何靜

摘 要：隨著大跨度鋼結(jié)構(gòu)體系的日益復(fù)雜與跨度不斷增加，其施工安裝技術(shù)遇到了新的機遇與挑戰(zhàn)。各種傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)施工方法已不能完全適應(yīng)當(dāng)今大跨度鋼結(jié)構(gòu)的施工要求，為了適應(yīng)其結(jié)構(gòu)發(fā)展，各種經(jīng)濟(jì)高效、安全可靠的新型安裝技術(shù)不斷出現(xiàn)。本文歸納并總結(jié)了大跨度鋼結(jié)構(gòu)常規(guī)及新型的安裝施工方法，并分析了其各自的適用條件及特點，旨在為大跨度鋼結(jié)構(gòu)的安裝施工技術(shù)提供理論及技術(shù)指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：大跨度；鋼結(jié)構(gòu)；安裝施工技術(shù)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.09.098

0 引言

大跨度鋼結(jié)構(gòu)安裝施工方法多種多樣、層出不窮，選擇一個安全合理、經(jīng)濟(jì)可靠的安裝方法是制定安裝方案的重點和難點。大跨度鋼結(jié)構(gòu)安裝施工方法的選擇與其結(jié)構(gòu)類型息息相關(guān)，同一結(jié)構(gòu)類型可采用多種安裝方法，但只有對比選擇出最佳安裝方法，才能保證工程的施工質(zhì)量、人員安全、進(jìn)度要求，才能最大限度的節(jié)約成本。

1 大跨度鋼結(jié)構(gòu)常規(guī)安裝施工方法

1.1 高空散裝法

高空散裝法是先在地面搭設(shè)臨時支架，再用起重設(shè)備將桿件吊至相應(yīng)的設(shè)計位置，然后在已搭設(shè)的臨時支架上拼裝成整體的結(jié)構(gòu)安裝方法。高空散裝法有全支架法和懸挑法，其中全支架法多用于散件拼裝，而懸挑法多用于小拼單元在高空總拼，目前我國全支架法應(yīng)用廣泛。高空散裝法的優(yōu)點是不需要大型起重運輸設(shè)備，在高空一次拼裝完畢，可適應(yīng)于起重能力薄弱或運輸困難的山區(qū)，但其缺點是現(xiàn)場高空作業(yè)多，臨時支架用量大。

1.2 分條或分塊安裝法

分條或分塊安裝法是指將結(jié)構(gòu)沿長跨分割成若干條狀單元或沿縱橫兩個方向分割成若干塊狀單元，先將這些單元在地面拼裝，然后將其分別用起重設(shè)備吊至相應(yīng)位置，拼裝成整體的結(jié)構(gòu)安裝方法，對桁架、網(wǎng)架、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)較為適用。該法因大部分的拼裝作業(yè)是在地面完成的，質(zhì)量容易保證，并能省去大部分臨時支撐，節(jié)省時間，降低成本。

1.3 高空滑移法

高空滑移法是指將被分割的條狀網(wǎng)架單元沿事先設(shè)置的滑軌單條或逐條累積后滑移到相應(yīng)的位置，拼裝成整體的安裝方法。采用這種方法，結(jié)構(gòu)安裝可與下部其他作業(yè)平行立體施工，從而縮短工期，同時條狀單元可在地面完成拼裝后再起吊至平臺滑軌上，也可將散件直接吊至平臺后拼裝，故該方法對起重設(shè)備要求不高，成本低，尤其適用于場地狹小、需跨越其他結(jié)構(gòu)設(shè)備或進(jìn)行立體交叉施工的情況。

1.4 整體安裝法

整體安裝法是將結(jié)構(gòu)在地面拼裝成型后，直接通過相應(yīng)的設(shè)備將其送至設(shè)計位置安裝就位的安裝方法。這種方法由于在地面完成拼裝工作，易于保證結(jié)構(gòu)質(zhì)量，不需要高大的拼裝支架，高空危險作業(yè)少。根據(jù)使用設(shè)備的不同，該法又可分為整體吊裝法、整體提升法和整體頂升法。

（1）整體吊裝法：是利用一臺或多臺起重設(shè)備將已成型的結(jié)構(gòu)吊至設(shè)計位置，故該法需要起重能力較大的起吊設(shè)備，有時需要多臺起吊設(shè)備同時起吊，技術(shù)難度高。

