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【摘要】: 科学技术特别是工程技术的不断发展，推动了大跨度钢结构工程的施工的不断完善。本文对大跨度空间钢结构进行了简单的介绍并结合相关工程实例进行分析。
【关键词】: 大跨度; 钢结构; 桁架拱; 分段吊装
中图分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号：
由于钢材具有硬度高、重量轻、可塑性强以及铸造简单等优势，所以钢结构被广泛应用于日常生活之中，尤其是最近几年钢材市场发展繁荣，产量与质量同步提升，由此出现了大批利用钢结构建造的大跨度结构，比如全国各省会城市的大型体育场、会展场馆以及机场候机厅等。因为大跨度钢铁结构的构造比较特殊，较之传统的钢铁构造，它的设计与施工工序更加严格和复杂。在进行大跨度的钢铁结构建造之时，不仅要合理安排建造次序，还要注意施工负荷下的钢铁构架的承受力，同时还应注意构架在失稳情况下造成的损坏或倾倒问题。
1 大跨度空间钢结构的特点
大跨度空间钢结构是衡量一个国家的土木工程施工技术的重要标尺，目前西方国家、美国、日本等国家大量采用钢结构进行大跨度空间建筑的建设，结构形式日趋多样化，通过对大跨度空间钢结构的设计和施工进行分析可知,其主要具有以下几方面的特征：
1.1结构形式日益多样化和复杂化。如今，大跨度钢铁构架不再受限于传统单一的构架模式，新构架模式与各类组合方式不断出现。例如：泡沫原理所产生的多面体构造被“水立方”巧妙借鉴，复杂多变的桁架构造被“鸟巢”所应用，张弦桁架构架则被广州国际展览中心所运用，而国家奥运会羽毛球场馆则实现了全球最大跨度的弦支穹顶构造的建设。
1.2大跨度构造的钢材厚且等级要求高。由于人们对现代建筑的功能要求越来越多，所以现代钢铁构造的跨度在不断扩大，跨度超过100米的构造更是随处可见，例如：跨度177米的国家游泳中心、跨度达296米的“鸟巢”以及跨度126米的广州国际会展中心，等等。这些大跨度建筑出现的同时也让国家超限建筑审查部门一筹莫展，为此审查部专门出台了大跨度钢铁构架的超限审查规定。这类大跨度的钢铁构架对材料要求非常严格，不仅要达到Q420C/Q460E等高强度级别，同时还要达到一定厚度，比例：80毫米或更大厚度。
1.3高科技预应力的广泛运用。预应力是一种高新科技，它被广泛应用于索穹顶、索膜构造以及张拉一体构造等新型构造中，比如：全球跨度最大的弦支穹顶构造建于北京工业大学体育馆，全球跨度最大的双向张弦梁结构建于国家体育馆。
1.4节点样式多样化。如今，大空间钢铁构造一般借鉴生态建筑，在建筑造型等条件限制下，构造一般运用多样化的节点部件，比如：锻钢类节点、铸钢类节点等等。
1.5部件数目庞大且截面种类多样，难以深入设计。通常情况下，此类建筑由几万或十几万个部件构成，但这些部件的截面样式、大小、长度等都不一样，所以这就加大了施工放样的难度，同时还要完成这些多样化部件的专门测试与研究，由此难度可想而知。
1.6部件难以完成高精度加工，且加工難度很大。因为此类建筑大多属于国家重点建设项目，所以对建筑的质量要求很高。只有保证每个部件加工精确，才能确保整体建筑的质量，同时焊接要达到一级焊接要求，这都加大了施工的难度。
1.7大量高难度的现场焊接工作。为确保建造精准度，此类建筑要进行大量的现场预先拼接、组装及焊接工作。因为部件新且构造跨度大，为了确保部件一次性焊接成功与建造安全及工程的最终顺利完工，所以在建造过程中要运用最先进的施工技术。
2常见的大跨度钢铁构架施工法
