大跨度钢结构施工论文范文

浅谈大跨度钢结构工程发展与施工技术

摘要

大跨度钢结构工程是经济和社会发展的需要。当今社会经济飞速发展，人民生活水平日益提高，在20世纪后半期土木工程和结构工程所取得的巨大成就鼓舞下，世界各国、尤其是发达国家纷纷筹划建造更大、更高、更长的各种超大型复杂结构物，来满足人们对生活空间的追求。

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。以下简要论述大跨度钢结构工程常用的施工技术。

关键词：大跨度；钢结构；施工技术

目录

摘要................................................. I 目录................................................ II 第1章引言.. (1)

1.1钢结构的发展现状 (1)

1.2 钢结构的发展趋势 (1)

1.3本文的主要研究内容 (2)

第2章大跨度钢结构技术概述 (3)

2.1 大跨度钢结构的主要内容 (3)

2.2我国大跨钢结构发展的主要特点 (3)

2.3大跨度钢结构的应用和在我国的发展情况 (5)

第3章大跨度钢结构施工技术方法 (5)

3.1高空散装法 (5)

3.2分条（分块）安装法 (5)

3.3整体吊装法 (6)

3.4整体提升法 (6)

第4章结语 (6)

参考文献 (8)

第1章引言

1.1钢结构的发展现状

改革开放以来，我国以经济建设为中心，国民经济取得了很大的发展，1996年我国钢产量首次突破一亿吨，跃居世界第一，为我国的钢结构发展奠定了物质基础。近20年的时间里，我国钢结构事业和其他行业一样，得到了前所未有的繁荣和发展，具体表现在以下几个方面。

1)在设计方法方面，以概率论为基础的一次二阶矩极限状态设计法[《钢结构设计规范》(GBJ17-88)]的设计法代替了半经验、半概率的极限状态设计法[《钢结构设计规范》(TJ17-74)]。现行的新规范[《钢结构设计规范》(GB50017-2003)]仍然采用一次二阶矩极限状态设计法，该方法虽然是一种近似概率设计法，但比以前已进了一大步。

2)高强度低合金钢的产量和品种有较大的发展，在钢结构中的应用有明显提高。

3)在高层建筑，特别是在超高层建筑中，钢结构得到了较多的应用。最近几年在上海、北京、广州、深圳、香港等大城市建造了不少钢结构超高层建筑。

4)冷弯薄壁型钢构件在工业与民用建筑中的应用(如檩条、墙梁、屋面板、墙板等)日益普遍。门式钢架轻型房屋钢结构在吊车起重量较小(Q≤20t)和无吊车的厂房、仓库及需要大空间的民用建筑中的应用迅速推广，并在继续发展。

5)钢与混凝土组合梁-板结构、钢管混凝土结构及预应力钢结构等，都得到了不同程度的应用和发展。

6)高强度螺栓在钢结构连接中得到了广泛的应用。

1.2 钢结构的发展趋势

虽然我国钢结构的工程应用和技术水平都有很大的提高，但和发达国家相比，我们在许多方面还存在较大的差距。因此，在今后的时间里面我们必须从以下几方面进行研究，来不断提高我国的钢结构的技术水平。

(1)低合金等优质高强钢材的研制和应用

目前，除了Q235钢、Q345钢、Q390钢以外，在新规范[《钢结构设计规范》(GB50017-2003)]中又增添了Q420钢，但后者应用于钢结构还需要进一步的研究。为了更好地满足我国钢结构发展需要，今后在钢材的研制和应用方面还需要加强以下几个方面：

1)研制强度更高、综合性能更好的低合金新钢钟。

2)提高低合金钢的产量和在钢结构中应用的比率。

3)改善和提高低合金钢的质量。

(2)结构设计理论和方法的研究

在保证结构安全的前提下，为了充分发挥钢材的作用，更合理的使用钢材，还应该深入研究结构设计理论与方法，使结构和构件的计算方法更能反映实际工作情况。有待研究的问题有：压弯构件的弯扭屈曲问题、薄板屈曲后强度的利用问题、钢结构的塑性设计问题、残余应力对结构强度和稳定性影响问题及门式刚架轻型钢结构体系的整体稳定和结构的空间工作问题等。

(3)轻型钢结构的研究和应用

轻型钢结构主要指薄壁型钢结构及由圆钢和小角钢组成的轻型钢结构。我国自20世纪60年代开始有组织地研究薄壁型钢结构，并批量地用于屋架和檩条等承重结构。1975年制订了我国第一部《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(TJB18-75)和现行的《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB50018-75)，总结和推动了我国轻型钢结构的发展。

