吊物安裝的高度等方面因素來確定具體的吊點位置及長度、具體規格形狀等。此外，當起重機的具體性能、具體空間站位、“卡桿”等因素受限制時，只能以吊物重心的方式進行吊物安裝，或通過借助建模模擬計算和先進的裝備來降低施工的難度。在開展滑移施工過程中，最好配備適量的鋼絞線、爬行器等液壓控制系統。其中，液壓爬行器滑移的應用較為廣泛，它具有可拉、可推同時又可以多點布置等優點。在進行滑移施工時，必須著重處理滑道，確保各大滑移點都能得到同步性控制，并注重保持單位行程的距離，及時改善調節手段、處理滑移點的支撐工序及卸載工序。

4.5施工監測與有限元建模

某異形曲面空間網格管桁架結構建筑投影面積為1.04萬m2，展開面積為1.1萬m2，最高點為28.965m。立柱分格構柱和幕墻柱，格構柱為倒四角錐組合式鋼管柱，幕墻柱為平面桁架，主次桁架為空間異形三維鋼管桁架。內部建A、B兩座四層鋼框架結構橢圓形辦公樓，柱為508X30鋼管混凝土柱，梁為弧形和直線型H型鋼梁。

4.5.1變形測量系統。本工程變形監測系統包括全站儀、棱鏡、電腦等部件。桁架梁撓度變形和承臺支座水平位移主要采用全站儀進行測量，利用棱鏡的反射和折射定律測出實際位移。在主桁架梁的下弦布置6個測點（V1～V6），具體布置位置見圖3圓點處。x和y軸方向如圖所示，Z軸垂直于xy平面向外，坐標原點位于整個結構重心在xy平面的投影處。其效果圖和結構透視圖見圖1、2。

4.5.2應力應變監測系統。傳感器采集信息后，把模擬信號進行調制、處理、轉換為數字信號，通過屏蔽線將信號傳到電腦進行分析處理，圖中的測點即為振弦式應變計的監測點。

4.5.3應力應變測量。選用振弦式應變計作為鋼構件的表面應變監測，重點監測桁架ZG與柱GJ連接處鋼管的應力與應變，包括ZG兩端下弦鋼管和GJ上端與ZG連接的鋼管，具體位置見圖3。當溫度恒定時，振弦張力與應變成正比，應變越大，振弦張力越大。當應變不發生變化而溫度存在變化時，也會使弦的張力發生變化，溫度升高，張力降低，溫度降低，張力升高。這時我們就無法分辨頻率變化是由外界溫度變化還是由外界形變（應變）引起的（10，11）。因此需要考慮振弦熱膨脹和應變同時存在的情況。

5結語

綜上所述，隨著我國科技的不斷發展及我國建筑行業科研人員的不斷深入研究，結合大量相關的工程實踐經驗、新技術、新材料，大跨度空間鋼結構將不斷發展、創新，使其不斷完善，促使我國大跨度空間鋼結構應用更為廣泛，更好地服務于我國的建筑工程與社會。

作者：覃忠單位：廣西寧鐵建筑總公司