（2）整體提升法：是利用安裝在柱頂?shù)男⌒驮O(shè)備如升板機、液壓千斤頂?shù)葘⒁殉尚偷慕Y(jié)構(gòu)提升至設(shè)計位置，該法不需大型起重設(shè)備，所需機具和安裝工具簡單，提升平穩(wěn)，同步性好，功效高，施工安全。

（3）整體頂升法：是利用建筑物承重柱作為頂升的支承結(jié)構(gòu)，用千斤頂將已成型的結(jié)構(gòu)頂升至設(shè)計標(biāo)高，特點同整體提升法，只是設(shè)備安裝位置不同，提升法設(shè)備安裝在結(jié)構(gòu)上部，而頂升法設(shè)備安裝在結(jié)構(gòu)下部。

2 大跨度鋼結(jié)構(gòu)新型安裝施工方法

近年來，隨著鋼結(jié)構(gòu)不斷向更大跨度、更高高度和奇特造型發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)安裝施工難度越來越大，對施工技術(shù)的要求也越來越高，上述單純的常規(guī)施工方法已難以滿足現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)的施工要求，與此同時為了適應(yīng)結(jié)構(gòu)形式的發(fā)展，國內(nèi)外學(xué)者在綜合上述常規(guī)施工方法優(yōu)缺點的基礎(chǔ)上，研究出了一些新型的安裝施工方法，取得了一定的經(jīng)濟(jì)效果和社會效益。

2.1 “攀達(dá)穹頂”整體頂升施工法

穹頂結(jié)構(gòu)使用歷史悠久，而近代的殼體結(jié)構(gòu)和空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)就充分利用了穹頂結(jié)構(gòu)的三維立體特征，而穹頂?shù)目臻g立體性反而成了該結(jié)構(gòu)體系在制作安裝時的障礙，攀達(dá)穹頂施工法正是為暫時取消穹頂在制作安裝過程中的這種立體特性而提出的。

攀達(dá)穹頂施工法的核心思想是通過臨時去掉一些桿件并在結(jié)構(gòu)中設(shè)置單軸鉸使穹狀結(jié)構(gòu)在建造的一個時期內(nèi)暫時成為幾何可變體系，從而在施工中可被折疊，結(jié)構(gòu)即可在地面上或在一個相對較低的高度上進(jìn)行組裝。不僅是結(jié)構(gòu)主體，室內(nèi)外裝修、電氣及機械設(shè)備的安裝也可在較低的高度上進(jìn)行安裝，這樣便可使安裝工作安全、迅速、經(jīng)濟(jì)地完成。然后采用吹氣設(shè)備提高穹頂內(nèi)的氣壓或采用千斤頂?shù)软斏O(shè)備將其頂升至預(yù)定高度就位。當(dāng)結(jié)構(gòu)達(dá)到最終形態(tài)后，再將施工中臨時去掉的桿件安裝在相應(yīng)位置上，完成整個結(jié)構(gòu)的安裝。該法具有施工速度快、造價低、安全可靠及施工質(zhì)量易得到保障等顯著優(yōu)點。

2.2 “折疊展開式”整體提升施工法

目前國內(nèi)采用整體提升法和整體頂升法對網(wǎng)架、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的安裝運用越來越廣泛。但這兩種方法在結(jié)構(gòu)提升或頂升的過程中，僅僅是向上平動的過程，內(nèi)部各點之間并無相對位移，所以這些方法只適用于平板網(wǎng)架或較為扁平的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，而對曲率較大、失高過高的網(wǎng)殼或網(wǎng)架結(jié)構(gòu)并非優(yōu)選。日本的川口衛(wèi)教授針對雙曲率網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的施工，提出了較為實用的“折疊展開式”整體頂升施工法。該法是一種新型的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)安裝施工方法，基本思路類似于“攀達(dá)穹頂”施工原理，是將網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)去掉部分桿件，在地面上折疊起來；然后將折疊的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)利用提升設(shè)備提升到設(shè)計高度；最后補缺去掉的部分桿件，整個施工過程是一個由機構(gòu)變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)的變化過程。

2.3 少支架高空懸挑拼裝法

對于跨度大、高度高、覆蓋面積大的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，若采用傳統(tǒng)的全支架安裝法，僅腳手架的費用就很高，且腳手架的拆裝也需大量的時間，工期和成本必然提高。

