參建單位：上海寶冶新技術新工藝(1)

1、大跨度空間鋼結構的發(fā)展與施工技術陳橋生（上海寶冶建設有限公司，上海，201900）摘要：大跨度空間鋼結構是目前發(fā)展最快的結構類型，主要包括空間網(wǎng)格結構和張力結構兩大類，其主要發(fā)展方向有張拉整體結構、膜結構、開合結構、折疊結構等新型空間結構。在經(jīng)濟、文化飛速發(fā)展的今天，大跨度建筑及作為其核心的空間結構技術的發(fā)展狀況與施工技術水平是代表一個國家建筑科技水平的重要標志之一。計算機的普及和有限元分析方法的廣泛運用為空間結構的加速發(fā)展創(chuàng)造了真正的條件，大跨度空間結構造型越來越新穎，結構體系越來越復雜，施工難度也越來越大，這無疑給我國工程技術人員提出了新的挑戰(zhàn)。本文通過南京奧林匹克體育中心主體育場鋼屋蓋工

2、程，重點介紹了目前大跨度鋼結構的發(fā)展趨勢與施工技術的研究方向。關鍵詞：大跨度空間結構 空間網(wǎng)格結構 張力結構 張拉整體結構 膜結構 開合結構 折疊結構 雜交結構 施工技術1 前言空間結構是指結構的形態(tài)呈三維狀態(tài)，在荷載作用下具有三維受力特性并呈空間工作的結構?？臻g結構與平面結構相比具有很多獨特的優(yōu)點，國內外應用非常廣泛。特別是近年來，人們生活水平不斷提高，工業(yè)生產(chǎn)、文化、體育事業(yè)不斷進步，大大增強了社會對空間結構尤其是大跨度高性能空間結構的需求。在建筑技術飛速發(fā)展的過程中，空間體系始終沒有停止其自身的發(fā)展，而且日益顯示出一般平面結構無法比擬的豐富多彩和創(chuàng)造潛力，體現(xiàn)出大自然的美麗和神奇?？臻g結

3、構的卓越工作性能不僅僅表現(xiàn)在三維受力，而且還表現(xiàn)在通過合理的曲面形體來有效抵抗外荷載的作用。當跨度增大時，空間結構就愈能顯示出它們優(yōu)異的技術經(jīng)濟性能。計算機的普及和有限元分析方法的廣泛運用為空間結構的加速發(fā)展創(chuàng)造了真正的條件，大跨度空間結構造型越來越新穎，結構體系越來越復雜，施工難度也越來越大，這無疑給我國工程技術人員提出了新的挑戰(zhàn)。 2 大跨度空間鋼結構的發(fā)展特點大跨度空間鋼結構主要是指網(wǎng)架、網(wǎng)殼結構及其組合結構(兩種或兩種以上不同建筑材料組成)和雜交結構(兩種或兩種以上不同結構形式構成)。這是一類結構受力合理、 剛度大、重量輕、桿件單一、制作安裝方便的空間結構體系，在近一二十年來獲得了蓬勃

4、發(fā)展，其主要發(fā)展特點如下：2.1結構形式靈活多變 結構形式的多樣化應該是空間結構最突出的優(yōu)點之一，空間結構能以其豐富的外形來滿足使用功能與建筑造型的要求，從上世紀60年代網(wǎng)架在我國開始獲得應用以來，到8090年代大、中、小跨度的網(wǎng)架幾乎已經(jīng)遍及各地，空間結構形式靈活多變。近年來興建的大型公共建筑大多都采用了鋼管桿件直接匯交的管桁架結構，它的外形豐富、結構輕巧，傳力簡捷、制作安裝方便、經(jīng)濟效果好，是當前應用較多的一種結構體系。對于空間結構形式的變化，一方面是建筑上的需要，另一方面在技術上也能做到，因此世界各國正以較大的熱情進行互相學習與應用，預計今后還會有更大的發(fā)展，使空間結構的造型更趨豐富多彩

