建筑工程中大跨度结构施工中常见问题及对策

吴晓春

摘要：改革开放以来，我国空间结构的技术水平突飞猛进，大跨度空间结构的发展也很迅速按形式分，空间结构主要分为五大类，即薄壳结构（以钢筋混凝土薄壳为主要结构体系，包括折板结构）、网壳结构、网架结构（包括平板型网架结构与曲面型网壳结构等以杆件通过节点汇交的网格结构形式、悬索结构和膜结构（包括允气膜结构和支承膜结构）。

关键词：建筑工程；大跨度结构；施工；问题；对策；

1大跨度结构施工存在的问题

1.1结构施工方案与理论分析不符

任意施工方案与理沦分析的算法和假定不符，都有可能导致发生结构形态极大的改变或者结构变得面目全非，并且可能导致支承结构负荷超载。具体问题主要表现为以下两个方面：

（l）大跨度结构体系在某些预应力钢索张拉以前，会出现瞬变现象并且整体刚度较差，因而大跨度结构的成形效果、成形过程以及成形过程中所需的预应力张拉值将在很大程度上受到不同的张拉顺序的影响。对于具有联动效应的群索系统，张拉顺序的选择很是复杂。对于索弯顶等非保守系统张拉顺序是必须对称的，将在内外环内产生破坏性的不均衡力，将导致结构形状难于生成。

（2）对于不同的施工过程，其形态分析过程不同，这个过程密切关系到施工方案的确定。大跨度结构体系必须在结构初始平衡下找到预应力分布--支承条件--结构形状这一综合系统自身及其与使用要求之间的最佳优化组合。

1.2不等壁厚对接问题

一般来说不等壁厚对接问题主要出现在大跨度变截面的空间管桁架下管对接口位置，如某工程主弦管管径为Φ610，而壁厚由10mm渐变为38mm，其中主管对接口位置最大壁厚差为12 mm（管径28 mm与40 mm对接）。鉴于国内无此种管径的无缝管，需要卷管自制，现有的卷管工艺在圆度问题上很难达到要求；另外，在有限时间内采用成品直缝管上车床加工大量的加衬垫或内坡口难度较大，工期要求也难以保证。

1.3支撑系统支设难度大

一般来说，大跨度工程结构构件较大，因而构件恒载与施工荷载均较大，对支撑体系高度要求较高，支设难度大。支撑体系应满足经济合理、施工方便、安全可靠、易于操作等因素，综合比较现有的支撑系统中，满堂钢管脚手架支撑体系略优于其他体系。

1.4大跨度结构施工过程中的其他问题

一些大跨度结构体系，过低发挥材料和结构体系的固有性能，或采用不合理的主承重结构或施工工藝去模拟高技术建筑的构造，使得工程空有高技术之虚名。另外，这也在一定程度上掩盖了大跨度结构施工过程的技术含量与复杂性；大跨结构体系与一些传统结构相比，对施工人员的素质，以及设计与施工的相互配合要求更高、更迫切；大跨结构体系的整体刚度与结构形状严重依赖于施工方法和施工过程的，所有的理论分析和算法也是基于此的。因此，对于认定的结构方案、施工方案不应随意改动。

2大跨度结构施工要求与对策

2.1针对结构施工方案与理论分析不符

大跨度结构体系中的施工力学问题比较复杂，涉及到刚体运动、弹性大变形、时间步长和机构变形等各方面，其本身的强非线性让理论分析与求解变得相当困难，普通的分析程序已远远不能满足其的需要。施工人员应该透彻领悟设计意图，应从张拉力的控制与结构几何态及预应力态的相互关系、临时支撑系统与结构几何态及预应力态的关系、施工工序与结构成形的相互关系、结构施工方案与结构成形和张拉控制的相互依存、人大跨度非刚性结构体系正确施工的理论依托等方面把握和控制住每一步施工步骤，以实现顶定的目标（结构形态与刚度要求）。

