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摘要：随着现代建筑业的飞速发展，各种新型复杂大跨度钢结构建设项目的增多，人们对大跨度结构的施工技术及施工过程中表现出的诸多力学及技术问题愈来愈重视。本文介绍了大跨度空间钢结构的特点，对其在施工中应注意的技术问题进行分析。
关键词：大跨度复杂钢结构；施工技术；问题探讨
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
前言
随着经济、文化建设需求的扩大以及人们对建筑欣赏品位的提高，大跨度空间钢结构由于其形式多样化，造型美观，经济性好等特点越来越受到设计师们的青睐。一般来说，对于现代大型和大跨度复杂钢结构，施工及安装方案对结构成型后的受力状态有直接的影响。因此，设计、研究和施工技术人员均要了解结构的设计状态及结构性能，正确选择结构成型及施工方法，特别对于大跨度复杂钢结构要跟踪分析结构施工过程的不同工况状态，检查安装过程中结构的安全性及安装完成后结构的可靠性。
二、大跨度复杂钢结构施工技术概述
大跨度空间复杂钢结构具有以下特点：大量应用现代预应力技术，涌现了索穹顶、张拉整体结构和索膜结构等新型结构形式；结构跨度大、钢材等级高、钢板厚度厚；构件数量和截面类型多，深化设计难度大 ；加工精度要求高，构件加工难度大；现场焊接工作量大，施工技术难度高。为了保证施工精度，这些工程都需要进行预拼装，并且现场焊接工作量特别大。由于跨度大、结构新，从经济性和安全性出发，都必须采用先进的施工技术才能顺利完成。
大跨度钢结构体系主要有网架结构、悬索结构和网壳结构等，对于这些类型的结构而言，由于受力形式的特点使其在施工过程中需要考虑的因素诸多，如施工场地条件、施工单位机械具准备、施工成本和工程质量等。目前较为常见的大跨度钢结构施工方法主要有以下六种：（1）高空散装法，将结构全部构件分成小单元散件并直接在高空设计位置拼装成整体的方法，施工过程中可以采用满堂支架法和悬挑法两种。（2）分条或分块安装法，通常是将结构构件在地面焊接、拼装成条状或块状单元，然后由起重设备吊装至设计位置拼接成整体结构。（3）整体吊装法。整体吊装法是指先将结构构件在地面拼装成整体，然后用起重设备将其吊装至高空设计位置并固定安装的施工方法。（4）整体提升法。整体提升法的起重设备位于结构上方，其方法是当结构在地面整体拼装完成后，通过吊杆将结构提升至设计位置。（5）整体顶升法。整体顶升法是将钢结构构件在地面拼装完成后利用现有结构柱作为滑道，将千斤顶安装在结构各支点下面，然后逐步地把结构顶升到设计位置的施工方法。（6）折叠展开安装法。折叠展开安装法主要应用于网壳穹顶结构中，其原理是将穹顶的立体空间作用看成是径向拱的作用与环向箍作用的叠加。
三、大跨度复杂钢结构施工过程中的若干技术问题探讨
大跨度钢结构施工过程表现出诸多力学及技术问题，应引起设计和施工工程师足够的重视。
平面和空间桁架在吊装过程中的稳定问题
对于大跨度的平面和空间桁架结构，在吊装过程中要重点考虑和解决以下几个问题：在决定大跨度平面和空间桁架结构的吊装方案时，吊点的选择和吊点的分布是首先要考虑的问题。一平直的简支梁结构，要吊装到设计标高与两柱头连接，其吊点的选择和吊点的分布要保证起吊后的梁在自重作用下两端的轴向相对变形等于或接近零，这样吊装到设计位置的梁就能准确就位，不会超长也不会缩短。依据这个原则，吊点的选择要满足以下两条：l）吊件两端的轴向相对变形等于或接近零；2）吊件的变形和弯矩分布比较均匀，且数值最小。在制定吊装方案时，确定吊点及其分布，对于大跨度桁架结构仅凭经验是不够的，必须通过必要的分析和计算才能确定。最重要的是在起吊过程中，桁架在保证平面内稳定条件下，不发生平面外失稳。平面内稳定主要是验算桁架的单个构件不失稳或不发生强度破坏。平面外失稳是一个整体失稳破坏，与吊点的多少和分布有密切关系。吊点愈多，愈不会发生平面外失稳。给出了一片状桁架在一个吊点、两个吊点、三个吊点提升的情况下，平面外可能的失稳模式。桁架结构平面外整体稳定性计算是一个比较复杂的问题，可把桁架模拟成实腹式构件进行简化分析，也可应用ANSYS有限元软件计算其平面外失稳荷载，进而判断吊装方案的可行性。
