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【摘 要】本文简要介绍了大跨空间钢结构的特点、分类以及施工方法，另外还介绍了一个工程实例补充说明。
【关键词】大跨空间钢结构；施工方法
0.引言
近年来，由于使用功能的要求，常需要一些大跨度的空间。对于大跨度空间(尤其是位于顶层的空间)，结构上做法有多种。如预应力砼结构、网架结构、轻钢结构。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。
1.空间结构的特点与分类
空间结构是一种具有三维空间形体，且在荷载作用下具有三维受力特性的结构，还可以通过合理的曲线形体来有效地抵抗外荷载的影响，具有受力合理、自重轻、造价低以及结构形式多样的特点。大跨度和超大跨度建筑及作为其核心的空间结构技术已成为代表一个国家建筑科技发展水平的重要标志之一。
习惯上，通常将空间结构按形式分为薄壳结构、网架结构、网壳结构、悬索结构和膜结构五大类，但这一分类难于涵盖近年来空间结构发展中出现的新结构，特别是目前发展势头强劲的各类杂交空间结构或组合空间结构。目前，大部分空间结构按其组成基本单元进行分类，这一分类方法与结构分析的计算方法、计算机程序有机结合起来，同时也启发人们去不断创新、开发出新的空间结构形式。
2.大跨空间钢结构施工方法
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。
2.1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。
2.2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。
2.3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：
（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。
2.4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。
2.5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。
2.6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。
2.7折叠展开安装法
折叠展开安装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。
3.工程实例简介
3.1工程概况
山东某年产3000万m2纸面石生膏板生产线的原料均化库，工艺和设备要求建筑跨度为50m，檐口高度为5.37m，中点屋脊高度为17.0m。均化库总储量为5000m3，约可堆料7000t。物料由进料皮带在约10.7m高度从厂房的屋面穿入，把未混匀的料送到中心轴的中间料仓。由中间料仓进入绕中心轴可旋转360度的堆料皮带机（也称布料皮带机）。堆料皮带可调角度为俯角14度，仰角12度。堆料（布料）方式为水平连续合成式。物料安息角为38度，堆料直径可达42.6m。取料形式为全断面取料。料耙绕中心轴可以旋转360度，可调倾角36度-44度。取料机端点运行轨道直径为45m。均化料由耙料机刮板送入中心轴处的地下料仓，再由-7.000地下皮带输送到成型车间。 3.2结构形式和柱网布置
3.2.1结构形式
本工程按工艺和设备的要求，土建结构可以设计成直径为50m的圆形平面，屋面为圆锥形。所有刚架斜梁的中心线均交汇于屋面中心点。但圆形的墙面和圆锥形屋面要求薄壁型钢墙梁和薄壁型钢檩条均为曲梁，不但受弯还要受扭，会造成墙梁和檩条截面加大，或布置间距加密，增加用钢量，加工也很困难。因此，结构设计采用直径为50m的圆周外切等边八角形的平面和八角锥形屋面。所有墙梁和檩条均为直梁，受力合理，制造加工简单。
3.2.2柱网布置
在直径为50m的圆周上，外切等边八角形，每个边长20.71m。每边设3榀主刚架（含角部刚架），共有8榀主刚架16根斜钢梁刚接交汇于中心点。每边另设2榀次刚架，铰接支承在13.910m标高的对边水平尺寸为16m的八角形环梁上。
