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摘要：大跨度结构网架因为外形和实用性的优秀被广泛的应用于大型的建筑设计上面，如体育场、大剧院、歌剧院、火车站、大型购物场、博览会展厅、机场、大型机械加工厂房等。这些大跨度结构的工程不仅为大跨度结构网架提供了实践的机会同时也是对其的考验与挑战。本文主要通过对大跨度钢结构网架技术施工方法、施工技术进行研究来论述其在设计施工中的应用。
关键词：大跨度；网架结构；整体吊装；
引言：网架结构的结构特定就是它的整体是在很多节点处通过结构杆进行连接，并且建立具有几何规律的空间型结构，而不是平面型结构。和传统的平面钢架及平面桁架相比，这样的结构可以最大限度的发挥出捷径传力的优势，因此这种空间结构更适用于大跨度的工程建设中，对大跨度结构网架施工深化设计、施工技术以及施工仿真的研究是有必要的。
一、我国大跨度网架结构的基本情况
随着人类对审美及体味的提升，工程建筑的实用性、受力性及美观性不断升高。在这种良性需求的推动下，大跨度结构网架发展迅速，由于这种结构类型可以最大程度的满足人们对于建筑的外形的要求，以及良好的抗震能力和承受支撑能力。所以在几十年间不断的出现各种形状、用途的钢网结构建筑。并且由于钢网架结构的使用配件具有规律性，对结杆及其他用件的尺寸规格都一样。所以对于加工零件的工厂及现场安装都有很大的优势，这也使得该项工艺受到世界广泛推用的原因。
我国随着社会经济实力的以及对世界影响力的提升，在钢网架结构应用上已经处于世界前列，并且在生产量和面积上居于世界首位。我国在大跨度结构网架的应用上涉及30多个领域，并且都进行了很好的应用与发挥。对其理论知识的研究也逐渐深入，在设计、改变、创新上也日趋完善。并且在外观上也越来越新颖，越来越将人们的想象变成实际。2008年北京奥运会的鸟巢体育馆及亚运会的体育馆等等大跨度网架结构建筑都处处向世界证明着我国的建筑技术设计及建造能力。
而社会需求的快步提升，使得更多的大型网架结构建筑更加的普遍，例如休闲娱乐场所、车展展厅、飞机修理厂、航站楼等。而大跨度网架结构随着用途的改变其结构也不断发生改变，国内外转件现在已经将研究的重点从确保大跨度结构网架的安全性向更理想化的建筑形态跃进，这必然会引起对技术的创新及变革。
二、大跨度网架结构的施工方法
大跨度结构网架因为其结构构造的特点，其中施工最复杂及出现问题最多的地方就是安装方法的问题，安装方法不仅影响工程成本和施工进度，也直接关系着大跨度结构网架建筑的质量及安全性。由于建筑设计的多种多样，各种形态、各种用途、各种外观的大跨度结构网架建筑纷杂出现。在这种情形下，对于不同的建筑结构就会有很多不同种的安装方法，而在方法的选择上不仅要根据设计的结构进行筛选，还要综合考虑如地形、时间、气候、交通、工作效率等方面，然后从中选择和制定出最适合的安装方案。大跨度结构网架的安装方法多种多样，接下来我就介绍几种在实际工程中比较常见的安装方法。
1、高空散装法
所谓高空散装，顾名思义：第一、工程作业需要进行起重机的吊装；第二、将网架结构分块进行，最后进行整体的拼装。具体的施工方法可以分为满堂脚手架法和悬挑法，在网壳、网架的构建中满堂脚手架法应用的更为广泛。特别在对螺栓球网架结构中更是表现出色。
（1）螺栓球网架结构
螺栓球网架有很多种优点，特别是其结构新颖，受力合理的优点尤为突出，这也使得其被我国大跨度结构网架工程大量使用，下图为螺栓球网架系统基本组成。包括网架节点、螺栓球节点（图1）、螺栓球网架杆、节点螺栓球、螺栓球网架支座、螺栓球网架支托、螺栓等。
螺栓球网架按照节点形式又可分为交叉桁架体系、四角锥体系、三角锥体系等。支撑方式多为固定支座支撑。对于大面积、大跨度及有特殊受力或伸缩要求的网架结构可采用橡胶支座（如图2）、滑移支座、球铰支座等支撑（如图3）形式，以满足结构自身的受力稳定、均衡，便于内力释放等设计要求。高空散装法尤其适用于螺栓球网架结构。
（2）高空散装法的优点及缺点
