综合体建筑中大跨度空间钢结构施工技术

综合体建筑中大跨度空间钢结构施工技术

马永

中冶天工集团有限公司

摘要：随着社会和经济的迅速发展，建筑业取得了长足的发展，特别是钢结构综合体建筑中大跨度空间的施工，采用了高空散装、分段吊装等特殊技术，可以保证工程质量。在大跨度空间中，开环控制、闭环控制和自适应控制是保证大跨度空间钢结构工程质量的关键。大跨度钢结构是目前较为适应工程发展的新情况的一种技术体系，它的类型丰富、特点突出。在具体的施工中，施工单位必须对这种工艺进行规范，并强化工程的质量管理，进而全面提升工程的整体水平。基于此，文章着重探究综合体建筑中大跨度空间钢结构施工技术，以及提升大跨度空间钢结构施工的质量控制对策。

关键词：综合体建筑；大跨度空间；钢结构施工技术；质量控制

引言

随着我国经济的迅速发展，对建筑的要求也越来越高，大跨度空间钢结构的施工技术因其形式多样、观赏性强、经济性好而受到人们的欢迎。大跨度空间通常要求结构具有足够的承载能力，而钢结构由于其高强度和轻质特性，能够有效支持大跨度的空间，提供更广阔的使用空间。在目前的综合体建筑中，机场建筑、会展中心等部分房屋建筑的大跨度空间结构已经得到广泛的应用。

1.综合体建筑中大跨度空间钢结构的类型与建筑特征

大跨度空间钢结构广泛应用于建筑工程中，其类型和建筑特征涵盖了多个方面。关于大跨度空间钢结构的类型和建筑特征如下：

1.1 钢结构类型

1.1.1 悬索结构

悬索结构在现代大跨度空间钢结构中也是应用最广泛的一种，它是利用柔性绳索的张力来实现结构的承载。因此，柔性绳索的材料越好，性能越好，结构承载力也就越好。随着科技的发展，新的柔性材料层出不穷，绳索的机械强度得到了极大地提高，这也让绳索的承载能力得到了极大地提高，成为了建筑界中最受欢迎的一种结构。悬索桥的优点主要体现在四个方面。第一是重量轻，二是施工方便，三是跨度大，四是节省材料。因此，在未来的建筑领域，悬索结构将会被大量地使用，现在越来越多地被用于桥梁和水利。

1.1.2 网架结构

目前，在施工中广泛采用的是网架结构。在网架结构的内部系统中，有许多的杆件，它们通过一定的布置相互联系，最终形成了一个非常出色的空间结构。由于其在性能和外观上的优越性，所以越来越多的工程单位将其应用到实际工程中。在施工中，为了达到更好的连接效果，必须对焊接工艺进行科学的选择。

1.1.3 网壳结构

网壳结构在结构上起到了很好的作用，能够在各种外力的作用下，形成较好的支撑效果。同时，它比传统的网架结构更方便。此外，它在实际操作中具有很高的安全性，可以确保操作人员的安全，并且可以对变化的风险进行有效的控制。因此，在施工中，必须规范使用这种结构形式，并对其进行合理的结构设计和安装，以适应工程的实际需求。以某运动中心为例，其结构形式为单层变曲线弯曲扭转网壳结构，其支承结构具有较好的支承作用，利用网壳的特点，通过高质量的设计，建立了空间曲面，使各种曲率曲线的平滑过渡，达到了大跨结构体系的目的。

1.2 建筑特征

随着时代的发展，对建筑的使用提出了更高的要求，建筑的跨度在变大，材料的强度也在不断地提升。大跨度钢结构建筑是仿效生态建筑，对建筑的外形要求很高，因而需要使用多种不同的节点。常用的节点有球节点、交叉焊接节点、铸钢节点、锻钢节点等。在大跨度钢结构工程中，不同的截面形式是不同的，因此，在施工过程中应特别重视。由于大跨度钢结构构件的加工难度较大，所以在进行大跨度钢结构构件时应着重考虑弯曲构件，以保证其满足施工要求。此外，大跨度钢结构在工程建设过程中，对构件的装配、拼接、焊接等质量要求较高。对钢结构件的加工必须严格、精细，对复杂的节点必须提前进行工厂装配，进而确保其装配的准确性。只有加强构件的质量，才能确保项目的质量。