大跨度的钢铁构架一般包括网架构造、悬索构造以及网壳部件等，因为受力方式特殊，所以在此类构造施工时要多方考虑各种因素，比如：施工方的机器情况、建造成本及质量和场地限制等。下面对几种常用的施工方法做出了具体的阐述：
2.1高空散装法。高空散装法是把全部部件先进行区分，随后在高空进行一一对接，最后拼接成完整构造的施工方法，这种施工方法可以充分利用高空悬挑以及满堂支撑的方式进行对接。现在国内比较流行的就是满堂支撑法，因为这种方法非常适合节点众多的网状构造，同时对起重机器的要求也不高，但支撑搭建会占用很大一部分材料。
2.2小片安装法。小片安装法即分片分区进行安装，一般是把构架部件在地面先焊接完成并拼接成单元或区，而后利用起重机器将其吊升到预设位置，在高空进行单元式拼接，这种散装方法免去了大部分的地面支撑部件，同时分片分区的安装可以更加灵活的进行施工，还降低了起重机器的施工负荷。
2.3整体构造吊升法。整体构造吊升法是先在地面把全部部件拼接成一个完整的构造，随后利用起重机把整体构造吊起来，升至预定的高空位置后再进行安装与加固的施工方法。整体构造吊升法比较适合中型跨度的桁架构造，但其对起重机要求严格，同时其在施工过程中会受地面工程的严重影响。
2.4整体构造提升法。整体构造提升法是把起重机安置在构架之上，随后将在地面全部拼接完成的构架通过提升装置将其提高到预定的方位。这类建造方法大都利用小的机器安置大的构架，这不仅能有效减少吊装成本，而且还能将整体构造的附属部件（例如：防水隔离层、电路管线、通风装置等）一步提升到预定位置。整体构造提升法不仅节省了安装时间，还减少了安装费用，最重要的是保证了安装的安全性。
2.5整体构造顶升法。整体构造顶升法与整体构造提升法不同，不仅表现在上升的轨迹不同，还体现于提升的机器也不一样。整体构造顶升法先在地面把钢铁部件全部拼接完，将拼接完成的构架柱作为顶升轨迹，随后把千斤顶安置于各构架支撑点的下方，最后一步一步将整个构架向上顶至预定方位的一种建造方法。
2.6拆装折叠安装法。网壳类穹顶构架建造中最常用的方法就是拆装折叠安装法，这类方法是把穹顶的立体构造看作为环向捆绑作用与径向支撑作用的结合。其施工技能的基础思维是，首先把网壳的一部分撑杆去掉，让其变成一个机动性构造，而后网壳构造便可以在地面折叠铺开，进而降低了安装的高空距离，最后在提升机器的帮助下把构架提升到预定方位，最后将拆卸下来的部件安装全，这样能动的构架又变回了之前静定机构。
3工程实例
现在以北京工业大学的体育馆为例，该体育馆应用的是弦支穹顶结构，穹顶的纵向长度长度为150m左右，横向长度为120m左右，且上弦杆、下弦杆分别为单层网壳与拉索结构。工程按照精度要求很高，技术复杂，且跨度为目前世界最大的。其效果图如图1所示。
图1 穹顶结构示意图
本工程在施工时首先编制了验收标准，对施工的质量进行了理论控制，并应用数值模拟软件，对工程施工顺序与预应力张拉方式与加载幅度进行模拟分析，技术上控制施工的安全性与可靠性；其次，由于预应力在进行张拉时存在交替工程，所以进行网壳施工时采取了两阶段搭设；再次，为了保证钢结构按照的精度，还有反复对构件的相对位置进行测控；最后，根据事先的仿真模拟方案，按照自外向内的张拉顺序对预应力筋进行张拉，且根据计算数值调整张拉值大小。
4 结语
大跨度空间钢结构发展要求不断提高，这对施工技术的要求也日趋增大。施工技术作为一门应用学科，需要不断完善不断创新。通过工程实践与理论分析，促进大跨度空间钢结构施工技术的更高层次发展。
参考文献：
