大跨度空间钢结构安装工艺

一、高空散装法

高空散装法是最直接的安装方式，它直接在预定位置进行构件的拼装。这种方法适用于结构复杂、地面组装困难的情况。其 优点 在于安装过程中便于调整，能够确保结构的精度。 缺点是 高空作业风险高，且需要大量的人力和时间，成本较高。

应用案例 ：某大型体育场馆，由于结构形式复杂，采用高空散装法安装。通过精细的施工组织和严格的安全管理，成功完成了安装任务，确保了场馆的结构安全和使用功能。

   

二、分块或分条安装法

分块或分条安装法是将钢结构分成若干块或条进行吊装的方法。这种方法可以有效地减少高空作业量，提高安装效率。同时，由于可以预先在地面进行部分组装，因此结构精度也能够得到保证。但是，这种方法对起重设备的要求较高，且对于大型、复杂的结构，分块或分条的划分和连接都需要精心设计和施工。

应用案例 ：某大型会展中心，采用分块安装法。通过合理的分块设计和精确的吊装控制，成功实现了大跨度钢结构的安装，确保了会展中心的顺利投入使用。

三、整体提升法或整体顶升法

整体提升法或整体顶升法是在地面完成整体组装后，通过提升或顶升设备将结构安装到位。这种方法显著减少了高空作业，提高了安装效率和质量。适用于各种大跨度，形状复杂、柱网不规则的钢结构，提升面积、重量、高度不受限，特别适宜于在狭小空间或室内进行大吨位钢构件的提升。但设备投入大，技术难度高，适用于特定的大型工程。

应用案例 ：某大型机场航站楼，采用整体提升法安装。通过精心设计和严密组织，成功实现了航站楼钢结构的整体提升，展现了现代建筑技术的魅力。

   

四、滑移法

滑移法利用滑轨将钢结构滑移到预定位置。这种方法适用于场地受限或跨度较大的情况，它减少了起重设备的使用，降低了成本。适用于平面上尺寸统一，呈长条形，柱网较规则或曲率一致且高度不太高的结构，有效解决吊机臂长不足、起重量不足等问题。但施工精度要求高，滑移过程需严格控制。

应用案例 ：某大型桥梁的引桥部分，采用滑移法安装。通过合理的滑轨设计和精确的滑移控制，成功实现了引桥钢结构的安装，确保了桥梁的整体性和稳定性。

 

综上所述，各种大跨度空间钢结构安装工艺都有其独特的优点和适用场景。在选择安装工艺时，需综合考虑结构特点、施工条件、成本效益等因素。通过精心设计和严密组织，我们可以克服各种技术难题，实现大跨度空间钢结构的完美安装。大型工程应用案例的成功实践，充分证明了这些安装工艺的可行性和优越性。

高空安装案例

在大跨度钢结构高空散装法的施工过程中，精确的计算模拟是确保施工顺利进行的关键。这涉及到对结构受力状态的准确预测，包括结构在不同施工阶段所承受的重力、风载、温度应力等的影响。通过计算模拟，我们可以模拟整个施工过程，包括构件的吊装顺序、临时支撑的设置、焊接接头的处理等，从而预测结构的变形和应力分布。这样的模拟有助于我们及时发现潜在的问题，优化施工方案，确保施工质量和安全。

在施工过程中，我们还需要特别注意以下几点：

1. 构件吊装顺序 ：合理的吊装顺序可以有效减少结构的临时应力和变形。应根据结构的特点和受力情况，制定详细的吊装计划，并严格按照计划执行。

2. 临时支撑设置 ：高空散装法需要设置大量的临时支撑来确保结构的稳定性。这些支撑的位置、数量和刚度都需要经过精确计算，以防止结构在施工过程中出现失稳现象。

3. 焊接质量控制 ：焊接是钢结构连接的重要手段，焊接质量直接影响到结构的整体性能。因此，在施工过程中，我们需要严格控制焊接质量，包括焊接工艺的选择、焊接参数的调整、焊缝的检查等。

在大跨度钢结构施工完成后，通常需要逐步拆除临时支撑，这个过程称为卸载。卸载过程中，结构的受力状态会发生显著变化，如果处理不当，可能会导致结构变形或破坏。因此，进行卸载分析是确保结构安全的关键步骤。

