李衛(wèi)永，趙 鵬

（中建二局第一建筑工程有限公司，北京 100176）

0 引言

隨著經(jīng)濟發(fā)展，人們的生活質(zhì)量和生活水平得到顯著提升，同時人們對建筑要求也越來越高。大跨空間鋼結構具有造型美觀、形式多樣等特點，深受廣大設計師青睞，并被廣泛應用于會展中心、體育館、機場建筑及大型公共建筑。

1 大跨空間鋼結構建筑分類

大跨空間鋼結構形式多樣，其中最具代表性的是奧運建筑，幾乎所有的奧運建筑均采用大跨空間鋼結構建造，同時奧運建筑也為大跨空間鋼結構提供了實踐機會和展示舞臺，使大跨空間鋼結構得到更好的發(fā)展。例如，1960年，羅馬奧運會的大小體育館均采用大跨空間鋼結構中的裝配現(xiàn)澆式鋼筋混凝土薄殼結構；1964年，東京奧運會場地東京代代木國立體育中心采用大跨空間鋼結構中的張拉結構；1980年，莫斯科奧運會場地莫斯科中央紅軍之家綜合體育館采用大跨度空間桁架網(wǎng)架結構；1992年，巴塞羅那奧運會場地巴塞羅那圣喬地體育館則采用的是大跨度空間網(wǎng)殼結構。大跨度結構建筑指的是橫向跨度超過30m的空間建筑，大跨空間鋼結構具體可分為以下4類：①實體結構 包括折板結構和薄殼結構；②網(wǎng)格結構 包括網(wǎng)殼結構和網(wǎng)架結構；③張拉結構 包括膜結構和懸架結構；④其他新型大跨空間結構 包括開合屋蓋結構、張弦結構、折疊式結構及整體張拉預應力拱架結構。

1.1 網(wǎng)架結構

網(wǎng)架結構是指用多根桿件按照網(wǎng)格形式進行連接所形成的空間結構。網(wǎng)架結構具有質(zhì)量輕、剛度大、抗震性良好及空間受力等特點，廣泛應用于俱樂部、會議廳、候車廳、展覽館和體育館等屋蓋結構[1]。而且網(wǎng)架結構具有外形美觀、工業(yè)化程度高和穩(wěn)定性良好等特點。但也具有桿件數(shù)量較多、安裝較復雜的缺點。

1.2 網(wǎng)殼結構

網(wǎng)殼結構指的是一種與平板網(wǎng)架較相似的空間桿系結構，主要以桿件為基礎，并按照相關規(guī)律組成網(wǎng)格，根據(jù)殼體結構所布置而成的空間構架，網(wǎng)格具有殼體和桿系的雙重性質(zhì)。網(wǎng)殼結構最主要的特點是能通過殼內(nèi)2個方向的壓力和拉力逐點傳力[2]。我國北京奧林匹克體育中心綜合體育館于1989年建成，體育館平面尺寸為83m×70m，所采用的是人字形截面雙層圓柱面斜拉網(wǎng)殼，這也是當前我國跨度最大的網(wǎng)殼結構，1989年，我國還建立了濮陽中原化肥尿素散裝庫，截平面尺寸為153m×85m，所采用的是雙層正放四角錐圓柱面網(wǎng)殼，是當前我國覆蓋面積最大的網(wǎng)殼結構建筑。我國鄭州體育館于1967年建成，平面直徑64m，高9.14m，采用內(nèi)環(huán)形穹頂網(wǎng)殼，是我國跨度最大的單層球面網(wǎng)殼。

1.3 懸索結構

我國懸索結構的典型建筑為北京工人體育館，懸索結構是由柔性拉索和一些邊緣構件所組成的承重結構[3]，可運用鋼絲繩、鏈、圓鋼、鋼絲束及其他受拉性能良好的材料作為懸索材料。懸索結構能將高強材料的抗拉性能充分發(fā)揮出來，而且具有省材料、施工簡潔和跨度大等特點。懸索結構的應用起源于古代的竹和藤等材料所制作的吊橋。近年來，懸索結構除應用于大跨度橋梁工程以外，還會在展覽館、飛機場、倉庫和體育館等領域應用。

2 大跨空間鋼結構特點

1）大跨空間鋼結構形式多樣，而且施工技術極其復雜，例如，廣州國際會展中心跨度126.6m，國家游泳中心跨度為177m，國家體育場跨度為296m，而南京奧體中心體育場跨度為360m。

2）大跨空間鋼結構與傳統(tǒng)的結構形式存在一定差異，不再采用單一的結構形式，而是不斷涌現(xiàn)出各種組合和新的結構形式。例如，鳥巢采用極其復雜的扭曲空間桁架結構，廣州國際會展中心采用張弦桁架結構。