5、。2.2雜交結構興起“雜交”結構是由不同類型結構組合而成的一種新的結構體系，它有別于采用不同材料而組成的“組合”結構。它最大的優(yōu)點是充分利用某種類型結構的長處來避免或抵消另一種與之組合的結構的短處，從而改進了整個結構體系的受力性能。前幾年在中國研究并開發(fā)的橫向加勁單曲懸索結構就是一種桁架與單向索組合而成的雜交結構體系，美國工程師蓋格爾所開發(fā)的“素穹頂”（Cable Dome）則是典型的索與膜的雜交結構。在“素穹頂”的基礎上，美國工程師李維開發(fā)的“雙曲拋物面-張拉整體穹頂”（Hypar-Tensegrity Dome）則是雜交結構先進理念的體現(xiàn)。2.3現(xiàn)代預應力技術的引入預應力大跨度空間鋼結構是

6、把現(xiàn)代預應力技術引用到例如網(wǎng)架、網(wǎng)殼等網(wǎng)格結構、索、桿組成的張力結構、立體桁架結構等一類大跨度結構，從而形成一類新型的、雜交的預應力大跨度空間結構體系。如預應力網(wǎng)格結構、斜拉網(wǎng)格結構、索穹頂結構、雙曲拋物面-張拉整體穹頂在內的索穹頂結構、張弦梁結構、弓式預應力鋼結構等。這一類結構受力合理、剛度大、重量輕,制作安裝也比較方便,在近十多年來得到開發(fā)與發(fā)展,并在大跨度、大柱網(wǎng)的公共與工業(yè)建筑中得到應用,且受到國內外科技界和工程界的關注和重視。通過適當配置拉索，或可使結構獲得新的中間彈性支點或使結構產(chǎn)生與外載作用反向的內力和撓度而卸載，前者即為斜拉結構體系，后者則為預應力結構體系。這一類“雜交”結構體

7、系將改善原結構的受力狀態(tài)，降低內力峰值，增強結構剛度、技術經(jīng)濟效果明顯提高。2.4高強輕質材料的應用在普通碳素鋼獲得大量應用的同時，膜材也在許多大跨度建筑中獲得了應用。膜結構是當前我國正在興起的一種空間結構，其中應用較多的是張力膜結構，這是一種以玻璃纖維織物或聚酯纖維織物為基層，以聚四氟乙烯或PVC為涂層的膜材與不同類型的支承體系間的組合，而其支承體系可為索支柱或索桿結構，它們常在膜材獲得預應力后協(xié)同工作。支承體系也可采用桿系結構，如空間桁架，網(wǎng)殼等，即剛性骨架支承張力膜結構。在膜結構興起的同時也必然為空間鋼結構的應用與發(fā)展提供了更廣闊的空間。 2.5計算技術越來越進步隨著計算機的發(fā)展和廣泛應

8、用，非線性有限元分析方法興起，并逐漸成為結構穩(wěn)定性分析中的有力工具。近年來，計算技術已經(jīng)有了長足的進步,許多單位研制開發(fā)了商品化專用設計程序,它們都是建立在理論研究與大量工程實踐的基礎上而推向市場的.它們一般都具有完善的前后處理功能,可在微機上進行復雜的空間網(wǎng)格結構設計.有的軟件除用于空間網(wǎng)格結構外,也可用于索、桿、梁體系的設計分析.這些程序的推出為大跨空間鋼結構設計提供了有效手段,也為大跨空間鋼結構的推廣應用創(chuàng)造了有利條件。2.6試驗研究愈來愈廣泛 隨著大跨度空間鋼結構結構形式的日益復雜及新型材料的廣泛應用，理論計算和研究彰顯重要。但是，理論計算也存在一定的局限性，為確保結構體系既安全可靠、

9、技術先進，又經(jīng)濟合理，確保理論分析的正確性和可靠度，必須采取一定的試驗手段，如模型試驗、節(jié)點試驗及實體結構測試，通過試驗，為工程設計提供一些有價值的參考數(shù)據(jù)和依據(jù)，以解決一些目前尚無足夠可信度的理論分析模式能解決的一些難題，解決無標準、規(guī)范和首次采用的新型節(jié)點的設計和制作工藝。 2.7空間結構應用范圍擴展近十年來，空間結構是建筑結構中最為重要、也是最活躍的發(fā)展領域之一。從結構形式來說，從網(wǎng)架、網(wǎng)殼到膜結構。從材料來說，從天然材料到人工合成材料；從計算分析來說，從靜力到動力、從線性到非線性。在原有的體系上，不論是設計或施工都走向成熟，與此同時也孕育著新的應用范圍。3 大跨度空間鋼結構的發(fā)展現(xiàn)狀與