(4)钢与混凝土组合构件的研究和应用

钢与混凝土组合构件充分利用了钢材抗拉和混凝土耐压的特性，且使一个构件多种用途，因此是一种非常合理和经济的结构，目前在桥梁和房屋楼盖中已有应用。例如，房屋楼盖中应用的钢梁与钢筋混凝土板组合结构；用压型钢板作为底模，再用抗剪键(常用电焊钉)与混凝土板相连而使压型钢板与混凝土板成为整体工作的组合板；用于地下建筑结构中的钢管混凝土结构等。组合构件是一种很有发展前途的构件形式，有待进一步研究开发。

(5)高层钢结构的研究

近十几年来，我国沿海各大城市建造了大批高层建筑，其中有些采用了钢结构体系或钢结构框架与钢筋混凝土筒体相结合的混合结构体系。但这些建筑物基本上都是引进外资建造的，由国外承担设计，在国内加工制作和安装，完全由国内承包设计的高层钢结构工程很少。因此，我国至今尚缺少高层钢结构的实际设计经验，在理论研究方面与发达国家相比也有一定的差距，今后必须加强这方面的研究工作。

1.3本文的主要研究内容

本文主要研究了大跨度钢结构的发展和施工安装技术等，具体的研究内容如

下：

（1）分析大跨度钢结构的发展现状和发展趋势；

（2）阐述大跨度钢结构的内容、发展特点等；

（3）总结和介绍大跨度钢结构的施工技术方法

第2章大跨度钢结构技术概述

2.1 大跨度钢结构的主要内容

大跨度钢结构建筑或大跨度结构覆盖范围广、包括内容多，很难用明确的定义来说明。划分普通结构和大跨结构的具体跨度数值也必定是随着建筑技术的不断进步而变动。结合我国当前的实际，有论文提出跨度超过60m的结构可以称为大跨度结构。但由于结构形式的不同（如多跨、连续跨等）和受力特征的不同（如壳体、悬索等），大跨度的范围又有所发展。大跨度结构的结构形式一般可以划分为以下体系，如表2.1：

表2.1大跨度结构形式

2.2我国大跨钢结构发展的主要特点

2.2.1结构形式多样化。

自上世纪60年代网架在我国被应用以来，到80~90年代大、中、小跨度的网架几乎已经遍及各地。和网格结构相比，这类结构由逐杆相连改为上、下弦杆

连续设置，可使屋面由单曲率比较方便地形成多曲率，弦杆与腹杆直接汇交相贯，不存在节点连接件。采用杆件相贯连接，其节点钢量可比网格结构减少1～4倍，电焊工作量少2.5倍，结构用钢量可与网格结构持平或有所减小。

2.2.2现代预应力技术的引入使大跨度钢结构更具活力

在大跨度空间结构中引入现代预应力技术，不仅使结构体形更为丰富而且也使其先进性、合理性、经济性得到充分展示。通过适当配置拉索，或可使结构获得新的中间弹性支点或使结构产生与外载作用反向的内力和挠度而卸载，前者即为斜拉结构体系，后者则为预应力结构体系。这一类“杂交”结构体系将改善原结构的受力状态，降低内力峰值，增强结构刚度、技术经济效果明显提高。目前许多高校对索托结构，索网结构等以高强钢索与钢材为主承重结构的预应力钢结构新体系，正在进行理论研究，积极准备工程实践，可以预期新型的预应力大跨空间钢结构不久即将涌现在各类建筑中。

2.2.3新材料的应用进一步推动大跨度钢结构的发展

在普通碳素钢获得大量应用的同时，不锈钢、铝合金、膜材也在许多大跨度建筑中获得了应用。不锈钢材料(含铬量>12％的铁基耐蚀合金)是随着对装饰与防腐要求的提高而在空间结构中获得应用的，它集装饰、受力、防腐于一体的特点而受青睐。国产不锈钢中的OCrl8Ni9，ICrl8Ni9Ti等就是一些常用的不锈钢材料。天津大学等高校与一些设计、研究单位研制成功在普通碳素钢管筒、封板等零部件采用不锈钢复合技术，开发出不锈钢复合钢管网架，并进行了一些工程实践。既保持了不锈钢与普通碳素钢的优点，又大幅度降低了造价，取得了较好的技术经济效果。

2.2.4计算机计算技术的进步为大跨空间钢结构的发展创造了有利条件

近年来计算技术已经有了长足的进步，许多单位也研制开发了商品化专用设计程序，它们都是建立在理论研究与大量工程实践的基础上而推向市场的。浙大空间网格结构分析设计软件MSTCAD，同济大学钢结构CAD软件3D3S，上海交大空间设计系统SSCAD以及北京云光建筑设计咨询开发中心SFCAD等都是一些具有影响的大跨钢结构设计软件。它们一般具有完善的前后处理功能，可在微机上进行复杂的空间网格结构设计。有的软件除用于空间网格结构外，也可用于索、杆、梁体系的设计分析。这些程序的推出为大跨空间钢结构设计提供了有效手段，也为大跨空间钢结构的推广应用创造了有利条件。其中不少软件曾在国内许多大型空间钢结构工程的设计中发挥了重要作用。它们大多具有友好操作界面，