[1]鲍广.钢结构施工技术及实例[M].北京:中国建筑工业出版社, 2005
[2]谢巍．大跨度钢桁架结构分段吊装技术研究与应用[D].重庆: 重庆大学，2008
【关键词】: 大跨度; 钢结构; 桁架拱; 分段吊装
中图分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号：
由于钢材具有硬度高、重量轻、可塑性强以及铸造简单等优势，所以钢结构被广泛应用于日常生活之中，尤其是最近几年钢材市场发展繁荣，产量与质量同步提升，由此出现了大批利用钢结构建造的大跨度结构，比如全国各省会城市的大型体育场、会展场馆以及机场候机厅等。因为大跨度钢铁结构的构造比较特殊，较之传统的钢铁构造，它的设计与施工工序更加严格和复杂。在进行大跨度的钢铁结构建造之时，不仅要合理安排建造次序，还要注意施工负荷下的钢铁构架的承受力，同时还应注意构架在失稳情况下造成的损坏或倾倒问题。
1 大跨度空间钢结构的特点
大跨度空间钢结构是衡量一个国家的土木工程施工技术的重要标尺，目前西方国家、美国、日本等国家大量采用钢结构进行大跨度空间建筑的建设，结构形式日趋多样化，通过对大跨度空间钢结构的设计和施工进行分析可知,其主要具有以下几方面的特征：
1.1结构形式日益多样化和复杂化。如今，大跨度钢铁构架不再受限于传统单一的构架模式，新构架模式与各类组合方式不断出现。例如：泡沫原理所产生的多面体构造被“水立方”巧妙借鉴，复杂多变的桁架构造被“鸟巢”所应用，张弦桁架构架则被广州国际展览中心所运用，而国家奥运会羽毛球场馆则实现了全球最大跨度的弦支穹顶构造的建设。
1.2大跨度构造的钢材厚且等级要求高。由于人们对现代建筑的功能要求越来越多，所以现代钢铁构造的跨度在不断扩大，跨度超过100米的构造更是随处可见，例如：跨度177米的国家游泳中心、跨度达296米的“鸟巢”以及跨度126米的广州国际会展中心，等等。这些大跨度建筑出现的同时也让国家超限建筑审查部门一筹莫展，为此审查部专门出台了大跨度钢铁构架的超限审查规定。这类大跨度的钢铁构架对材料要求非常严格，不仅要达到Q420C/Q460E等高强度级别，同时还要达到一定厚度，比例：80毫米或更大厚度。
1.3高科技预应力的广泛运用。预应力是一种高新科技，它被广泛应用于索穹顶、索膜构造以及张拉一体构造等新型构造中，比如：全球跨度最大的弦支穹顶构造建于北京工业大学体育馆，全球跨度最大的双向张弦梁结构建于国家体育馆。
1.4节点样式多样化。如今，大空间钢铁构造一般借鉴生态建筑，在建筑造型等条件限制下，构造一般运用多样化的节点部件，比如：锻钢类节点、铸钢类节点等等。
1.5部件数目庞大且截面种类多样，难以深入设计。通常情况下，此类建筑由几万或十几万个部件构成，但这些部件的截面样式、大小、长度等都不一样，所以这就加大了施工放样的难度，同时还要完成这些多样化部件的专门测试与研究，由此难度可想而知。
1.6部件难以完成高精度加工，且加工難度很大。因为此类建筑大多属于国家重点建设项目，所以对建筑的质量要求很高。只有保证每个部件加工精确，才能确保整体建筑的质量，同时焊接要达到一级焊接要求，这都加大了施工的难度。
1.7大量高难度的现场焊接工作。为确保建造精准度，此类建筑要进行大量的现场预先拼接、组装及焊接工作。因为部件新且构造跨度大，为了确保部件一次性焊接成功与建造安全及工程的最终顺利完工，所以在建造过程中要运用最先进的施工技术。
2常见的大跨度钢铁构架施工法
大跨度的钢铁构架一般包括网架构造、悬索构造以及网壳部件等，因为受力方式特殊，所以在此类构造施工时要多方考虑各种因素，比如：施工方的机器情况、建造成本及质量和场地限制等。下面对几种常用的施工方法做出了具体的阐述：