10、趨勢3.1大跨度空間鋼結構的發(fā)展現(xiàn)狀近幾十年來，世界上建造了成千上萬的大型體育館、飛機庫、展廳，采用了各類空間結構，各種類型的大跨空間結構在美、日、歐等發(fā)達國家發(fā)展很快，建筑物的跨度和規(guī)模越來越大。目前，尺度達150m以上的超大規(guī)模建筑已非個別，結構形式豐富多彩，采用了許多新材料和新技術，發(fā)展了許多新的空間結構形式，如空間網(wǎng)格結構（網(wǎng)殼結構、平板網(wǎng)架）、張力結構（懸索結構、雙曲拋物面索網(wǎng)結構、膜結構或索-膜結構、整體張拉式索一膜結構、可開合結構），許多宏偉而富有特色的大跨度建筑已成為當?shù)氐南笳餍詷酥竞椭娜宋木坝^?？梢赃@樣說，大跨空間結構是最近三十多年來發(fā)展最快的結構形式。從今天來看，大跨度

11、和超大跨度建筑物及作為其核心的空間結構技術的發(fā)展狀況已成為代表一個國家建筑科技水平的重要標志之一。目前空間結構向著輕量、大跨方向發(fā)展，這種發(fā)展趨勢要求必須千方百計降低結構自重。降低結構自重的途徑一方面是研制運用輕質高強的新型建筑材料，另一方面是研究開發(fā)合理的結構形式。張拉整體結構和膜結構是降低結構自重的較理想的結構體系，可跨越很大的跨度，目前跨度已做到200m左右。另外適應全天候氣候條件的開合結構、施工便捷的折疊結構等也都有屬于現(xiàn)代空間結構新發(fā)展的課題，國外已有很多的工程應用。3.2大跨度空間鋼結構的發(fā)展趨勢由于張拉整體結構、膜結構既可以最大限度地利用材料和截面的特性，用盡量少的鋼材建造超大跨

12、度建筑，又可以塑造優(yōu)美靈活造型，所以它們仍然是大跨度空間鋼結構發(fā)展的主流。而隨著當代人類物質文化生活水平的提高、計算理論與計算機技術的飛速發(fā)展及人們對體育場館功能要求的日益完美，復雜、新穎的預應力空間鋼結構、開合結構、折疊結構及雜交結構將會獲得更為廣闊的應用和發(fā)展。南京奧林匹克體育中心主體育場鋼屋蓋從某種程度來講，就是一種雜交結構，它是由鋼桁架拱、吊桿、馬鞍型屋面網(wǎng)格結構及支撐柱組成的雜交結構，與純拱結構、殼體結構具有不同的受力特點和失穩(wěn)模式。分析表明，屈曲（失穩(wěn)）現(xiàn)象發(fā)生時，部分結構構件的應力已先期達到或超過屈曲狀態(tài)，說明結構強度極限狀態(tài)的到達將先于穩(wěn)定極限狀態(tài)。在結構體系形成后，在給定的荷

13、載工況下，本結構的安全性由強度設計與單桿穩(wěn)定設計控制。4 大跨度空間鋼結構施工技術近年來，各國在研究大跨度空間結構的結構形式的同時，也在不斷地研究和提高大跨度空間結構的施工技術。目前，國內外已有很多先進的空間結構施工技術，如高空散裝技術、地面分段組裝與分段吊裝技術、地面分段組裝與提升及整體傾斜技術、地面整體組裝與液壓提升技術、地面分片組裝與滑移技術、地面組裝與定點吊裝及整體滑移技術等。但是，各種施工技術都有其優(yōu)缺點和一定的針對性，不同的結構形式、場地條件及工程實際情況，所采用的施工技術也會有所不同。對于南京奧林匹克體育中心主體育場鋼屋蓋此類大跨空間結構，主拱和屋面箱型梁互相依托，形成穩(wěn)定的空間

14、結構體系，國內外卻無先例，更無成熟的類似施工技術。可以斷定，此類結構的施工技術必將成為我國乃至世界建筑技術領域研究的課題。下面結合南京奧體主體育場鋼屋蓋工程實例，重點闡述一種新型施工技術。4.1工程概況南京奧體中心主體育場屋頂結構體系是由與水平面成45傾斜的、跨度為361.582m的三角形變斷面的鋼桁架拱和由數(shù)十條鋼箱型梁形成的中空馬鞍形空間結構組成，罩棚的徑向長度為68.14m27m，覆蓋面積4萬多平方米。主拱南北方向對稱布置，最高點為拱頂，標高達64.719m，鋼結構總量約12153噸。整個屋蓋結構體系在各種不同荷載組合情況下，分別由主拱和鋼箱梁外端的“V”型支撐將荷載傳至下部結構。45傾