在进行卸载分析时，我们需要考虑以下因素：

1. 卸载顺序 ：不同的卸载顺序会对结构产生不同的影响。我们需要根据结构的实际情况，制定合适的卸载顺序，确保结构在卸载过程中能够保持稳定。

2. 卸载速率 ：卸载速率过快可能导致结构产生过大的瞬时应力，从而引发安全问题。因此，我们需要控制卸载速率，使结构能够平稳地过渡到新的受力状态。

3. 卸载过程中的监测 ：在卸载过程中，我们需要对结构的关键部位进行实时监测，包括变形、应力等指标。通过监测数据，我们可以及时发现并处理可能出现的问题，确保结构的安全。

工程概况

东、西侧门头分别位于通关主体建筑东段、西段两侧，整个结构造型呈”门“式造型，钢结构类型为圆管与方管构成的管架，材质均为Q345B。

东侧门头竖向结构为钢筋混凝土核心筒剪力墙，屋面水平结构为钢管桁架结构平面跨度达90米，宽度达46米，顶面标高为 39米，结构总重量约为400吨。

               

施工方案分析

施工思路

1. 东侧门头安装思路采用“高空原位单元安装”的方式进行安装。
2. 使用 300 吨汽车吊将 100 吨汽车吊吊至二层楼板(11.500m)上，100吨汽车吊在楼板上进行吊装作业。
3. 桁架单元就位落于支撑胎架后，临时焊接桁架间连系杆件，使其成为整体稳定结构,所有杆件均就位后,进行最后焊接工序。所有工序完成后进行支撑卸载。

施工工序

                       

临时支撑系统

根据东侧门头桁架加工分段及现场安装情况，现于对应楼板区域布置2列支撑胎架，每列3座支撑胎架，共布置6座支撑胎架，其中4座支撑胎架布于二层楼板上(标高11.500m)，2座支撑胎架布于首层楼板上(标高3.000m)支撑胎架布置示意图如下。

 

支撑胎架选用规格为1.8m*1.8m*2.5m 的 QTZ100B 塔吊标准节，胎架底部采用截面为 H500*300*11*18mm 的H型钢作分配梁，胎架顶部放置 H500mm高的顶部框架及截面为 H440*300*11*18mm 的H型钢进行调整，调整完后支撑胎架顶标高均为 34.500m，在支撑胎架顶部通长架设截面为 H300*300*10*15mm 的H型钢，顶标高为 34.800m，利用截面 H200*100*5.5*8的H型钢，搭建“门”式架来达到结构标高。现场实际情况若有偏差则采用垫钢板或垫片调节。

支撑胎架与底部分配梁及顶部框架固定，采用“月牙”状卡板进行防滑固定固定示意图如下：

 

施工阶段计算分析

施工阶段分析主要考虑以最终完成状态为目标，怎么实现稳步组装及卸载过程中结构应力/变形均能满足设计要求。一是要贴合施工安装各阶段实际受力状态，对不合理的施工组织提出合理建议；二是各个阶段的边界状态模拟务必尽可能符合计算假定，并考虑施工过程中可能的其他荷载；三是对计算不满足的构件进行替换补强，或是考虑其他辅助方案；四是对卸载方案提出合理化建议，比如卸载分级分步的要求。

吊装桁架

       

门头施工过程模拟

                                                                                                 

由计算可知最大变形位移为76.34mm，可在拼装过程对结构进行安装反变形77mm，进行控制安装变形。

卸载

门头利用支撑胎架进行高空原位单元拼装，在所有架杆件均就位后开始进行卸载。对支撑胎架顶部进行受力分析，顶部反力最大为563.4KN，则需要选择大吨位卸载装，单处卸载工具必须满足60吨的竖向承载力使用要求。

高空卸载风险大，卸载在支撑顶部进行，即操作人员均在40m高空工作，胎架受卸载过程中上部结构的扰动对操作人员的安全可能会产生影响，安全风险大。直接切割方式显然不适用，千斤顶卸载也是最常规的卸载方法，其优点在单体于重量轻、施工方便，维护简使用安全可靠，构造简单。起重量大，是理想的大吨位机械卸载方式。

卸载遵循以下目标

桁架结构在安装时需进行反变形预起拱，根据模型计算，桁架起拱值取 77mm，所以钢垫片分4层，千斤顶第一次顶升桁架，抽出最上层20mm厚钢板,下降20mmm，共交替4次，交替顶升，每次下降20mm，直到卸载完成。