3）在大跨空間鋼結構中，預應力雖然是一種新技術，但得到廣泛應用，這一技術的應用逐漸形成諸多新型結構形式，如索膜結構、張拉整體結構及索穹頂?shù)?。我國國家體育館所采用的就是雙向張弦梁結構，而奧運會羽毛球館所采用的是弦支穹頂結構[4]。將預應力應用于大跨空間鋼結構當中，不僅能使整體結構更加科學合理，而且能有效降低成本。應用預應力對大跨空間鋼結構進行改善，能降低內(nèi)力峰值，提高結構剛度，同時能有效提高建筑質(zhì)量和建筑效果。

4）在大跨空間鋼結構中，由于施工難度較大，而且對精度要求較高，所以這類工程大部分屬于國家重點工程，對于工程質(zhì)量和效率要求極高。所以需有效提高加工精度，以更好地滿足質(zhì)量要求。很多焊縫需保證一級焊縫標準，這給建筑工程施工帶來較大困難，施工量較大，而且技術難度極高，所以為提高工程質(zhì)量，需對工程進行預拼裝。

3 大跨空間鋼結構整體施工關鍵技術

3.1 高空滑移法

高空滑移法是指網(wǎng)架單元在預先設置好的滑軌上進行移動至設計好的位置，最終拼接成一個整體。此網(wǎng)架單元可事先在地面拼接，然后再用起重機吊到支架上[5]。如果沒有充足的設備或受其他因素限制，也可先拼接一些小的散件，然后在空中將其拼成條狀單元。高空支架一般會設置在建筑物的一端，在滑移過程中，網(wǎng)架的吊裝單元由一端滑向另一端。高空滑移法可分為單條滑移法和逐條累積滑移法2種。

3.2 高空散裝法

高空散裝法是指將全部節(jié)點和桿件在空中拼裝成一個整體。高空散裝法分為懸挑法和全支架法，懸挑法多用于高空總拼，全支架法一般應用于散件拼接。這種施工模式較簡單，雖然工作效率較低，但安全性極高。高空散裝法適用于非焊接的各種網(wǎng)架屋蓋，不需要應用較大的起重設備，同時能確保工程質(zhì)量。

3.3 分條分塊安裝法

分條分塊安裝法是指將網(wǎng)架呈現(xiàn)塊狀單元或條狀單元，再分別由起重機將其擱置于高空中所設計的位置，然后進行拼接[6]。這一方法中的拼裝和焊接工作大部分在地面進行，能有效提高工程效率和質(zhì)量，還可節(jié)省較多的拼裝支架。而且由于分條單元或分塊單元的重量和起重機設備相適應，所以可運用起重機設備吊裝網(wǎng)架，能有效節(jié)省成本。這種方法適用于中小型網(wǎng)架結構，但仍有一定的高空作業(yè)量。

3.4 整體提升法

整體提升法是指在結構柱上對提升設備和提升網(wǎng)架進行安裝。整體提升法可分為滑模提升法和單獨提升法等，整體提升法屬于一種新型的網(wǎng)架結構方法，而且更適用于小型設備安裝。

3.5 整體頂升法

整體頂升法是指在結構點下安裝千斤頂，安裝結束后逐漸將結構頂升到相應的位置上。整體頂升法和整體提升法存在一定的相似之處，二者最大的區(qū)別在于提升設備和位置不同，整體頂升法的支點在下面，而整體提升法的支點在上面，二者之間的作用原理相反。采用整體提升法時，只需將提升設備垂直安裝就能有效將網(wǎng)架上升。在應用整體頂升法時，如果沒有導向措施，則有可能發(fā)生偏轉情況。二者的共同特點是在安裝過程中無法移動或轉動。

3.6 整體吊裝法

整體吊裝法是指在地面上將網(wǎng)架拼成整體，再用相應的起重設備將鋼結構構件提升到設計位置。在采用整體吊裝法安裝空間鋼結構時，可在場外進行總拼或在柱錯位處進行總拼，這種方法更適用于焊接連接網(wǎng)架，這樣能使焊接質(zhì)量得到有效提升，還能確保焊接位置的準確性。這方法最大的缺點就是需要較大的起重設施，而且對停機點有一定要求，這會使整個工程受到一定影響，更適用于小跨度或中跨度的空間結構。

3.7 移動支架安裝法

移動支架安裝法是指在可移動的支架上進行安裝，對已安裝好的結構部分可設置固定的臨時支撐以控制變位，在結構安裝結束后再將臨時支撐撤去。雖然移動支架安裝的穩(wěn)定性要低于固定支架，但移動支架使用較少的支撐腳手架，能在很大程度上節(jié)約勞動力，同時能加快施工進度，而且不需要大型起重機，施工方法較為簡單，可有效降低施工成本。

4 結語

近些年，我國建筑的規(guī)模和跨度逐漸增加，并采取了諸多新技術和新材料，也研發(fā)出更多的空間結構形式。相信隨著對施工技術的進一步研究和實踐，我國相關科研人員能夠研發(fā)出更適合我國大跨空間鋼結構所需要的新技術、新體系和新材料，從而有效促進我國建筑業(yè)進一步發(fā)展。