15、斜主拱宛如飄帶，線條簡明，結構體系造型新穎美觀。圖1 建造中的南京奧體主體育場效果圖4.2難點分析及施工方案的選擇4.2.1難點分析由于南京奧體主體育場屋蓋結構體系的特殊性，傾斜主拱通過前吊桿、輔助桿及后撐桿（因三種桿件形成M形，故統(tǒng)稱M桿）與屋面箱型梁相連，主拱通過前吊桿為箱型梁懸臂端提供豎向約束，而箱型梁通過后撐桿則為主拱提供平面外的側向穩(wěn)定，兩者互相依托，其傳力體系異常復雜。在整個結構體系未形成之前，屋面系統(tǒng)與主拱皆非獨立的結構靜定體系。為保證安裝過程中結構的穩(wěn)定性，屋面和主拱安裝時必須設立臨時支撐系統(tǒng)，安裝完成后屋面臨時支撐需進行卸載和拆除，卸載過程中結構體系逐步轉換，穩(wěn)步成型。但是，

16、桿件內力和臨時支撐的受力在卸載過程中發(fā)生變化，工況分析相當困難，變形控制難度大。施工過程中，不但要考慮吊裝方案、吊裝順序、支撐系統(tǒng)布置方案、鑄鋼件焊接方案、溫度和焊接變形控制方案、主拱組裝和翻身方案、主拱合攏方案，而且還要考慮吊裝完成后的整體卸載方法和順序，施工技術難度相當大。該組合結構國內尚無先例，國際上也實屬罕見。為保證結構的可靠性，設計方案經(jīng)過三番五次修改與論證，結構驗算也分別由同濟大學和東南大學采用四套不同的計算軟件進行。為了驗證理論分析的正確性和可靠度，設計上還通過1:20模型試驗取得的數(shù)據(jù)來分析比較。所以，無論是設計還是施工，本工程都具有相當大的難度。其施工難點主要體現(xiàn)在以下四點：

17、（1）支撐胎架的設置：本工程中的支撐胎架既是結構安裝過程中的穩(wěn)定支撐，又是安裝操作平臺，同時，屋面和主拱安裝完成后屋面臨時支撐需進行卸載，卸載過程中臨時支撐的受力會產(chǎn)生相應的變化，所以支撐胎架的布置合理與否將直接影響到施工安全及結構體系的形成。而支撐胎架的高度高、體量大更加大了支撐胎架的設置難度。（2）大跨重型結構的吊裝：由于該工程結構體系復雜，屋面箱型梁長度長（最長71.332m），斷面大（最大500mm*2100mm），單根箱型梁重量大（最重59.409t）；而主拱更是跨度大，高度高，節(jié)點復雜，高空拼裝難度大，不適合高空散裝，而應分段吊裝。主拱分段吊裝時，吊裝高度高，工作半徑大，施工困難。

18、在主拱和屋面構件全部安裝完成并形成結構體系前，主拱和屋面構件均為不穩(wěn)定體系，主拱吊裝時采取大量的臨時穩(wěn)定措施，以確保安全。同時，主拱吊裝時間長，會受溫度變化而產(chǎn)生收縮變形及溫度應力，溫度變形及溫度應力控制難度大。（3）現(xiàn)場焊接：本工程中既含有1000*60進口厚壁壓制鋼管、最大斷面為2100*500及鋼板厚度達85mm的變斷面箱型梁，又有鑄鋼球及各種鑄鋼節(jié)點，結構類型多樣，造型奇特。整個屋蓋系統(tǒng)除局部位置采用銷接外，其余部位均采用焊接連接，現(xiàn)場焊接工作量相當大。而高空焊接、厚壁鋼管焊接及鑄鋼件的焊接（鑄鋼件用量達1643.5t）更加大了焊接難度。（4）鋼屋蓋系統(tǒng)整體卸載：卸載過程既是拆除支撐胎