高空散装法的优点明显，整个施工安装工程作业中对大型的安装、起重设备没有需求，具有很高的安全性和精确度。这种施工方法由于简便而实用，所以在网架构建中的利用率很高，通过大量的经验积累，使得安装工艺已经比较成熟。但是在实际的工程作业中并不是就不存在问题，为了在最大程度上的保障施工工程度的质量、进度、安全性，现场的施工人员仍然需要重点关注一些特定问题，如支座偏移、挠度偏大等。
高空散装法虽然有很多优势，但是缺点也相应的存在。因为属于高空作业，所以人员、材料的消耗比较大，并且因为需要大量的脚手架工程，所以在施工时间上就相应较长甚至会影响施工的质量。
（3）高空散装法的施工重点
要想通过这种方法进行施工，就要在最大程度上制定合理的拼装顺序，最大限度的减少施工过程中产生的累计拼装误差，使得标高一直处于一个可控的范围。在工程的施工过程中另一个难点就是控制好标高与轴线的位置，保证在满足工程施工的相关指标、规范及要求的情况下完成结构的拼装。拼装支架需要满足刚度、强度、稳定性以及沉降量等方面的要求，以确保安装施工过程的安全。
（4）高空散装法的实际应用
根据高空散装法的特点，很多实际工程中都有所应用，特别是在大型的体育场馆的施工过程中应用较广，例如：水立方、福建师范大学综合体育馆、深圳大运会主体育场、深圳游泳跳水馆、新疆八钢游泳馆等工程。
2、高空滑移法
这种施工安装方法的重点就是滑移，而此时在施工的过程中就需要滑轨，具体的原理是将整体结构进行分条处理，然后将处理后的结构通过滑轨滑到制定的位置，最后进行整体的拼接。
（1）高空滑移法种类
高空滑移法一般有两种方式：第一，单条滑移法。所谓单条滑移，就是将整体的结构进行分条处理，然后将分成每条后的结构单元通过滑轨逐一的、有规律的、稳定的从一端滑移到设计位置，然后再进行整体的拼接。第二，逐条累积滑移法。所谓累积滑移，该方法最大的优势就是体现在累积上面，具体的过程就是使第一个结构单元先进行一段距离的滑移，然后与第二个结构单元相连接；然后将链接后的两个单元进行一起滑移最终与第三个结构单元相连接；如此反复循环，逐步的增加结构单元的滑移与连接，最后将通过反复累积连接后的整体单元滑移到制定位置。下图4为多个滑移胎架的简易模型：
（2）高空滑移法的优点及缺点
与高空散装法相比，虽然同为高空，但是通过滑移的方式大大的减少了高空作业量，而且由于滑轨的稳定性，高空滑移法能够在保证施工人员的人身安全的同时保障拼接的质量。并且在施工进度上也能有很大的提升，施工过程中不需要脚手架的搭建，节约材料的同时更方便灵活。更不用大型设备，所以在施工工程的成本上也有所降低。
其主要缺点包括：由于需要滑轨进行滑移，所以对于结构的平面刚度要求很大，对施工机械的能力要求较多。
3、分块安装法
所谓分块安装就是不再将整体的结构分解成若干个结构单元，而是将结构的整体分成大小符合起重机吊装能力的若干个面状的整体单元。然后将这些整体单元在地面上进行单元的拼接，然后再用符合规定的起重机将拼接好的结构单元面吊装到制定的位置，最后将这些成面的结构单元进行整体结构的拼装。
分块安装法由于从焊接到拼装的环节都是在地面上进行，所以工程进度、工程质量、施工人员的安全性都得到了很高的保障，并且高空作业量少，脚手架、拼装架和其他一些工程中的辅助工具用量减少，从而大大节约了人员和资源，提高了施工工程的效益。
其缺点也较为明显，因为是要分割成不能变化体系的几何图形，所以就要保证块状或者面状结构单元的自身刚度，此外，在起吊过程中还不能影响到各节点，要将刚度变化控制到最小。这就对吊装的精确性和稳定性有了很高的要求，并且该方法容易受到施工场地的限制。
4、整体吊装法
接下来就说说将整体进行吊装的方法既整体吊装法，所谓整体，就是将所有的结构单元在地面上进行整体的拼装之后，用一台或者多台吊机将整体的结构吊装到制定的位置。
由于整体拼接都是在地面进行，所以此方法的优点很明显，那就是在最大的精确程度上保证了拼接的完成，将施工工程的拼接质量做到了最高。由于大部分都是在地面进行，高空作业量少，这就在很大程度上保证了施工人员及技术人员的安全性。可是由于是整体的吊装，这就对起重机的吊装能力有了很高的要求，要有足够的起重量才能完成整体吊装的任务，吊装较复杂。