少支架高空懸挑拼裝法，是利用網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)各節(jié)點對集中荷載的承載能力大，且自身剛度大、穩(wěn)定性好的特點，用已安裝好的部分結(jié)構(gòu)作為后續(xù)待安裝結(jié)構(gòu)的操作面，來完成結(jié)構(gòu)的安裝作業(yè)的。使用該法，在施工初期，需先按傳統(tǒng)的安裝方法搭設(shè)少量支架，安裝3-4跨網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，保證其具有一定的剛度，能夠承受后續(xù)施工荷載；然后在己安裝好的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)節(jié)點上懸掛搭設(shè)支架，在其上安裝后續(xù)結(jié)構(gòu)，逐步擴(kuò)展，直至完成整個結(jié)構(gòu)安裝。與傳統(tǒng)的全支架安裝法相比，該法可大大減少腳手架的用量，同時在地面上可進(jìn)行立體交叉作業(yè)，從而大幅度減少施工成本縮短工期，但由于其高空作業(yè)相對較多，也存在一定的安全隱患。

2.4 整體張拉施工法

整體張拉施工法適用于柔性結(jié)構(gòu)，尤其是索桿結(jié)構(gòu)和索網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

對于索結(jié)構(gòu)的施工，傳統(tǒng)的施工方法普遍采用高空散裝法，需搭設(shè)大量臨時支架，高空作業(yè)多，存在很大的安全隱患。

整體張拉施工法是將索結(jié)構(gòu)在地面整體拼裝，然后利用液壓千斤頂將索結(jié)構(gòu)同步提升至與周圍剛性約束連接，再對整個結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體張拉成形的施工方法。該法避免了高空作業(yè)存在的安全隱患，同時減少了大量臨時支架的安拆作業(yè)，從而節(jié)省時間，降低成本，更重要的是在整個提升過程中，能夠準(zhǔn)確并有效地控制構(gòu)件的位移、變形和受力狀態(tài)。

3 選擇安裝施工方法的原則

大跨度鋼結(jié)構(gòu)常規(guī)的安裝施工技術(shù)已趨于成熟，應(yīng)用廣泛。目前大部分的鋼結(jié)構(gòu)均采用這些安裝施工方法。而不同的結(jié)構(gòu)形式和條件所選擇的施工方法是不相同的。在選擇安裝方法時，首先應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場的具體情況考慮，當(dāng)施工場地狹窄或需要跨越已有建筑物時，可選擇高空滑移法、整體提升法或整體頂升法施工；同時還應(yīng)考慮設(shè)備條件，盡可能利用現(xiàn)有設(shè)備，并優(yōu)先選用中小型常用設(shè)備，以降低成本；如果僅從安裝大跨度鋼結(jié)構(gòu)的角度分析，高空散裝法最基本的設(shè)備是腳手架，滑移法最基本的動力設(shè)備是人工絞車架或卷揚機，頂升法最基本的起重設(shè)備是千斤頂；從施工經(jīng)濟(jì)的角度來看，如能在地面進(jìn)行屋面結(jié)構(gòu)、電氣、通風(fēng)設(shè)備等的安裝，可使費用降低，但同時對吊裝、提升、頂升等設(shè)備的負(fù)荷能力要求會增加；對體育場、展覽館、劇場等下部裝修設(shè)備工程大的建筑物來說，滑移法可使大跨度結(jié)構(gòu)的拼裝與場內(nèi)土建施工同時進(jìn)行，從而大大縮短工期降低成本；整體吊裝需要大的起重設(shè)備，而分條分塊安裝所需的起重設(shè)備就相對小些。

對于新型的安裝施工方法，雖然技術(shù)先進(jìn)，但主要適用于一些特定的結(jié)構(gòu)形式。如“攀達(dá)穹頂法”、“折疊展開法”及“少支架高空懸挑法”，主要適用于大型的網(wǎng)架和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，“折疊展開式”施工法更適用于曲率較大的曲面結(jié)構(gòu)折疊展開的提升過程；“整體張拉法”適用于索結(jié)構(gòu)。

綜上所述，選擇何種安裝施工方法，要從工程的具體情況出發(fā)，結(jié)合現(xiàn)場實際情況、起重設(shè)備情況以及結(jié)構(gòu)體系的特點，因地制宜地選擇出最佳方案。

4 結(jié)語

隨著我國建筑業(yè)的迅速發(fā)展，人們對建筑物空間的要求將越來越高，建筑結(jié)構(gòu)的施工難度也將越來越大，傳統(tǒng)的安裝方法已無法滿足建造要求，相信工程界將會不斷創(chuàng)新出更加先進(jìn)的安裝施工技術(shù)，適應(yīng)更大跨度的建筑結(jié)構(gòu)。

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項目基金：陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院專項科研項目《自錨式懸索結(jié)構(gòu)在大跨度屋蓋中的應(yīng)用研究》（項目編號Gfy18-36）