2.拆撑过程中的安全问题
在结构成型过程中，必然要设置一些临时支承柱。待全部构件安装就位后，就得拆掉所有的临时支承柱。拆除临时支承柱的过程，是结构受力逐渐转移和内力重分布的过程。拿掉最后一根临时支承柱后，结构即完全进入设计状态。拆撑过程应考虑如下原则：l）受力体系转化引起的内力变化应是缓慢的过程；2）参与受力的各杆件应在弹性范围内进行调整并逐渐趋近设计状态，不允许结构构件出现永久变形；3）拆撑易于控制，安全可靠。
3.预应力张拉全过程跟踪模拟计算问题
为了保证大跨度和超大跨度结构在安装过程中安全可靠，常常需要施工过程跟踪模拟计算，以确定结构或构件满足强度、刚度及稳定性要求。大跨度结构的施工是一个连续化的过程，在这个过程中，每一个阶段的结构或构件内力和位移都在不断地发生变化。需要对每个阶段的内力和位移进行跟踪计算，找到施工过程最危险的阶段进行准确控制，才能确保结构施工的安全。另外，由于安装过程中，结构或构件产生了位移，会影响到后续构件的加工尺寸，因此必须跟踪计算，才能采取有效措施避免或者准确更改加工尺寸。
4.柔性结构的成型问题及计算
索穹顶结构属于典型的空间张拉结构体系，其成型工法及计算是这种新型结构施工过程中的主要问题。索穹顶结构由脊索、斜索、环索、撑杆及中心受拉钢环和外圈受压钢环梁等组成。通过按不同顺序和不同预应力的施加方法，使结构逐渐成型。总体上，索穹頂结构的施工不外乎两种次序和方法：1）首先将中央桁架或中间拉力环提升至设计位置并用临时施工塔架支承，在中间结构定位后，再由外环起逐个向内张拉斜拉索。2）先固定脊索、斜索与外环的连接，然后由外环起逐个向内张拉斜索，提升桅杆，最后提升内拉环。但由于技术保密的原因，上述施工方法在国外的文献上只有简单的介绍，国内一些学者近几年也开展了这方面的研究工作，取得了一定的成果，为索穹顶在我国的应用奠定了理论基础。
5.大跨度结构的整体提升设计及计算
结构的提升状态与结构的设计状态一般不同，结构工程师应根据结构的受力特点对提升系统提出要求，并验算结构及提升柱的强度、刚度和稳定性。根据提升柱和提升结构的安全程度，在提升过程中可以人为地改变结构提升过程的受力状态。有两种处理措施：一是根据提升柱刚度及稳定性的强弱程度，可以调整提升柱之间提升力的大小分布，把弱柱的提升力转嫁到强柱上以保证弱柱在提升过程中的安全，相应的提升结构的内力和变形也发生变化，要特别检验它的强度和稳定性。二是在一个提升柱中，可能由于两个提升力偏心不等对柱产生极为不利的影响，可以通过调整两个提升力的大小使柱达到或接近中心受压以改善柱子的受力状态，但也要检验提升结构的内力和变形。当然，也可以在柱顶设置提升平台，通过调整提升平台的悬臂长度使两侧的弯矩相等或接近相等。
四、结束语
虽然现如今我国大跨度钢结构的建设进入了快速增长时期，但设计有诸多技术问题需要解决，而且施工过程中也遇到了愈来愈多的技术挑战。随着工程实践的大量增加和理论研究的不断深入，我们应当研制开发出和大跨空间钢结构需要相适应的新技术、新体系、新材料，保证大跨度空间结构的经济性、先进性以及合理性。
参考文献
[1]崔晓强,郭彦林,叶可明. 大跨度钢结构施工过程的结构分析方法研究[J]. 工程力学,2006,05:83-88.
