大跨度空间钢结构施工中的控制技术
【摘要】本文以某会展中心钢屋顶的施工为例，探讨了大跨度空间钢结构工程的施工问题。对施工过程中主要构件的分段、吊装等工序进行了阐述，最后总结了施工中安装质量控制的一些主要措施。
【关键词】空间钢结构；施工；安装精度；质量控制
1 大跨度空间钢结构的结构形式
大跨度空间钢结构是近年来使用频率较高的建筑结构形式之一，可以构造出多种造型生动的建筑风格，其中跨度超过150米的超大跨度空间钢结构也已经成为研究的对象之一。国内已经建成的大型空间钢结构中比较典型如上海南站、沈阳地铁二号线场等，都是使用大型空间钢结构的杰出代表。但目前我国对于大跨度空间钢结构的设计和应用方面还存在一定的瓶颈，主要表现在设计方面主要是结构形式相对比较保守，设计思路不够开放。这很大程度上受到大跨度空间钢结构的安全性和施工工艺的限制。
从已经建成的大跨度空间钢结构的具体形式来看，使用最普遍的是管桁架结构。这类结构基于钢管和构件之间的组合连接，形成稳定的三角受力体系。管桁架结构能够直接将上下弦杆进行连续设置，弦杆和腹杆直接交汇，从而能够形成更为光滑的屋面曲率形式。同时由于采用杆件之间的相贯连接形式，节点数量相对更少，可以减少焊接的工作量，因此这类管桁架结构在空间钢结构中的使用频率相对较高。
大跨度空间钢结构的使用寿命，与设计理念、施工工艺息息相关，本文通过对大跨度钢结构工程的构件制作质量、测量控制、构件分段、吊装工艺等方面作为切入点，简要介绍大跨度钢结构施工中的质量控制要点。
2 应用实例
2.1 工程概况
本实例的工程位于安徽某地会展中心检录大厅，该建筑的屋顶结构采用管桁架结构，拱最高点超过50米。屋顶管桁架结构总体由三个部分构成，东西对称。各部分屋顶承重结构均为拱形管桁架，跨度为120余米，总长约170米。纵向桁架数量13榀，横向桁架42榀，环桁架（总长410米）1榀，采用钢管桁架结构。
2.2 吊装策略与设备选择
在参考国内类似工程施工经验的基础上，根据结构的受力特点和连接形式，制定合理的安装顺序，采用整体制作、分段安装的总体部署。通过计算吊装单元的自重，对安装工况进行分析，主吊机选用CC1000型履带吊，工作形式为主臂+副臂的作业方式，副吊机采用Qy100型汽车吊。场外主拱采用散装形式，选用KH180-2型履带吊。
2.3 钢结构的分段处理
由于本工程跨度大，构件外形不规则，施工场地条件有限，无法在安装工位拼装制作，必须将主拱和次桁架进行分段安装，空中合龙。根据主吊机的性能参数，将主拱分为5个子段，分别编号为ZG1~ZG5。由于各主拱分段的重量不一和连接形式不同，将位于主拱两侧ZG1和ZG5子段在场外散装，通过搭设临时承重胎架，实现中间部分分段安装。次桁架分为3段、环桁架分为20段，通过在断点位置设置承重胎架，实现次桁架和环桁架的安装。
2.4 施工准备工作
由于工程中的构件分段多，施工关联点密集，为确保构件的安装质量，必须加强各控制点的复测和控制点的加密测量，同时依据施工图纸对结构各控制轴线进行布线和放样。其次，施工人员在进入吊装阶段前对场地进行必要的施工准备，检查施工设备和辅助设施的安全性，如吊笼、爬梯等辅助设施是否安装到位。最后优化吊机的行进路线。
2.5 吊装前质量控制
依据既有施工经验，在吊装施工过程中，主要对以下施工过程加强监控：（1）检录大厅南侧和北测的主拱拱脚柱先独立吊装，以便于后续主拱的分段吊装；（2）抗震支座的吊装采用整体装配形式，在装配过程中予以固定，在整体卸载后再将支座调整回可转动状态；（3）在地面拼装好的各分段部件倒运至主吊机工作范围内；（4）在地面完成各分段吊件的绑扎工作，这一阶段的关键是合理确定吊件的重心位置，在绑扎时设置必要的防滑护垫，即起到防滑作用也避免钢丝破坏吊件表面的油漆涂层。
在施工中各细节的安装精度依照设计图纸要求，并考虑实际施工技术水平，拟定的各分段的安装精度标准主要为：①各分段构件分段后的长度误差不超过5mm；②弯曲矢高的控制精度不超过跨度的l/2000，控制数值为10mm内；③起拱度安装误差精度控制在-5mm到10mm之间；④支座位置的安装控制精度控制在±5mm内；⑤标高控制精度误差控制在±5mm内；⑥构件分段间距安装精度控制在±5mm内。
2.6 构件吊装中的控制
构件的吊装步骤的合理性是构件正确安装的前提。这一阶段的控制要点如下：①检查构件绑扎吊绳的牢固性，以及卸扣是否设置正确；②调整构件在空中的姿态和角度，检查是否达到设计要求需要的角度，在构件吊离地面1米左右时通过构件上挂好的倒链进行调整；③构件起吊至安装位置后，依据安装位置的中心线，对构件的位置和角度进行初次矫正，采用全站仪对角度和位移进行观测；④构件调整就位后，及时安装腹杆等次构件，确保构件形成一个完整的受力体系，并对构件的安装精度进行二次矫正，直至满足设计要求。
3 构件安装施工的质量控制与管理
在本工程中的构件安装质量控制要点为：①对进入施工场地的各类构件进行尺寸上的复核；②构件吊装前对构件的分段长度、弯曲度、起拱度等控制性参数进行检查；③制定合理的安装顺序；④构件安装过程中的监测和精度控制。
在管理方面，主要的措施为：①严格遵守国家规范和工程设计要求、施工图纸等；②对每道施工工序都进行质量检查，在该工序满足质量控制要求后再进行下一步的施工；③对施工中出现的质量问题采取上报、审批的形式，经过论证后进行整改；④注重合龙时机的选择，主要考虑的因素为构件的温度变形，在进行构件合龙时选择受日照影响较小的时段进行，本工程中的构件合龙安排在早上6点和下午5点进行。
4 结语
该工程在大跨度钢结构施工过程中，通过合理布设测量控制网，严密监控构件的安装精度和变形情况；采用搭设支撑体系、分段吊装和高空拼装等综合安装技术，成功实现拱脚柱和管桁架梁对接；经过计算机模拟分析，使用“单机四点”或“双机四点”的吊装方法，成功解决了大跨度拱桁架梁在施工中的变形控制和合拢难题，为类似的大跨度钢结构安装工程提供有益的参考。
参考文献
[1]GB50017-2003.钢结构设计规范[M].北京:中国建筑工业出版社.
[2]GB50205-2001，钢结构工程施工质量验收规范[M].北京:中国计划出版社.
[3]叶青荣,孔祥荣.大跨度空间管析架结构施工技术研究[J].安徽建筑.2009(4):79-83.