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摘要：随社会经济不断提升，社会人群在对建筑设计安全性、稳定性要求的基础上，对建筑物的样式、美观程度要求也日益增提高，因此当前我国的建筑设计逐渐呈现出了多样化的特点。在建筑钢结构设计中，对大跨度穹顶刚机构的应用逐渐广泛，同时大跨度穹顶钢结构凭借其有效优化设计、节约钢材且能够有效改善力学结构的特性吗，也越发收到建筑施工企业的青睐。本文围绕大跨度穹顶钢结构展开深入研究，在介绍大跨度穹顶钢结具备的特点同时，以天津市某体育馆为案例，分别介绍了大跨度穹顶钢结构内、外圈滑移轨道、支座的施工以及结构提升施工，以供相关单位借鉴。
关键词：大跨度穹顶；钢结构；施工技术
引言
在建筑施工中，引用大跨度钢结构，可以使建筑提升造型美观程度、并且对其进行的修建具备这较好的经济性，这种钢结构行事，不禁使用的规模和跨度不断增加[1]。另外，随着不断的经验积累中，不停应用到新材料以及新技术，当前我国很多大跨度建筑，都已经成为了所在地的标志性建筑，如北京的五棵松体育场等，可见，大跨度穹顶钢结构，逐渐会成为未来建筑结构中采用最为广泛的建筑技术之一。
一、大跨度穹顶钢结构特点
（一）多样化、复杂化特点
在现代建筑工程中，大跨度钢结构已经不如过去那般，仅采用单一的结构形式进行设计，其结构形式已经发展处了多种特点各异的组合结构[2]。
（二）应用大量的现代预应力技术
随着钢结构技术的发展，传统的单一形式结构已经逐渐被多种结构形式所取缔，并采用了大量的新型技术，例如大跨度穹顶钢结构，就将预应力这一新型技术进行了充分的展示和利用，最有代表性的当属北京工大的‘奥运会羽毛球馆’，该建筑引用了当今世界上跨度最大的弦支穹顶结构[3]。图1为奥运会羽毛球馆俯视图。
（三）结构跨度大、钢板厚度厚、刚才等级高
现代建筑对跨度的需求逐渐增高，因此大跨度穹顶刚机构应用的规模越来越大，例如国家鸟巢体育场，其采用的大跨度穹顶钢结构，大量采用了高等级、高强度、大厚度的Q390C、Q460E钢材，部分刚才厚度已经超过100mm。
（四）结构数量、截面类型较多，设计难度高
通常开展的大跨度穹顶钢结构施工，工程规模都很大，结构都是由数以万计的构建组合而成，少则几万，多则数十万，同时这些构建的尺寸、长度都各不相同，会为施工单位造成很大的困难，特别是针对穹顶结构一些扭曲构建，必须要经过专业的试验和设计，才能够完成施工。
（五）较高的精度要求
通常情况下，市、省甚至是国级的重点工程，会较多的应用到大跨度穹顶干结构，例如体育场的建设，因此对施工质量的要求极高，若想满足极高的至来年个要求，施工的精度以及构建本身的精度也必须大幅度提高，例如对焊接风的要求就达到了1级，为施工单位增加了很大的难度。
二、工程案例概况
（一）工程概况
本文以天津市某教育园区体育馆工程为案例。该体育管位于天津市某教育园区，工程主要包含一座比赛场馆外加一座公共实训中心，总建筑面积7.1万㎡，占地总面积78亩，比赛场馆结构为地下一层，地上三层，供设置6800个观众席位，总投资约4.25亿。该体育馆的比赛场馆，其主体钢结构采用大跨度穹顶钢结构，高度约24m，，屋顶结构包含圆周分布的19榀径向桁架、6榀环向钢梁，钢材总量5589吨。
（二）技术难点
本次工程技术难点包括（1）对螺栓连接中放样、下料以及焊接工序有很高的精度要求；（2）对焊接的变形难以控制，例如焊接应力造成的角、线变形以及弯曲变形；（3）钢管腹杆构建相贯线加工十分困难[4]。
三、内外圈滑移轨道、支座的施工
（三）内外圈滑移轨道的施工
本工程的滑移轨道，设置在环桁架R1、R2下方的18米和42米处，内圈滑道施工须设置支撑架、外圈滑道设置混凝土支撑架，设置在环桁架5下。