在功能上可以包括空间网格结构的三维建模、静动力分析、杆件优化设计、自动生成结构平立面图、杆件布置图、节点详图、材料表及节点零部件加工图。有的还可进行非线性稳定分析，与下部支承结构协同工作的分析等。随着研究的深入，在功能上将更趋完善；涵盖面会不断扩展。

2.3大跨度钢结构的应用和在我国的发展情况

各种类型的大跨空间钢结构在美、日、欧等发达国家发展较快。建筑物的跨度和规模越来越大，跨度超过150m以上的超大规模建筑已非个别；结构形式丰富多彩，采用许多新材料和新技术，发展了许多新的空间结构形式。

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。

第3章大跨度钢结构施工技术方法

3.1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。

3.2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。

3.3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。

3.4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。

第4章结语

土木建筑工程当中，钢结构近年来的发展十分迅速，钢结构已经逐步成为各类工程结构中被广泛应用的建筑结构，如工业建筑、文化体育建筑、城市现代化建筑及城乡住宅建设等。从钢材的力学性能和环境保护方面来看，钢结构目前是最理想的建筑材料。大跨度钢结构从一个方面体现了钢结构应用的极大优点，所以对于大跨度钢结构的了解和研究是很重要很有意义的，本文从大跨度钢结构的施工技术方面进行了学习和研究。

(1)结构体系的选择对于一个成功的设计至关重要,它不仅关系到整体结构性能的最佳发挥、影响建筑综合造价，还可能限制建筑的造型和使用功能，因此，它不仅是结构设计的第一步，而且也是非常重要的一步。对于单层民用建筑,结构体系的选择,首先要在结构可行的前提下,最大化的满足人的需求,其次再考虑造型的美观、施工的便利等因素.合理的结构形式应当综合考虑其影响因素：建筑功能、受力性能、经济性能、施工可行性等。

(2)大跨度空间钢结构施工中应重点考虑的问题

大型空间钢结构建造过程中施工技术是至关重要的，合理的施工方案和科学

的施工过程分析才能保证结构的安全、经济。目前一些大型空间钢结构的施工，已突破传统意义上的施工方法，向多学科、综合化、高科技领域迈进,给传统施工技术带来了前所未有的难度和挑战。因此需要广大的科研、设计、施工单位共同研究、开发、创造出新的更加科学的施工技术，来满足不断发展的需要。在研究、开发、创造科学的施工技术时，应着重考虑以下几方面问题：

1)CAD设计与CAM制造技术

随着计算机技术、信息化技术和先进数控设备的应用,空间钢结构产品需要信息技术、设计技术、制造技术、管理技术的综合应用,提高生产效率和实现定制化目标,从而提高空间钢结构产品的创新能力和管理水平。

2)安装施工仿真技术

随着工程的不断大型化,结构施工阶段的安全问题日益突出。实际上，有些工程在结构施工过程中的受力状况完全不同于使用阶段，甚至有些工程的结构最不利的受力阶段，出现在施工阶段。钢结构施工安装仿真技术主要包括以下5个方面：①大型构件的吊装过程仿真；②施工过程各阶段各工况仿真模拟；③结构安装的预变形技术，包括构件的起拱与预变位；④结构构件的预拼装模拟；⑤卸载过程模拟。通过仿真计算分析能预先充分发现施工过程中的薄弱环节和重点控制部位，能直观实现对结构整个施工过程的控制并最终保证正确的形状尺寸。

3)安装方法的合理选用

所谓选用合理的安装方法，就是在安全、经济、适用三方面找到一个最佳平衡点。传统空间钢结构的施工方法一般有:高空散装法、分条或分块安装法、高空滑移法、整体吊装法、整体提升法、整体顶升法等。现代空间钢结构跨度大、体型复杂，无固定的安装模式，并且使用大量新材料、新技术,若不对这些单一传统安装方法进行革新或创造,就不能顺利完成任务,有时甚至很难完成任务。通过大量的工程实践，涌现出了许多具有创新性的施工技术，如高空曲线滑移技术、网壳结构折叠展开式整体提升技术、滑架法施工技术等。现代空间钢结构的安装方法往往是几种基本方法的巧妙组合或者再创造。同时由于机械设备、计算理论和计算机技术的快速发展，为钢结构安装方法的创新提供了有力支持。

参考文献

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[2]董石鳞，预应力大跨度空间钢结构的应用与展望.空间结构，2001

[3]冯成帅，熊仲明.大跨钢结构安全评估理论及应用研究.2009

[4]李建廷，王义潮.大跨轻钢结构在民用建筑中的应用.理论探索，2004

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[6]黄呈伟，孙玉萍，于江.钢结构基本原理.重庆：重庆大学出版社，2002

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