大跨度鋼結(jié)構(gòu)常用的幾種施工方法
一、高空原位單元安裝法
高空原位單元安裝法
高空原位安裝法包括高空原位散裝法和高空原位單元安裝法。
所謂“散裝法”一般是指將構(gòu)件采用懸挑法或滿堂支架法直接在設(shè)計(jì)位置進(jìn)行拼裝的一種方法。
此法需搭設(shè)滿堂支撐，以提供高空擱置及工人的操作平臺(tái)。
優(yōu)點(diǎn)：由于單件的重量較輕，可有效降低起重設(shè)備的起重要求。
缺點(diǎn)：支撐搭設(shè)時(shí)間長(zhǎng)，高空作業(yè)多，工期跨度大，且需用大量支撐材料，占用大量建筑物內(nèi)場(chǎng)地。
適用范圍：多應(yīng)用在跨度不大、工期要求不緊的網(wǎng)架、網(wǎng)殼等大跨結(jié)構(gòu)中。
我國(guó)南京國(guó)際展覽中心屋蓋主拱架的制作安裝便充分運(yùn)用了這一方法。
“單元安裝法”則是把結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理分塊，然后將這些分塊單元吊裝至設(shè)計(jì)位置安裝。
為保證現(xiàn)場(chǎng)單元的順利拼接，宜先將若干單元在工廠預(yù)拼裝。
此法的重點(diǎn)是吊裝單元的合理劃分，一般應(yīng)把握以下要點(diǎn)：
1.單元的大小視選用的起重機(jī)能力和結(jié)構(gòu)形式而定，比如對(duì)于大跨鋼桁架結(jié)構(gòu)，分塊位置不宜在桁架跨中；
2.對(duì)于梁柱結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)一般建議將分段位置設(shè)在反彎點(diǎn)位置；
3.對(duì)于網(wǎng)架及網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，一般可采用分塊或分條的方案；
4.單元必須自成體系，有足夠的穩(wěn)定性、剛度及強(qiáng)度。
廣州歌劇院、深圳大運(yùn)會(huì)主體育館及深圳灣體育中心均采用了“單元安裝法”。
二、整體提升安裝法
滑移安裝法一般又可分兩種：結(jié)構(gòu)滑移法、支承滑移法。以下分別介紹兩種方法的施工特點(diǎn)。
結(jié)構(gòu)滑移法
其基本思路是將結(jié)構(gòu)整體(或局部)先在具備拼裝條件的場(chǎng)地組裝成型，再利用滑移系統(tǒng)整體移位至設(shè)計(jì)位置的一種安裝方法。
采用這種安裝技術(shù)，拼裝場(chǎng)地和組裝用機(jī)械設(shè)備可集中于一塊相對(duì)固定的場(chǎng)地，與原位安裝法相比，可減少臨時(shí)支承與操作平臺(tái)的措施用量，節(jié)約場(chǎng)地處理和管理成本。
先用結(jié)構(gòu)滑移法，其關(guān)鍵的考慮是結(jié)構(gòu)直接在設(shè)計(jì)位置施工有難度，例如場(chǎng)外周邊施工場(chǎng)地有限，跨內(nèi)不能滿足吊裝設(shè)備的正常行走。這一工法的基本構(gòu)成要素只是將“整體提升工法”中的地面組裝、反力支承、整體提升置換為“橫向移動(dòng)”，所以本質(zhì)上與提升工法相同。
采用此法至少應(yīng)注意幾個(gè)要點(diǎn)：
1.結(jié)構(gòu)支承處有利于鋪設(shè)滑移軌道，滑移路線長(zhǎng)，效率越高;
2.滑移單元應(yīng)為幾何不變體系，滑移過程中有足夠的剛度和穩(wěn)定性，盡可能減少滑移時(shí)的抵抗力。
3.當(dāng)采用多點(diǎn)牽引來實(shí)現(xiàn)滑移時(shí)，為避免結(jié)構(gòu)在滑移過程中發(fā)生扭轉(zhuǎn)，牽引的同步性須得到控制，若難以保證，則應(yīng)充分計(jì)算評(píng)估因牽引不同步給滑移單元造成的影響，必要時(shí)可為滑移單元進(jìn)行臨時(shí)加固。
4.滑移單元在最后固定之前，結(jié)構(gòu)在移動(dòng)方向與其正交方向存在著“容易滑移”的趨勢(shì)，因?yàn)榕c設(shè)計(jì)支承條件不同，要防止設(shè)計(jì)外(即滑移平面外)的變形，有必要采取防止“滑落”的對(duì)策，比如在兩側(cè)支承附近設(shè)置自平衡的剛性拉桿或柔性拉索。
此外，結(jié)構(gòu)滑移法還包括兩種不同的工藝：逐榀滑移、累積滑移。
逐榀滑移：將一榀或由若干榀組成的滑移單元從一端至設(shè)計(jì)位置，各滑移單元之間分別在高空進(jìn)行連接，直接形成整體結(jié)構(gòu)。