[2]郭彦林,刘学武. 大型复杂钢结构施工力学问题及分析方法[J]. 工业建筑,2007,09:1-8.
关键词：大跨度复杂钢结构；施工技术；问题探讨
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
前言
随着经济、文化建设需求的扩大以及人们对建筑欣赏品位的提高，大跨度空间钢结构由于其形式多样化，造型美观，经济性好等特点越来越受到设计师们的青睐。一般来说，对于现代大型和大跨度复杂钢结构，施工及安装方案对结构成型后的受力状态有直接的影响。因此，设计、研究和施工技术人员均要了解结构的设计状态及结构性能，正确选择结构成型及施工方法，特别对于大跨度复杂钢结构要跟踪分析结构施工过程的不同工况状态，检查安装过程中结构的安全性及安装完成后结构的可靠性。
二、大跨度复杂钢结构施工技术概述
大跨度空间复杂钢结构具有以下特点：大量应用现代预应力技术，涌现了索穹顶、张拉整体结构和索膜结构等新型结构形式；结构跨度大、钢材等级高、钢板厚度厚；构件数量和截面类型多，深化设计难度大 ；加工精度要求高，构件加工难度大；现场焊接工作量大，施工技术难度高。为了保证施工精度，这些工程都需要进行预拼装，并且现场焊接工作量特别大。由于跨度大、结构新，从经济性和安全性出发，都必须采用先进的施工技术才能顺利完成。
大跨度钢结构体系主要有网架结构、悬索结构和网壳结构等，对于这些类型的结构而言，由于受力形式的特点使其在施工过程中需要考虑的因素诸多，如施工场地条件、施工单位机械具准备、施工成本和工程质量等。目前较为常见的大跨度钢结构施工方法主要有以下六种：（1）高空散装法，将结构全部构件分成小单元散件并直接在高空设计位置拼装成整体的方法，施工过程中可以采用满堂支架法和悬挑法两种。（2）分条或分块安装法，通常是将结构构件在地面焊接、拼装成条状或块状单元，然后由起重设备吊装至设计位置拼接成整体结构。（3）整体吊装法。整体吊装法是指先将结构构件在地面拼装成整体，然后用起重设备将其吊装至高空设计位置并固定安装的施工方法。（4）整体提升法。整体提升法的起重设备位于结构上方，其方法是当结构在地面整体拼装完成后，通过吊杆将结构提升至设计位置。（5）整体顶升法。整体顶升法是将钢结构构件在地面拼装完成后利用现有结构柱作为滑道，将千斤顶安装在结构各支点下面，然后逐步地把结构顶升到设计位置的施工方法。（6）折叠展开安装法。折叠展开安装法主要应用于网壳穹顶结构中，其原理是将穹顶的立体空间作用看成是径向拱的作用与环向箍作用的叠加。
三、大跨度复杂钢结构施工过程中的若干技术问题探讨
大跨度钢结构施工过程表现出诸多力学及技术问题，应引起设计和施工工程师足够的重视。
平面和空间桁架在吊装过程中的稳定问题
对于大跨度的平面和空间桁架结构，在吊装过程中要重点考虑和解决以下几个问题：在决定大跨度平面和空间桁架结构的吊装方案时，吊点的选择和吊点的分布是首先要考虑的问题。一平直的简支梁结构，要吊装到设计标高与两柱头连接，其吊点的选择和吊点的分布要保证起吊后的梁在自重作用下两端的轴向相对变形等于或接近零，这样吊装到设计位置的梁就能准确就位，不会超长也不会缩短。依据这个原则，吊点的选择要满足以下两条：l）吊件两端的轴向相对变形等于或接近零；2）吊件的变形和弯矩分布比较均匀，且数值最小。在制定吊装方案时，确定吊点及其分布，对于大跨度桁架结构仅凭经验是不够的，必须通过必要的分析和计算才能确定。最重要的是在起吊过程中，桁架在保证平面内稳定条件下，不发生平面外失稳。平面内稳定主要是验算桁架的单个构件不失稳或不发生强度破坏。平面外失稳是一个整体失稳破坏，与吊点的多少和分布有密切关系。吊点愈多，愈不会发生平面外失稳。给出了一片状桁架在一个吊点、两个吊点、三个吊点提升的情况下，平面外可能的失稳模式。桁架结构平面外整体稳定性计算是一个比较复杂的问题，可把桁架模拟成实腹式构件进行简化分析，也可应用ANSYS有限元软件计算其平面外失稳荷载，进而判断吊装方案的可行性。