5、整体提升法
该方法是用地面投影技术将结构单元等比例的进行整体的拼接，然后利用液压千斤顶、钢绞线等起重设备将整体的额结构单元统一的提升到制定位置。通过这种方法进行的施工安装由于施工工作量都在地面完成，所以在很大程度上提高了工程的质量、精确度、安全性和工作效率。这种方法不需要大型的吊装设备，降低了在起重机上的成本。由于整体提升最担心的就是在垂直提升的空间上有阻挡的障碍物，所以对于提升环境还是要作为重点考虑。
三、网架杆件设计
（1）杆件材料和截面形式
网架结构的杆件常用材料为Q235钢和Q345钢，这两种材料的力学及焊接性能都好，材质稳定。当跨度或荷载较大时，宜采用Q345钢，以减轻结构自重，节约钢材。网架结构的杆件宜采用钢管。钢管各向同性、截面封闭、管壁薄、回转半径大，对受压、受扭均有利。另外，钢管端部封闭，内部不宜锈蚀，表面也难积灰和积水，具有较好的防腐性能；适用于普遍采用的螺栓球节点和焊接空心球节点。
杆件截面选择原则：
网架杆件的截面应根据《钢结构设计规范》GB50017-2003按承载力计算确定。每个网架所选截面规格不宜过多，较大跨度时不宜超过6～7种。对相同截面面积的杆件，宜优先采用壁薄截面，以增大其回转半径。管材可采用高频电焊钢管或无缝钢管，其截面尺寸不宜小于?40×2；角钢截面尺寸不宜小于L45×3或L56×36×3。
（2）杆件的计算长度和长细比
网架结构中，由于每个节点汇集的杆件较多（一般6～12根），而其还常有不少应力较低的受压杆件，可增强受力较大杆件的稳定性，因而杆件的计算长度要比平面桁架的有关规定放宽。网架杆件的计算长度按表1采用，其长细比限制不宜超过表2。
四、网架提升过程中需要注意的问题
网架提升过程中存在很多问题，所以在进行网架提升之前应该至少进行一次网架的试提升，然后通过对这个阶段的分析和总结，找出问题并解决，从而对前期制定的提升方案有一个很全面的考量，来确定其可行性和可靠性。
1、网架试提升的主要主要目的
第一，可以在试提升时将起重机和施工设备的运行情况做一次排查，从而确定可靠性，减少施工中遇到的风险，提高施工工程的总体质量和进度。
第二，可以进行一次全面的演习，来验证一下协调指挥的能力，从而保证在施工中的各个环节都可以得到有效的控制和统一的协调。
第三，在试提升过程中，应该对提升点对网架刚度的影响进行重点的监测。来确定方案的可靠性，并降低风险因素。
对于试提升，在很大程度上决定了实际工程时的工程施工效率及施工质量，具体的方法是：将提升装置全面启动，使网架离开地面达300米处，然后对其进行静止处理，时间控制在12小时为宜，之后对提升设备进行一次全面的检查及记录，检查设备的可靠程度。对于提升设备的每一处细节都做到心中有数，从而保证在实际提升中达到最高的效率及施工质量。
2、网架提升过程中的微调与控制及保证措施
对于整个网架提升的施工环节，在细节和技术上都要进行有力的保障，避免遇到非技术性难题，将人为因素及一切客观因素充分考虑到。如：提升绳直径影响速度问题；提升绳的起始长度与张力调节问题；滑轮数与提升绳的缠绕方式问题等。
结语：随着此起彼伏的大跨度建筑的出现，对于网架施工技术的能力和形式提出了更高的要求，大跨度钢结构网架技术具有很多方面的综合优势，这使其成为众多建筑工程师的首选，注重设计及施工过程，提升这项技术的能力，有助于工程的总体进度与质量，为国家的发展和经济建设提供贡献。
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论文作者:段旭
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第31期
论文发表时间:2018/4/2
标签：网架论文; 结构论文; 大跨度论文; 螺栓论文; 高空论文; 工程论文; 单元论文; 《建筑学研究前沿》2017年第31期论文;