1.内外圈轨道设计要点
内外圈滑移轨道设计要点包含（1）在钢结构滑移单元进行累积滑移期间，滑倒结构负责导向、沉重任务，并限制支座位移；（2）外圈用高为11.50米的钢筋混凝土立柱，将18根混凝土立柱利用桁架式滑移大梁连接组合成通长滑道，内圈进行临时支架结构设置，并在顶部设置环形轨道；（3）在设计轨道标高期间，须考虑能够躲开障碍物，本工程滑移大梁为临时结构，因此直接诶将滑道铺设于大梁表面；（4）轨道中心线需同大梁轴线重合，目的为减少滑移期间减少水平推进力、自重荷载；（5）轨道采用16a热轧钢槽，焊接至大梁表面，轨道两侧设置挡板结构，目的为抵抗支座滑移期间的侧向推力。
2.轨道的安装施工
（1）施工要求
在开展内、外轨道安装施工期间，因轨道长度很大，因此要求在施工现场进行分段安装，同时为确保滑道表面的水平度（减少滑移摩擦系数和阻碍），安装期间，需要利用薄钢板将大梁表面与轨道下表面进行垫实，钢槽分段的焊接技术要求采用单面焊接，焊缝需要用砂轮进行平整打磨，在测试滑移阶段，须涂抹黄油进行润滑。
（2）安装轨道
轨道安装在环桁架R1-18、R2=15米下方，共内、外两条轨道，内圈设置支撑就爱、外圈设置标高11.50混凝土支撑架，共计18根混凝土柱。内圈轨道，采用12个格构柱支撑胎架，利用格构架连接胎架，进行轨道的铺设，外圈轨道采用高11.50mH钢连接作为支撑柱，进行轨道铺设，轨道用16a槽钢在H钢连接上进行反扣，并对比压制进行控制，确保滑移期间钢槽的稳定性，不会出现变形现象。
（3）测量放线
以监理单位、建设单位提供的基准带为一句，引测出建筑物的±0.000m，随后将基准标高作于不易出现沉降的固体上，制作四等水准网，并进行复测，确保精度达到四等水准网，内、外滑道标点和滑移支座间的同步性，沿着滑道方向将临时水平联系杆件、液压推器顶推点连接耳板，设置在相邻滑移支座之间。
（四）滑移支座施工
1.支座设计要点
（1）本工程中，内、外轨道都无法直接使用永久结构作为滑移支座，因此，需要分别进行临时支座设计，并与上方人字柱结构、环桁架相连接。要求支座两侧，必须与滑道中心线的切线相互平行，同时必须同钢槽的内壁保留一定的间隙，从而有效限制滑移导向作用；（2）严格计算支座与钢槽接触面积，控制比压，确保滑移期间钢槽的稳定性（不变形），同时避免滑移的时效摩擦；（3）因钢结构沿着径向的剖面是拱形，会有支座水平力影响滑移，为有效减少水平推力，采取释放位移方式，即滑靴同滑道侧壁预留间隙，余留出水平力的石方空间。
2.防止卡轨措施
（1）为防止滑移期间的啃轨、卡轨现象，故应将支座前端按照‘雪橇’方式设计，两侧支座成带有弧度的形式，进而有效防止支座在滑移过程中，与两侧的滑道侧壁出现顶死现象，即卡轨，同时可以有效避免因内、外滑道不够凭证造成的卡住显现，即啃轨。
（2）在现场施工期间，需要严格监督轨道安装的顺直成都，并严格控制轨道的中心距，这两项因素都是可以有效避免‘啃轨’和‘卡轨’的关键因素。
（五）穹顶桁架钢构件施工
穹顶桁架钢构件施工，即对穹顶桁架钢构件进行滑移安装，并且将其进行合拢：
1.模拟分析穹顶桁架钢构件滑移
在对钢构件滑移进行模拟期间，选择空间三维实尺作为计算模型，网格钢结构选择六个自由度结构，两个节点，在模拟期间，充分考虑结构弯、剪、压、扭四项内力带来的共同作用以及结构的变形情况，在模拟分析后合理设置临时支撑，将观测控制点设置在手里变形最大的结构位置，便于在累积滑移施工期间进行监控，让施工人员能够以检测结果为依据，掌握施工工艺对结构的受力以及变形的状态，并准确做出工艺的安全性[5]。