2.拆撑过程中的安全问题
在结构成型过程中，必然要设置一些临时支承柱。待全部构件安装就位后，就得拆掉所有的临时支承柱。拆除临时支承柱的过程，是结构受力逐渐转移和内力重分布的过程。拿掉最后一根临时支承柱后，结构即完全进入设计状态。拆撑过程应考虑如下原则：l）受力体系转化引起的内力变化应是缓慢的过程；2）参与受力的各杆件应在弹性范围内进行调整并逐渐趋近设计状态，不允许结构构件出现永久变形；3）拆撑易于控制，安全可靠。
3.预应力张拉全过程跟踪模拟计算问题
为了保证大跨度和超大跨度结构在安装过程中安全可靠，常常需要施工过程跟踪模拟计算，以确定结构或构件满足强度、刚度及稳定性要求。大跨度结构的施工是一个连续化的过程，在这个过程中，每一个阶段的结构或构件内力和位移都在不断地发生变化。需要对每个阶段的内力和位移进行跟踪计算，找到施工过程最危险的阶段进行准确控制，才能确保结构施工的安全。另外，由于安装过程中，结构或构件产生了位移，会影响到后续构件的加工尺寸，因此必须跟踪计算，才能采取有效措施避免或者准确更改加工尺寸。
4.柔性结构的成型问题及计算
索穹顶结构属于典型的空间张拉结构体系，其成型工法及计算是这种新型结构施工过程中的主要问题。索穹顶结构由脊索、斜索、环索、撑杆及中心受拉钢环和外圈受压钢环梁等组成。通过按不同顺序和不同预应力的施加方法，使结构逐渐成型。总体上，索穹頂结构的施工不外乎两种次序和方法：1）首先将中央桁架或中间拉力环提升至设计位置并用临时施工塔架支承，在中间结构定位后，再由外环起逐个向内张拉斜拉索。2）先固定脊索、斜索与外环的连接，然后由外环起逐个向内张拉斜索，提升桅杆，最后提升内拉环。但由于技术保密的原因，上述施工方法在国外的文献上只有简单的介绍，国内一些学者近几年也开展了这方面的研究工作，取得了一定的成果，为索穹顶在我国的应用奠定了理论基础。
5.大跨度结构的整体提升设计及计算
结构的提升状态与结构的设计状态一般不同，结构工程师应根据结构的受力特点对提升系统提出要求，并验算结构及提升柱的强度、刚度和稳定性。根据提升柱和提升结构的安全程度，在提升过程中可以人为地改变结构提升过程的受力状态。有两种处理措施：一是根据提升柱刚度及稳定性的强弱程度，可以调整提升柱之间提升力的大小分布，把弱柱的提升力转嫁到强柱上以保证弱柱在提升过程中的安全，相应的提升结构的内力和变形也发生变化，要特别检验它的强度和稳定性。二是在一个提升柱中，可能由于两个提升力偏心不等对柱产生极为不利的影响，可以通过调整两个提升力的大小使柱达到或接近中心受压以改善柱子的受力状态，但也要检验提升结构的内力和变形。当然，也可以在柱顶设置提升平台，通过调整提升平台的悬臂长度使两侧的弯矩相等或接近相等。
四、结束语
虽然现如今我国大跨度钢结构的建设进入了快速增长时期，但设计有诸多技术问题需要解决，而且施工过程中也遇到了愈来愈多的技术挑战。随着工程实践的大量增加和理论研究的不断深入，我们应当研制开发出和大跨空间钢结构需要相适应的新技术、新体系、新材料，保证大跨度空间结构的经济性、先进性以及合理性。
参考文献
[1]崔晓强,郭彦林,叶可明. 大跨度钢结构施工过程的结构分析方法研究[J]. 工程力学,2006,05:83-88.
[2]郭彦林,刘学武. 大型复杂钢结构施工力学问题及分析方法[J]. 工业建筑,2007,09:1-8.