19、架的過程，又是結構體系逐步轉換過程，卸載過程中，結構本身的桿件內力和臨時支撐的受力均會產(chǎn)生變化。由于本工程安裝后的屋面梁和主拱互相依托，結構傳力途徑不明確，受力情況復雜，卸載時結構體系的變形相對較大（箱型梁懸臂端最大達302mm）且不均勻，卸載的先后順序、卸載方法及工藝都會對結構本身和支撐胎架產(chǎn)生一定的影響，卸載難度大。4.2.2施工方案的選擇對于一個工程來說，安全是前提，經(jīng)濟是最終目的，技術是保障，施工方案的選擇必須綜合考慮各方面的因素。南京奧體中心主體育場鋼屋蓋系統(tǒng)的結構形式復雜、構件類型多樣、工期緊張、現(xiàn)場周邊環(huán)境復雜，根據(jù)這一實際情況，通過經(jīng)濟對比分析、工況分析，同時考慮到設計要求、施

20、工安全，最終選用“一套支撐胎架，兩組吊機”的作業(yè)方案，“分區(qū)安裝、齊頭并進”的施工原則。主拱根據(jù)吊機工作能力分成21段現(xiàn)場分段連續(xù)組裝，待屋面系統(tǒng)吊裝完成后再分段吊裝。整個鋼屋蓋系統(tǒng)的吊裝工序順序為：支撐胎架V形支撐前支撐柱屋面鋼箱梁V形支撐后支撐柱環(huán)梁、連系梁屋面支撐M桿主拱檁條、天溝、馬道等，逐區(qū)間推進，待屋面系統(tǒng)及主拱吊裝完成后，屋面系統(tǒng)分級、分區(qū)逐步卸載，最后拆除支撐胎架。4.3施工技術4.3.1支撐體系設置本工程中45傾斜主拱和屋面箱型梁互相依托，45傾斜主拱向外斜躺在屋面上，而馬鞍型屋面通過吊桿懸掛在斜拱上。在整個結構體系未形成之前，屋面系統(tǒng)與主拱皆非獨立的結構靜定體系，安裝過程中

21、的結構穩(wěn)定全部靠支撐體系來承擔，支撐體系的作用極為重要，支撐體系的選擇和布置十分關鍵。（1）支撐體系布置原則a.安全、可靠，方便施工（包括胎架本身的施工和鋼屋蓋的施工）。b.盡量符合設計意圖，即施工時的結構受力狀況與最終結構本身的受力狀況大致一致。c.盡量減少安裝時的屋面變形，便于安裝精度的控制。d.盡量簡化結構的受力和支撐胎架的受力情況。e.盡量減少對下部混凝土看臺結構的影響。f.卸載要安全、可行，方便施工。（2）支撐體系設置根據(jù)以上原則，主拱與屋面系統(tǒng)共同設置一套支撐胎架，主拱施工直接在屋面系統(tǒng)上進行，即屋面系統(tǒng)下設置支撐胎架，并支承在箱型梁下，待屋面系統(tǒng)安裝完畢后，再安裝主拱。主拱安裝時

22、，出屋面部分主拱單獨設置支撐胎架，對于屋面內主拱部分，先將連接主拱和屋面箱型梁的M桿安裝就位，主拱安裝時直接支承在M桿上。對于東西區(qū)屋面，支撐胎架均布置在箱型梁下對應于主拱前吊桿和后吊桿位置處，以保證主拱的安裝精度及安裝時的主拱荷載通過箱型梁直接傳遞到支撐胎架上，避免箱型梁的施工受力狀態(tài)與最終受力狀態(tài)出現(xiàn)過大的差異而破壞。實際施工時，先將M桿安裝就位，并在M桿上增設臨時支撐桿，四周搭設腳手架操作平臺。此方案不但合理應用了結構本身當作支撐，大大減少了臨時支撐胎架的數(shù)量，并降低了支撐的高度，確保了主拱安裝時的穩(wěn)定性。支撐胎架采用1000*1500的格構式鋼架，下部通過H型鋼轉換梁將荷載直接轉移到混

23、凝土柱上。 圖2 屋面臨時支撐體系 圖3 主拱臨時支撐胎架4.3.2吊機選擇和施工組織（1）兩組吊機，流水作業(yè)；由于本工程構件單體重量大，起吊高度高，所以需選用特大型吊機。根據(jù)現(xiàn)場場地條件（體育場內跑道基層處理已完成，適合走大型吊車，內場已平整并已基層處理完畢，適合大型構件組裝）、箱型梁的重量及吊裝半徑，屋面系統(tǒng)由一臺300t履帶吊和一臺600t履帶吊作為主吊機、一臺150t履帶吊和一臺M440行走式塔吊作為輔助吊機負責吊裝。其中，南北方向采用300t履帶吊進行吊裝。東西方向采用600t履帶吊進行吊裝。主拱采用兩臺50t履帶吊在地面分段組裝，組裝完成后，由300t履帶吊和600t履帶吊分段吊裝