2.综合体建筑中大跨度空间钢结构施工技术的特点

2.1 对钢材的强度要求高

随着技术水平的不断提高，我国钢结构的跨度越来越大。跨百余米的桥壳结构，在实际工程中已取得很好的效果。国家水立方项目跨越177米，而鸟巢横跨296米，这是一个巨大的跨度，同时也是一个巨大的悬臂梁。因此，需要有足够强度的钢筋。但在传统施工中，往往会采用梁、柱等结构来减少跨距。在实际生产中，质量控制的目标是减少同一零件的负荷。在大跨度的概念里面，如果没有支撑，那么在负荷的情况下，就会产生巨大的剪切。

2.2 设计特点

现代大跨度空间钢结构是由许多杆构件组成，其节点众多。如果构件的空间位置发生了变化，或者是节点的连接不牢固，那么就会对大跨度空间的钢结构造成很大的危害。因此，在大跨度空间钢结构的设计中，必须进行大量的重复计算，并对其进行严格的检验，进而保证其科学性。近年来，随着科学技术的进步，计算机技术的不断进步，使得大跨度空间钢结构的设计效率和设计质量得到了极大的提高，使得大跨度空间钢结构的设计更加科学、合理。

2.3 焊接过程中工程量较大

大跨度空间钢结构的设计中，节点数量众多，其中以焊接最为普遍。但在焊接时，由于温度的突然升高，会影响到钢材的性能。所以，要做好一套准备工作，而不仅仅是把两种钢材连接起来。在施工中，两根管子的连接处要进行开槽，以便测量焊缝之间的空隙。根据整个焊缝的长度来确定钢管斜口开孔的深度，并采用环形焊接方法将两管间的连接板连接起来。对连接板的方向有一定的要求。通常在剪刀的方向上，泄漏板的宽度也要符合焊接接头的规定，以避免泄漏。

2.4 构件的安装特点

与一般建筑结构相比，当代大跨度空间钢结构中间区域力学支撑较弱，需要借助复杂结构形式进行力学有效转移。传递力学时，需要保证建筑物各部件定位正确、衔接准确、牢固。若构件位置或连接发生故障，力学传递不畅则会使建筑整体结构失衡，建筑结构稳定性下降。因此在对构件进行安装时必须要有更高精准度来保证构件空间位置合理以及构件连接牢固性符合规范，继而增强建筑结构稳定性并保障其承载性能。

3.综合体建筑中大跨度空间钢结构施工技术

3.1 结构构件和异型节点的制作技术

钢架建筑作为大跨度、空间复杂钢架建筑的代表陆续涌现，很多本地很难制造出新型金属架建筑。最近几年，我们着手进行一系列的大型复杂结构及高强度钢结构工程。钢骨零件生产技术上碰到许多引人注目和有代表意义的问题。滑移施工技术滑移施工技术是以分调结构单元为基础，利用滑轨使之滑移至预设位置后对钢结构进行分调。通常情况下滑移施工都要具备一定的具体条件。一是要确保结构类型的整洁和标准；二是搞好支撑轴线的管理以达到规定的要求；最后要保证主桁架结构在施工过程中一致。滑移施工前应确认滑靴，滑移轨和被滑物体状态并查看准备状态。滑移施工共由三个施工环节组成：一是采用卷扬机进行滑移牵引；二是采用液压千斤顶对钢绞线束进行滑移牵引；三是采用液压顶有千斤顶和夹轨顶推滑动。此外，作业环节也要充分考虑现场情况和工程特征来选择适当的作业办法。根据过去的经验，这种技术多用于会展中心，博物馆和机场连廊的钢结构施工。整体上看，这种安装方法突破了局部场地的局限，其安装精度受滑移累计误差影响较大。它主要用于下列场合：结构下部场地不变的大型吊装设备的站位，走行；结构下部混凝土楼面结构复杂，对结构拼装不利；使用跨外吊装需要的装置太大，甚至达不到要求；结构外有较大的拼装场地。

3.2 整体吊装工程技术

全球计算机控制液压系统起重技术属于新兴技术，近来在建筑工地上采用了计算机控制技术。其主要原理是以液压缸为动力装置，运行点升力需要，把若干个油压千斤顶和油压阀组，泵站等结合在一起，由计算机控制同步运动，保证大型结构在工艺上或运动上的姿态平稳和负载平衡。

3.3 高处无支撑组装技术

高处无块膨胀机装配技术施工原理为：在合理分割结构体系和选择悬挂顺序的基础上，施工期不需要吊塔。利用结构本身形成稳定的单元，最终使单元组件不断延伸，形成整体结构。

3.4 厚板不同钢管结构的多角度全位置焊接技术

钢的截面形状及连接形状也在不断地更新多样化。对焊接质量有较高要求，且不断有新的焊接问题未借鉴经验。因国产钢泛滥而加大了焊接的难度。特别在厚板模具中使用时可能出现母材熔化且焊接质量不易控制等问题，而现场焊接环境对焊接质量有很大影响。低温、强风、高湿度环境下，质量难以控制，焊接零件难以维护。面对焊接问题的差异，本文以传统焊接技术合理应用为前提，根据不同工程不同焊接特性，采用新型焊接技术与手段，为了克服焊接及焊接难度不一，使质量得到成功保证。