2.1高空散装法。高空散装法是把全部部件先进行区分，随后在高空进行一一对接，最后拼接成完整构造的施工方法，这种施工方法可以充分利用高空悬挑以及满堂支撑的方式进行对接。现在国内比较流行的就是满堂支撑法，因为这种方法非常适合节点众多的网状构造，同时对起重机器的要求也不高，但支撑搭建会占用很大一部分材料。
2.2小片安装法。小片安装法即分片分区进行安装，一般是把构架部件在地面先焊接完成并拼接成单元或区，而后利用起重机器将其吊升到预设位置，在高空进行单元式拼接，这种散装方法免去了大部分的地面支撑部件，同时分片分区的安装可以更加灵活的进行施工，还降低了起重机器的施工负荷。
2.3整体构造吊升法。整体构造吊升法是先在地面把全部部件拼接成一个完整的构造，随后利用起重机把整体构造吊起来，升至预定的高空位置后再进行安装与加固的施工方法。整体构造吊升法比较适合中型跨度的桁架构造，但其对起重机要求严格，同时其在施工过程中会受地面工程的严重影响。
2.4整体构造提升法。整体构造提升法是把起重机安置在构架之上，随后将在地面全部拼接完成的构架通过提升装置将其提高到预定的方位。这类建造方法大都利用小的机器安置大的构架，这不仅能有效减少吊装成本，而且还能将整体构造的附属部件（例如：防水隔离层、电路管线、通风装置等）一步提升到预定位置。整体构造提升法不仅节省了安装时间，还减少了安装费用，最重要的是保证了安装的安全性。
2.5整体构造顶升法。整体构造顶升法与整体构造提升法不同，不仅表现在上升的轨迹不同，还体现于提升的机器也不一样。整体构造顶升法先在地面把钢铁部件全部拼接完，将拼接完成的构架柱作为顶升轨迹，随后把千斤顶安置于各构架支撑点的下方，最后一步一步将整个构架向上顶至预定方位的一种建造方法。
2.6拆装折叠安装法。网壳类穹顶构架建造中最常用的方法就是拆装折叠安装法，这类方法是把穹顶的立体构造看作为环向捆绑作用与径向支撑作用的结合。其施工技能的基础思维是，首先把网壳的一部分撑杆去掉，让其变成一个机动性构造，而后网壳构造便可以在地面折叠铺开，进而降低了安装的高空距离，最后在提升机器的帮助下把构架提升到预定方位，最后将拆卸下来的部件安装全，这样能动的构架又变回了之前静定机构。
3工程实例
现在以北京工业大学的体育馆为例，该体育馆应用的是弦支穹顶结构，穹顶的纵向长度长度为150m左右，横向长度为120m左右，且上弦杆、下弦杆分别为单层网壳与拉索结构。工程按照精度要求很高，技术复杂，且跨度为目前世界最大的。其效果图如图1所示。
图1 穹顶结构示意图
本工程在施工时首先编制了验收标准，对施工的质量进行了理论控制，并应用数值模拟软件，对工程施工顺序与预应力张拉方式与加载幅度进行模拟分析，技术上控制施工的安全性与可靠性；其次，由于预应力在进行张拉时存在交替工程，所以进行网壳施工时采取了两阶段搭设；再次，为了保证钢结构按照的精度，还有反复对构件的相对位置进行测控；最后，根据事先的仿真模拟方案，按照自外向内的张拉顺序对预应力筋进行张拉，且根据计算数值调整张拉值大小。
4 结语
大跨度空间钢结构发展要求不断提高，这对施工技术的要求也日趋增大。施工技术作为一门应用学科，需要不断完善不断创新。通过工程实践与理论分析，促进大跨度空间钢结构施工技术的更高层次发展。
参考文献：
[1]鲍广.钢结构施工技术及实例[M].北京:中国建筑工业出版社, 2005
[2]谢巍．大跨度钢桁架结构分段吊装技术研究与应用[D].重庆: 重庆大学，2008