2.对穹顶桁钢构件在滑移中使用计算机对其进行同步控制，并可采用液压系统，因为液压系系统的传动加速度很小，并且可以有效控制，能够保障施工中的安全性、稳定性，操作人员只需在控制室，利用液压同步计算机的人机界面观察滑移全程，同时可以通过人机截面操作，实现手动控制、自动控制以及对液压顶推器采取点动操作，进而实现累积滑移施工中的姿态调整、同步顶推以及单点毫米级别的微调。
四、穹顶钢结构整体提升
1.提升设备安装
拼装完成钢结构后，采用整体提升技术，该工程设置提升点21割，外围16个塔架、壳体中间4个他家，塔架采用2000kN油缸，顶端采用钢梁进行连接。外围下吊点为壳体节点板焊接耳板，中间下吊点为圈梁设置牛腿。随后进行设备安装：（1）安装提升钢绞线，液压缸：安装前对现场进行测量，以每个提升点高度为一句，对钢绞线进行切割，安装钢绞线期间，穿在油缸上下锚固一直，随后安装卡板固定；（2）液压泵站及计算机控制系统：安装液压泵站期间，按照设备特点进行液压油管连接诶，检查液压油，准备好备用液压油。安装好控制系统之后，对提升系统进行调试，检测系统的提升性能、各项指标、审核设备是否处于正常运转状态，最后确认整个额系统是否满足大跨度穹顶钢结构的提升需求[6]。
2.钢结构试提升
正式提升前，需要进行试提升，该项目试提升高度为30m，提升系统加载比例（单位%）按照20—40—60—70—80—90—85—100进行，一直到结构完全脱离支撑的架体，并在试提升阶段，该项目分别与支撑架体以及穹顶钢结构上布置了应力计等检测器，便于对钢结构进行应力、应变数据实时检测。
3.正式提升
完成试提升后，即开展正式提升，在提升极端，须充分考虑自然天气因素，通常情况下，要求提升施工的2~3小时内确保无降雨，风力＜5级。此外，正式提升，也要按照严格的加载要求操作，加强提升过程的监控力度，即监控位移同步、荷载同步，同时对钢结构在空中的位置、姿态加以监控，将实测数据同理论数据对比，即使判断能否继续提升，或是先行调整后再开展提升的施工作业[7]。
结语：
大跨度穹顶钢结构是现代化建筑的重要组成部分，其是影剧院、展览馆等大型民用建筑的核心。该结构发展主要是当下社会发展迅速，建筑功能愈加复杂。但由于该结构的施工技术较为复杂，一直是国内外学者研究的重点。在本文中，笔者以天津市某教育园区体育馆为例，对大跨度穹顶钢结构施工技术进行了详述的分析，通过工程实例的分析，明确了该施工技术应用能够有效的提升建筑结构的质量，且案例分析成功的实现了大跨度穹顶钢结构高空旋转双向累计滑移施工同时工程人员的管理水平及专业素养均有所提升。也为今后的建筑发展提供了重要的参数依据。
参考文献
[1]周干廉.探讨大型场馆大跨度钢结构穹顶的施工工法[J].工程技术：文摘版，2017（1）：00271-00271.
[2]高永祥.大跨度穹顶钢结构设计与施工[J].建筑技术开发，2017，44（3x）：85-86.
[3]赵献富，张忆雨.攀枝花博物馆空间预应力索穹顶结构的施工[J].建筑施工，2016，38（7）：885-887.
[4]刘峻峰.安装误差对大跨度复杂钢结构稳定承载力的影响研究[J].建筑施工，2016，38（5）：658-660.
[5]张永坡，李学顺，曲红红，等.大跨度椭圆形弦支穹顶钢屋盖安装焊接施工技术[J].天津建设科技，2017（5）：6-8.
[6]苗成胜.土木工程钢结构施工技术分析[J].工程技术：全文版，2016（20）：00125-00125.
[7]黄明华，赖腾飞，杨汉文.半球形穹顶屋面钢结构预拼装技术[J].施工技术，2016（s2）：419-422.
论文作者:周欣
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第3期
论文发表时间:2018/5/10
标签：穹顶论文; 钢结构论文; 支座论文; 轨道论文; 结构论文; 大跨度论文; 滑道论文; 《建筑学研究前沿》2018年第3期论文;