2.2针对不等壁厚对接

出于安全性的考虑，不等壁厚对接通常采用以下两种方式进行解决，一方面可以沿对接焊缝垂直方向加插筋板；另一方面，可以对外在对接焊缝位置进行加包箍。两种加固方法都是通过分担部分内力的传递，其原理基本相同，目的都是为了使不等壁厚对接位置的内应力集中系数降至0.7以下，以保证对接的安全。在管衔架设计时，不仅要考虑节点承载力及节点构造，还要考虑实际施工的可操作性特别是要考虑加工水平、制作安装误差等因素。从设计角度看，应尽量减少不等壁厚对接的设计，特别是下弦主管位置，可以通过提高主管管径、主衍架的截面尺寸等保证壁厚平稳过渡。

2.3针对支撑系统施工要求与对策

针对支撑系统中支设难度大的问题，可从以下几个方面着手进行突破：

（1）支架四周外面应满设剪刀撑，中部按每3根立杆的间距设置一道；模板支架的立杆之间必须按步距满设双向水平杆，确保其在两个方向均具有足够的设计刚度；梁板下出现立杆间距不同时，优先按梁下的布置，而板下立杆布置应确保水平杆件的连续设置要求；立杆顶部应装设支托板，支托底板至支架顶层横杆的高度不应大于0.35 m；整体脚手架的顶部和底部（扫地杆的设置）必须设置整体性水平加强层，竖向每隔5 m沿水平结构层设置一道水平斜杆，且必须与立杆相连接。

（2）禁止钢筋等材料在支架上方堆放，避免泵管出料口处产生混凝土过度堆积，严格控制实际施工中荷载不得超过设计时的荷载，在施工中设专人对施工荷载进行监控；为了安全起见在混凝土浇筑开始后，应派人检查支架及其支承情况，发现有下沉、松动等变形情况时，须及时予以解决，另外应对支架整体的位移应进行实时监侧；为了避免物料集中和尽量减小施工过程中产生过大的活荷载，混凝土浇筑时应采用从中部向两边扩展的浇筑方式，对梁采用分层浇筑的方法进行施工，先从梁一侧同另一侧浇筑，在混凝土初凝前应浇筑另一半混凝土，然后浇筑板体混凝土。

（3）在脚手架搭设时，必须对基础进行检查，满足要求后才允许搭设脚手架；应严格控制搭设过程中的钢管的整体弯曲度，确保横杆的水平偏差和立杆的垂直偏差都能满足相关要求，斜杆应尽量与立杆连接；在进行梁板模板支架搭设时，横杆和立杆的接头均应错开在不同的框格层中设置，而且必须严格按设计尺寸搭没。

2.4针对大跨度结构施工的其他问题

大跨度结构体系必须要采用合理的施工工艺或主承重结构去模拟高技术建筑的构造，应更为真切地表现出结构体系和材料的固有性能。研究机构与施工单位的强强联合，培养和造就高水准的预应力设计施工队伍是大跨度建筑得以发展的有力支撑和保证；有关领导与业主等诸方对认定的施工方案、结构方案不应随意改动另外，对施工进程与结构性能必须进行多次分析。

3结语

近年来，大跨度结构的建筑陆续建立，此类结构的建筑技术已得到工程实践的验证，但也存在着少许，本文阐述了此类结构在施工中存在的问题，并针对性地提出了一些建议与对策，对大跨度结构在我国健康持续的发展和施工技术稳步前进有一定的帮助。随着经济的发展和科技的进步，此类结构的建筑技术将会越来越先进。

参考文献：

[1]朱浮声.大跨度空间结构体系[M]沈阳：东北大学出版社，2004.

[2]王晓清.关于空间大跨度建筑的现状及发展[J].低温建筑技术，2014，3： 22-23.

[3]林旭.现代大跨度非刚性结构体系建筑施工中的关键问题[J].建筑科学2013，20： 104-105.

[4]唐兵传，丁晓东.大跨度空间管桁架设计与施工的若干问题[J].施工技术2012，（21）： 28-32.

[5]刘富勤，王绪民，胡冲生.超高大跨度结构混凝土梁支撑系统设计与施工[J].建筑施工2014，（8）： 577-579.