24、。300t在場外，600t在場內，300t、600t履帶吊在東、西區(qū)來回穿插施工，屋面施工和主拱安裝形成大流水作業(yè)，主拱的地面組裝和分段吊裝形成小流水作業(yè)。（2）分區(qū)施工，齊步并進；由于屋面及主拱東西南北對稱，東西兩側分別安裝時自成整體穩(wěn)定體系，故可分區(qū)同時進行施工，根據(jù)結構體系的實際情況、現(xiàn)場場地條件、吊機的搭配，整個工程分成東、西兩大施工區(qū)域，兩大施工區(qū)域分區(qū)施工，穿插進行，流水作業(yè)，齊步并進。安裝時，每區(qū)均從低往高進行，待屋面全部施工完畢并形成整體后開始安裝屋面內主拱，以保證屋面體系和支撐胎架體系的整體穩(wěn)定性。4.3.3主拱施工工藝（1）地面組裝主拱是該工程的關鍵，其組裝精度和質量直接影

25、響到主拱的安裝及最終的工程質量，為確保組裝精度及便于測量控制，主拱采用臥式連續(xù)拼裝法，通過三維建模來搭設組裝胎架并通過全站儀來進行測量控制。由于主拱分兩大部分：屋面外主拱和屋面內主拱，所以，兩大部分只能分別在場外和場內進行組裝，其中14、1821分段在場外進行拼裝，517分段在場內進行拼裝。為了確保場外、場內拼裝的主拱分段高空能夠順利進行對接，避免出現(xiàn)錯口現(xiàn)象，屋面外和屋面內交界處的主拱分段在進行拼裝時，必須嚴格控制分段點的尺寸精度。實際操作時，采用坐標定位法，即根據(jù)交界處屋面外主拱分段分段點最終的坐標來確定交界處屋面內主拱分段分段點的坐標。 圖4 屋面外主拱組裝 圖5 屋面內主拱組裝（2）分

26、段吊裝主拱組裝完成后，分段吊裝就位。吊裝順序為：從兩端向中間，即從拱腳處開始施工，以充分利用拱腳固定端（拱腳預埋在混凝土大承臺內）的剛度來控制主拱安裝時的側向穩(wěn)定。由于主拱采用臥式連續(xù)拼裝法，所以吊裝前要進行翻身。因體形龐大，翻身難度極大，翻身時采用雙門滑輪，以減少翻身過程中的沖擊。本結構為空間馬鞍型組合結構，構件的空間方位、角度及重心均不相同，為保證吊裝及就位準確、平穩(wěn)，所有主拱分段吊裝前均要根據(jù)三維模型通過平衡滑輪和倒鏈來進行角度調節(jié)，并根據(jù)計算機準確計算得出的重心確定吊點的位置，確保高空對口就位準確無誤。（3）中間合攏對于大跨度拱，其溫度變形和溫度應力是較大的，主拱在從兩端往中間安裝的過

27、程中，勢必受溫度變化的影響而出現(xiàn)精度偏差，從而造成最后一段主拱無法順利安裝就位。同時，最后一段主拱的安裝、焊接將直接影響到主拱的質量和受力情況，為此，施工時設置合攏段，合攏段的長度根據(jù)合攏時的實際測量尺寸來進行下料。為保證合攏段的質量，在從兩端往中間安裝主拱的過程中，逐段消除安裝誤差，合攏前要進行連續(xù)觀測，確定溫差對拱身長度的影響，并根據(jù)理論計算的主拱溫度應力情況，確定合適的時間及合攏溫度，低溫（20）安裝就位，高溫（28）定位焊接。為避免焊接過程中因溫差出現(xiàn)過大變化產(chǎn)生的溫度應力將焊縫撕裂，焊接前要將定位塊固定好，每根主弦管沿圓周設6塊，通過定位塊來抵抗溫度應力的作用，焊接時氣溫需相對穩(wěn)定，