3.3厂房构件安装
（1）由于均化设备尺寸较大，质量较重，设备占据的空间高度较高，设备的中心部件最上端高度为10.5m。因此，决定先安装均化设备的中心部件—直径为4.34m 的筒体及支承在该筒体上的各层钢平台。虽然工艺和设备设计上不允许中心部件作为厂房永久性的支撑点，但允许在钢平台上架设临时立柱，在厂房钢构件安装阶段作为屋面中心刚性连接盘的临时支承点。待刚架安装好并拧紧高强度螺栓形成了空间刚度之后，拆除临时立柱。利用均化设备的中心部件，作为厂房钢结构安装的临时支承点，从而降低了厂房高度。
（2）吊装各刚架立柱，并加临时支撑固定。
（3）拆除支承中心刚性连接盘的临时立柱。屋面安装檩条及屋面板由上而下，均匀对称地安装，各刚架均匀地共同受力。
3.4优点
（1）门式刚架轻型房屋钢结构最大跨度宜在36m以内，平均高度宜在9m以内。本工程无论是跨度还是高度均超过门式刚架轻型房屋钢结构的规定。但只要设计合理，还是可以突破规定。
（2）中心刚性连接盘与16根斜钢梁刚性连接本身受力比较复杂，但它可以协调各刚架在中心点的内力和变形。使中心刚性连接盘受力均匀，变形均匀。
（3）巧妙地利用刚度较大的中心设备，设立临时支柱支承中心刚性连接盘，使空间钢结构构件的安装变得简单易行。
4.总结与展望
空间钢结构造型越来越新颖，形式越来越复杂，规模越来越大，对其建造施工技术提出了越来越高的要求，人们对复杂空间钢结构的施工技术及施工过程中表现出的诸多力学及关键技术问题愈来愈重视。针对这种情况，科技工作者与施工技术人员通过不断的摸索与学习一定会找出越来越多合理先进的施工方法，使大跨空间钢结构得到更多的应用。
【参考文献】
［１］陈自国,何文跃,杨翔东.大跨度空间轻钢结构厂房的设计及施工.新型建筑材料，2007，2：78~79．
［２］陈胜利.大跨空间钢结构施工控制技术研究.东南大学硕士学位论文，2005．
［３］曹迎春.大跨度建筑施工技术手册[M].北京：当代中国音像出版社，2003：769~795．
［４］郭彦林，崔晓强.大跨度复杂钢结构施工过程中的若干技术问题及探讨[J].工业建筑，2004，34（12）：1~5．
【关键词】大跨空间钢结构；施工方法
0.引言
近年来，由于使用功能的要求，常需要一些大跨度的空间。对于大跨度空间(尤其是位于顶层的空间)，结构上做法有多种。如预应力砼结构、网架结构、轻钢结构。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。
1.空间结构的特点与分类
空间结构是一种具有三维空间形体，且在荷载作用下具有三维受力特性的结构，还可以通过合理的曲线形体来有效地抵抗外荷载的影响，具有受力合理、自重轻、造价低以及结构形式多样的特点。大跨度和超大跨度建筑及作为其核心的空间结构技术已成为代表一个国家建筑科技发展水平的重要标志之一。
习惯上，通常将空间结构按形式分为薄壳结构、网架结构、网壳结构、悬索结构和膜结构五大类，但这一分类难于涵盖近年来空间结构发展中出现的新结构，特别是目前发展势头强劲的各类杂交空间结构或组合空间结构。目前，大部分空间结构按其组成基本单元进行分类，这一分类方法与结构分析的计算方法、计算机程序有机结合起来，同时也启发人们去不断创新、开发出新的空间结构形式。
2.大跨空间钢结构施工方法
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。
2.1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。
2.2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。
2.3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：
（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。
2.4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。