累積滑移：即將滑移單元在滑軌上只滑移一段(暫不移至設(shè)計(jì)位置)，待連接好下一單元后再滑移一段距離，如此反復(fù)，逐榀積累，直至將各榀單元推至設(shè)計(jì)位置。
總的來說，在大跨度及空間鋼結(jié)構(gòu)的安裝方法中，當(dāng)無法設(shè)置臨時(shí)支承或使用安裝吊車的條件不好，即直接在建筑物位置施工有問題時(shí)，結(jié)構(gòu)滑移工法可作為解決方案之一。
支承滑移法
支承滑移法是在結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)集團(tuán)搭設(shè)支承架，以給結(jié)構(gòu)在原位安裝提供支承和操作平臺(tái)，待該部分結(jié)構(gòu)安裝完成后，支承滑移即與已裝畢的結(jié)構(gòu)脫離。
這樣即為相鄰結(jié)構(gòu)的原位安裝創(chuàng)造了條件，如此循環(huán)，直至結(jié)構(gòu)完成整體安裝。
由此，與結(jié)構(gòu)滑移法不同，支承滑移法可總結(jié)為“結(jié)構(gòu)不滑而支承機(jī)構(gòu)滑”，而結(jié)構(gòu)滑移法則是“結(jié)構(gòu)滑而支承機(jī)構(gòu)不滑”
采用支承滑移法時(shí)，支承構(gòu)架的設(shè)計(jì)除滿足常規(guī)的整體及局部穩(wěn)定外，還要考慮水平動(dòng)荷載(啟動(dòng)及剎車作用引起的水平慣性力)，必要時(shí)可增設(shè)大斜撐以提高其抗側(cè)剛度。
總結(jié)起來，由于此法需占用結(jié)構(gòu)跨內(nèi)場(chǎng)地，故當(dāng)周邊環(huán)境難以提供結(jié)構(gòu)拼接場(chǎng)地時(shí)，支承滑移法可作為解決方案之一。
值得注意的是，無論結(jié)構(gòu)滑移還是支承滑移法，其滑移軌跡除了常規(guī)的直線平移外，曲線滑移也屢見不鮮，頻頻應(yīng)用在工程實(shí)踐中。
三、整體提升安裝法
整體提升安裝法
整體提升安裝法是將待安裝的結(jié)構(gòu)在地面或適宜的樓層投影位置組裝成型，再利用“提升系統(tǒng)”將成型結(jié)構(gòu)整體向上提升至設(shè)計(jì)標(biāo)高的一種安裝方法。當(dāng)大跨度鋼結(jié)構(gòu)高度較高，不利于搭設(shè)支承胎架，提升鋼結(jié)構(gòu)形狀規(guī)則時(shí)，整體提升的施工方法可作為選擇方案之一。
四、大跨度懸挑鋼結(jié)構(gòu)無支承安裝法
大跨度懸挑鋼結(jié)構(gòu)無支承安裝法
所謂大跨度懸挑鋼結(jié)構(gòu)無支承安裝法，即是在不搭設(shè)支承機(jī)構(gòu)的條件下，以懸挑鋼結(jié)構(gòu)本體的剛度為依托，利用吊裝機(jī)械進(jìn)行高空散件安裝，采用逐步延伸、階段安裝的方式進(jìn)行施工。
相對(duì)高空原位安裝法而言，雖然該工法也是在高空原位附近實(shí)施安裝，但因?yàn)橥耆辉O(shè)臨時(shí)支承機(jī)構(gòu)，施工措施少，施工工藝簡(jiǎn)單(無卸載)。
適用于結(jié)構(gòu)本體剛度大、穩(wěn)定性好，高度較高的懸挑鋼結(jié)構(gòu)。
采用該工法，受自重影響，懸挑段一定會(huì)下?lián)?，由此帶來的困擾是構(gòu)件的安裝坐標(biāo)未知，當(dāng)遇到對(duì)安裝位形有要求或存在合龍情形時(shí)，施工過程中結(jié)構(gòu)的位形控制是最大的技術(shù)難題之一，這直接關(guān)系到竣工時(shí)的結(jié)構(gòu)位形能否滿足要求，以及懸挑段能否順利合攏。
對(duì)于大跨度鋼結(jié)構(gòu)建筑，高空原位單元安裝法、滑移安裝法、整體提升法及大跨度懸挑無支承安裝法是目前幾種典型且常見的施工方法，但必須把握其適用條件和關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)，在工程實(shí)踐中合理選用。
特別是近幾年來，多數(shù)工程具有獨(dú)特的建筑造型，給施工特別是安裝工作帶來許多難點(diǎn)。
深刻理解這些工程的結(jié)構(gòu)組成，明了其荷載傳遞路徑，熟悉工程所在地域的周圍環(huán)境條件和工程的特定要求，以及可利用的施工資源和企業(yè)自身掌握的專有技術(shù)，因地制宜地設(shè)計(jì)出最適宜的、推陳出新的安裝方案，正是施工技術(shù)追求的最高境界。