28、并由兩人對稱連續(xù)施焊。 圖6 主拱從兩端往中間安裝 圖7 主拱合攏4.3.4現(xiàn)場焊接由于本工程獨特的結構形式，主拱和馬鞍型屋面互為依托，結構體系極為復雜，工程安裝完畢后，還要進行支撐體系的卸載工作。卸載時，結構體系發(fā)生轉化，桿件內力重新進行分配，焊縫受力也將出現(xiàn)質的轉變，焊接質量尤為重要。為確保焊接質量，特制訂了一系列技術措施：（1）根據(jù)焊接工藝試驗制訂專門的焊接工藝，特別是鑄鋼件焊接工藝、厚板及厚壁鋼管焊接工藝。（2）通過焊接培訓和焊接考試塞選優(yōu)秀的焊工，對結構重要部位（主拱、箱型梁及V形支撐柱）及屋蓋鋼結構在典型荷載工況下容易出現(xiàn)失穩(wěn)的部位（即結構的薄弱部位，如內環(huán)梁、拱與屋蓋之間的后吊桿

29、、V形支撐柱及拱的局部位置）選用最優(yōu)秀的焊工進行焊接，定人定崗。并且這些部位的焊縫做到過渡平緩，避免出現(xiàn)應力集中現(xiàn)象。（3）嚴格控制原材料的質量，保證其符合設計規(guī)范要求，特別是厚板的Z向性能和鑄鋼件的各項性能指標，對影響鑄鋼件焊接性能的S、P含量的指標均控制在0.015以內。（4）厚壁鋼管及厚板的焊接，焊前進行預熱，焊后保溫緩冷；（5）搭設防風屏及雨布，做好防風防雨措施；（6）進行嚴格的焊前技術交底和焊后質量檢查。4.3.5卸載本工程的卸載過程既是拆除支撐胎架的過程，又是結構體系逐步轉換過程。卸載時，既要確保安全、方便施工，又不能改變設計意圖，對構件的力學性能產(chǎn)生較大的影響。為了保證卸載時相鄰

30、支撐胎架的受力不會產(chǎn)生過大的變化，同時保證結構體系的桿件內力不超出規(guī)定的容許應力，避免支撐胎架內力或結構體系的桿件內力過大而出現(xiàn)破壞現(xiàn)象，保證結構體系可靠、穩(wěn)步形成，必須采取先進、合理、可行的施工方案。（1）卸載原則a.確保結構自身安全和變形協(xié)調。b.確保支撐胎架安全。c.便于現(xiàn)場施工組織和操作。d.以理論計算為依據(jù)、以變形控制為核心、以測量監(jiān)測為手段、以安全平穩(wěn)為目標。由于本工程結構體系復雜，傳力途徑不明確，在卸載過程中，結構本身的桿件內力和臨時支撐的受力均會產(chǎn)生變化，卸載步驟的不同會對結構本身和支撐胎架產(chǎn)生較大的影響，故必須進行嚴格的理論計算和對比分析，以確定卸載的先后順序和卸載時的分級大

31、小。計算時，將支撐胎架視為結構本身的一部分（即支座），并建立總體的計算模型，通過支座變位求出支座反力及結構本身的內力。大跨度空間結構各部位的強度和剛度均不相同，卸載后的各部位變形也各不一樣，卸載時的支座變位情況會對結構本身和支座產(chǎn)生較大的影響，故卸載時，必須以支座變位控制為核心，確保卸載過程中結構本身和支撐胎架的受力及結構最終的變形控制。 本工程的卸載過程是一個循序漸進的過程，卸載過程中，必須以測量控制為手段，進行嚴格的過程監(jiān)測，以確保卸載按預定的步驟和目標進行，防止因操作失誤或其它因素而出現(xiàn)局部部位變形過大，造成意外的發(fā)生。（2）卸載技術a.分區(qū):由于本工程屋蓋支撐胎架數(shù)量眾多，且相鄰支撐在卸載過程中互相影響，不可能同時一起卸載，也不可能逐個進行拆除，必須分批、分級、同步進行。這樣既可以避免大量的人力和物力需求，又便于組織協(xié)調。根據(jù)支撐胎架的布置及結構本身與支撐胎架的受力情況，將支撐胎架分為9個區(qū)，每區(qū)分級同步卸載。b.分級:由于本工程屋蓋系統(tǒng)卸載后的變形較大，最大約302mm，所以不