2.5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。
2.6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。
2.7折叠展开安装法
折叠展开安装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。
3.工程实例简介
3.1工程概况
山东某年产3000万m2纸面石生膏板生产线的原料均化库，工艺和设备要求建筑跨度为50m，檐口高度为5.37m，中点屋脊高度为17.0m。均化库总储量为5000m3，约可堆料7000t。物料由进料皮带在约10.7m高度从厂房的屋面穿入，把未混匀的料送到中心轴的中间料仓。由中间料仓进入绕中心轴可旋转360度的堆料皮带机（也称布料皮带机）。堆料皮带可调角度为俯角14度，仰角12度。堆料（布料）方式为水平连续合成式。物料安息角为38度，堆料直径可达42.6m。取料形式为全断面取料。料耙绕中心轴可以旋转360度，可调倾角36度-44度。取料机端点运行轨道直径为45m。均化料由耙料机刮板送入中心轴处的地下料仓，再由-7.000地下皮带输送到成型车间。 3.2结构形式和柱网布置
3.2.1结构形式
本工程按工艺和设备的要求，土建结构可以设计成直径为50m的圆形平面，屋面为圆锥形。所有刚架斜梁的中心线均交汇于屋面中心点。但圆形的墙面和圆锥形屋面要求薄壁型钢墙梁和薄壁型钢檩条均为曲梁，不但受弯还要受扭，会造成墙梁和檩条截面加大，或布置间距加密，增加用钢量，加工也很困难。因此，结构设计采用直径为50m的圆周外切等边八角形的平面和八角锥形屋面。所有墙梁和檩条均为直梁，受力合理，制造加工简单。
3.2.2柱网布置
在直径为50m的圆周上，外切等边八角形，每个边长20.71m。每边设3榀主刚架（含角部刚架），共有8榀主刚架16根斜钢梁刚接交汇于中心点。每边另设2榀次刚架，铰接支承在13.910m标高的对边水平尺寸为16m的八角形环梁上。
3.3厂房构件安装
（1）由于均化设备尺寸较大，质量较重，设备占据的空间高度较高，设备的中心部件最上端高度为10.5m。因此，决定先安装均化设备的中心部件—直径为4.34m 的筒体及支承在该筒体上的各层钢平台。虽然工艺和设备设计上不允许中心部件作为厂房永久性的支撑点，但允许在钢平台上架设临时立柱，在厂房钢构件安装阶段作为屋面中心刚性连接盘的临时支承点。待刚架安装好并拧紧高强度螺栓形成了空间刚度之后，拆除临时立柱。利用均化设备的中心部件，作为厂房钢结构安装的临时支承点，从而降低了厂房高度。
（2）吊装各刚架立柱，并加临时支撑固定。
（3）拆除支承中心刚性连接盘的临时立柱。屋面安装檩条及屋面板由上而下，均匀对称地安装，各刚架均匀地共同受力。
3.4优点
（1）门式刚架轻型房屋钢结构最大跨度宜在36m以内，平均高度宜在9m以内。本工程无论是跨度还是高度均超过门式刚架轻型房屋钢结构的规定。但只要设计合理，还是可以突破规定。
（2）中心刚性连接盘与16根斜钢梁刚性连接本身受力比较复杂，但它可以协调各刚架在中心点的内力和变形。使中心刚性连接盘受力均匀，变形均匀。
（3）巧妙地利用刚度较大的中心设备，设立临时支柱支承中心刚性连接盘，使空间钢结构构件的安装变得简单易行。
4.总结与展望
空间钢结构造型越来越新颖，形式越来越复杂，规模越来越大，对其建造施工技术提出了越来越高的要求，人们对复杂空间钢结构的施工技术及施工过程中表现出的诸多力学及关键技术问题愈来愈重视。针对这种情况，科技工作者与施工技术人员通过不断的摸索与学习一定会找出越来越多合理先进的施工方法，使大跨空间钢结构得到更多的应用。
【参考文献】
［１］陈自国,何文跃,杨翔东.大跨度空间轻钢结构厂房的设计及施工.新型建筑材料，2007，2：78~79．
［２］陈胜利.大跨空间钢结构施工控制技术研究.东南大学硕士学位论文，2005．
［３］曹迎春.大跨度建筑施工技术手册[M].北京：当代中国音像出版社，2003：769~795．
［４］郭彦林，崔晓强.大跨度复杂钢结构施工过程中的若干技术问题及探讨[J].工业建筑，2004，34（12）：1~5．