发布时间 : 星期六 文章大跨度无柱屋架安装施工技术 (2)更新完毕开始阅读bfc2ca969ec3d5bbfc0a7412
大跨度无柱屋架安装施工技术研究
陈祥国 梅宇 中铁建工集团北京分公司
摘要：本文首先阐述了大跨度钢结构屋架特点及其在国内外标志性建筑中的应用情况，然后结合第九届中国（北京）国际园林博览会主展馆工程实例阐述施工过程中技术问题的解决方法。 关键词：大跨度无柱屋架；预应力拉索；空间测量
1大跨度钢结构特点
随着科学技术和建筑工业的发展，各种类型的大跨度钢结构在欧美等发达国家逐渐兴起，成为各国的标志性建筑，大跨度钢结构多用于多功能体育场馆、会议展览中心、博览馆、候机厅、飞机库等。最早跨度最大的平板网架是上世纪60年代美国洛衫矶加里福尼亚大学体育馆（91m×122m正放四角锥）。最大的双层网壳是上世纪70年代在美国建造的休斯敦宇宙穹顶（Astrodome，直径196m）及新奥尔良超级穹顶（Superdome，直径207m）。上世纪90年代在日本名古屋又兴建了当今世界上最大跨度的单层网壳，建筑直径229.6m，结构直径187.2m。1993年日本建成的福冈体育馆，直径222m，是当今最大的开合钢结构屋顶。
近十五年来，随着国家经济实力的增强和社会发展的需要，我们大跨度钢结构也取得迅猛发展，如2008年奥运会国家体育场“鸟巢”、国家游泳馆“水立方”、深圳机场、首都机场、上海浦东机场等都是典型的大跨度钢结构施工范例。
总的说来，大跨度钢结构主要有如下特点： 1.1结构形式多种多样
大跨度钢结构早期基本上是单一的平面钢结构，即由一些强度不大的纵向构件将平面结构连接起来构成纵向构件，层层传递荷载，并不分担荷载的结构形式，主要包括：梁式、框架式、拱式结构；随着科学技术的发展，如今各种空间结构形式层出不穷，组合结构复杂多样，这些结构形式整体刚度大、抗震性能好、经济性强，主要包括：悬索、网架、网壳结构。
1.2结构跨度越来越大
由于建筑功能的需要，现代钢结构跨度越来越大，主要应用于各类体育场馆、机场、剧院等公共建筑，最为典型的例子是世纪之交的千年穹顶（TheMilleniumDome），该馆位于英国伦敦泰晤士河南岸格林尼治，是当今世界跨度最大的屋盖，穹顶酷像飞碟，直径320m。另外，历届奥运会、博览会等都可以显示钢结构的发展水平。如1972年德国慕尼黑（覆盖7.48万m2体育场的索网建筑群），1988年韩国汉城（120m直径体操馆及93m直径击剑馆都是索穹顶），1992年西班牙巴塞罗那圣乔地体育馆（128m），1996年美国亚特兰大乔治亚穹顶（186m×235m索穹顶），2000年澳大利亚悉尼主体育场（11万人，两个220m×70m的双曲抛物面网壳）。
1.3预应力技术广泛应用
预应力技术从工程实际应用到现在仅半个多世纪，相对于人类数千年的建筑史来说只是沧海一粟，但是随着科学技术的进步，新型材料的不断涌现，相关设备性能的不断优化和提高、计算理论的不断完善，以及预应力结构体系的不断创新，预应力施工工艺也在不断的完善和提高，如今已经广泛应用于各种大型公共建筑中。预应力钢结构符合结构发展趋势，满足更大、更轻、更好的技术要求，符合加工批量化、构件商品化、施工装配化的现代工业生产规律。
预应力技术能改善结构受力状态，节省钢材（通常预应力钢结构比非预应力钢结构可节约钢材10%-30%），提高结构刚度和稳定性，降低结构自重而减小地震荷载提高建筑抗震性能。目前钢结构主要施加预应力的方法有四类：钢索张拉法、支座位移法、弹性变形法、手工简易法。
2大跨度钢结构施工中重难点
大跨度钢结构施工是一项工程施工的中的重要环节，施工过程中需要制定合理优化的施工方案，进行科学完善的施工过程分析，突破传统土木工程施工方法，才能保证结构施工的
方便、安全与经济。在施工过程中需要注意以下几点：
2.1计算机辅助深化设计和工况分析
随着计算机技术的应用，钢结构施工前的图纸深化和工况分析均采用计算机辅助设计，如何通过计算机建立合理优化的模型，对结构进行拆解，包括整体三维建模，杆件板材优化下料，关键节点设计分析。施工过程中的模拟工况分析等都是计算机辅助设计制造的重要方便。
2.2空间测量技术
由于大跨度钢结构由于本身体型庞大，同时又存在空间立体施工，对施工测量的精度要求往往比普通混凝土工程更高，制定简单有效可行的空间测量方案也是大跨度钢结构施工中的中难点。
2.3合理选用安装方案
钢结构吊装常用的方法有：高空散装法、分体安装法、高空滑移法、整体吊装法、整体提升法，如何选用安全、合理、经济的安装方法是钢结构施工中的一个重点，同时由于大跨度钢结构的特点，往往需要多种安装方法组合再创造，这就给施工带来了更大的难度。
3、工程实例 3.1工程概况
第九届中国（北京）国际园林博览会主展馆工程，位于北京市丰台区射击场路园博会主入口的西南侧，为园博园内核心建筑，建筑面积54044㎡，建筑物檐口高度24m。基础为梁板式筏形基础，主体为钢筋混凝土框剪结构体系，中心主展厅上部为钢结构, 外墙为石材和玻璃幕墙,屋面型式为混凝土屋面及金属屋面。
屋架采用钢桁架结构，整体呈圆拱形，半径35m，最高点标高20m，最低点标高11m。钢结构整体坐落在混凝土结构牛腿上，牛腿上安装18个减震支座球，球体直接采用钢梁焊接，桁架下端与减震支座焊接，上部为半径10m的圆形钢结构，中部有钢结构拉杆与屋架四周的
出屋面混凝土墙体拉结。主桁架共18榀，主桁架间有若干次桁架和钢梁。预应力拉索位于径向桁架上弦之间，主要为稳定径向桁架，保证结构平面外稳定。预应力拉索在两榀桁架之间交叉布置，共计96根索。主次桁架采用圆钢管焊接，钢梁采用方钢和H型钢焊接。屋架平面图（图1）、透视图（图2）、侧立面图（图3）如下：
图1 屋架平面图