3.5 高空散装技术

该项技术需要先对涉及的特定零件进行综合集成，然后再按照特定施工要求对其进行相关分割处理，并对分类类型进行识别，最终实现高空作业环境中的高效衔接，并且组织技术人员按专业标准拼接确保结构作业整体性。在使用这一技术时，施工人员需结合实际情况来选择具体办法进行操作，常用方法包括悬挑施工方式以及满堂支撑法等。整体上看，这种安装方式容易控制节点的坐标，施工更加灵活，脚手架的回收利用率更高。但支承使用量大，搭设繁琐，高空作业频繁，施工时间长，占用场地空间太大，故适合高度及跨度不大，杆件较少的构造。

4.综合体建筑中大跨度钢结构施工中的质量控制措施

4.1 大跨度空间钢结构施工的开环控制

开环控制是最常用的一种控制方式，由于它的发展相对较晚，它已经非常成熟，在建筑工程的控制中得到了广泛的应用。然而，随着我们对建筑的要求越来越高，开环控制在施工中的作用也越来越大。开环控制是传统的基于简单功能的控制原理，将开环控制技术应用于大跨度空间钢结构的施工，其控制方式仅限于单向，如果不能很好地控制大跨度空间钢结构的施工，就会使其无法与实际工程相协调。另外，由于开环控制法在施工中会出现一些难以预料的问题，使其不能很好地进行到位的控制。所以，开环控制在大跨度空间钢结构的施工中，更加适合于大型空间钢结构的简单工程。

4.2 大跨度空间钢结构施工的闭环控制

随着我国经济的发展，为适应大型复杂结构工程的施工控制需求，同时也为解决开环控制在大型复杂结构中存在的问题，通过不断地摸索和创新，最终形成了闭环控制。在大跨度空间钢结构的复杂控制中，采用闭环控制技术进行大跨度空间钢结构的闭环控制，能有效地控制大跨度空间钢结构的施工，从而验证了其准确性，保证了工程质量，进而防止事故的发生。同时，闭环反馈系统在施工过程中的控制更加准确，对高精度的大型空间钢结构具有很大的作用，既可以降低大跨度空间钢结构的误差，又可以提高其施工质量，使我国的建筑业发展更加稳定。

4.3 大跨度空间钢结构施工的自适应控制

在建筑施工控制中，近年来采用了比较多的自适应控制方式，而在该控制方式的不断反复计算下，体系本身也得到了磨合，达到自适应的目的，并不断与施工实际状况做数据比较，以计算出与建筑设计最吻合的数据，正由于该控制方法具有误差小等优点，受到建筑师们的推崇。自适应控制可以说是最先进的施工控制方法，因为之前控制方法中误差的存在主要是因为每次计算过程中都要取近似值而造成小的误差。而自适应控制方法可以较好地避免这一误差，极大地提升建筑工程质量。建筑施工时，对某些诸如材料容量，截面宽度等数学量都要进行计算，可能起初这些细微的错误并没有显著反映到施工上，时间一长，伴随着建设的成长，误差越来越大，这对建筑质量与安全将产生十分重要的作用。并且将自适应控制应用于建设施工当中，该控制方法可以不断重复循环计算，所以出现错误的概率很低。与开环、闭环控制相比，自适应控制具有较高的精确性，是一种具有智能控制思想的新方法。需要注意的是，自适应控制并非完全是优势，它也存在着很多缺点。自适应控制系统主要是用来计算影响建筑结构的各种因素，而不是人为因素，从而导致计算偏差。

结语

综上所述，在当今科技飞速发展的新时期，随着现代信息化、网络化、通讯等技术的飞速发展，建筑智能化建设的应用日益广泛、多元化。但是，由于目前的技术还不够成熟，有些技术还在摸索和实践中，许多智能施工过程中的质量管理还存在着问题，这会给工程的实际使用状况和使用寿命带来很大的隐患，从而影响到产品的使用质量。因此，有关技术人员和施工单位要清楚地认识到这些问题的主要原因，并从根源上加以解决，以此提升建筑工程的施工质量，推动我国建筑智能化更好地发展，从而为智慧城市建设提供高质量的技术支持，提高建筑行业的效益。

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