1.2分块（段）吊装法
      分块或分段吊装法，是将结构按其组成特点及起重设备的能力在地面拼装成块状或条状单元，分别由起重设备吊至设计位置就位，然后拼装成整体的安装方法。分块或分段吊装法的大部分焊接和拼装工作在工厂或现场地面进行，有利于提高工程质量，减少高空作业量，加快施工进度，并且所需临时支撑相对较少。通过吊装单元的合理划分，可以降低起重设备的等级，降低成本。
      呼和浩特白塔机场新建航站楼工程屋面结构由两榀205.44m跨度钢结构主拱箱梁悬挂，并与纵向的中心拱和其他构件共同形成了稳定空间结构体系。由于场地和起重设备的限制，205.44m跨度的主拱箱梁分为21段进行吊装（见图2）。
 

1.3整体安装施工法
      整体安装施工法是将结构在地面或胎架上拼装完成后，再运送并安装到设计位置的施工方法。常用整体安装法有整体吊装法、提升安装法、顶升安装法等。与传统的散装法相比整体安装法具有以下优点：
      （1）结构在地面整体拼装，高空作业少，有利于保证工程质量保；
      （2）可与下部工程同时进行，工期短；
      （3）临时支撑少。
      在整体安装法施工过程中，影响结构体系及施工系统受力性能的关键因素有：
      （1）提升吊点（或顶升支点）的确定，包括数量和布置；
      （2）提升或顶升过程的同步性，提升过程中可能产生的突然动力作用；
      （3）结构体系边界条件的变化。
      1.3.1整体吊装法
      整体吊装法是指大跨度空间结构在地面拼装成整体后，采用单根或多根拨杆、一台或多台起重机进行吊装就位的施工方法。
      1.3.2整体提升法
      整体提升法是将待安装的结构在地面或适宜的楼层上组装成型，然后利用提升设备将结构提升至设计标高的安装方法。提升安装可采用卷扬机提升，钢丝绳承重。对于同步性要求较高的结构，宜采用计算机控制的液压千斤顶提供提升力，钢绞线承重，千斤顶是固定不动的，结构随着钢绞线的上升而被提升。提升法安装需要提供反力的结构，工程中可利用永久结构作为支撑架，无永久结构可利用时，可采用临时支撑架辅助。提升法安装的控制重点是：
      （1）提升移位的同步控制，即各提升点的高差控制；
      （2）应对支撑结构及待安装的结构进行提升阶段结构验算。
      1.3.3顶升安装法
      顶升法是将待安装的结构在地面或适宜的楼层上组装成型，然后利用顶升系统将结构顶升至设计标高的安装方法。顶升安装可采用螺旋千斤顶或液压活塞式千斤顶提供动力。顶升法安装同样的需要提供反力的结构，工程中可利用永久结构作为支撑架，无永久结构可利用时，可采用临时支撑架辅助。
      顶升法安装的控制重点是：
      （1）顶升移位的同步控制，即各顶升点的高差控制；
      （2）顶升安装时尚需控制其垂直度；
      （3）同样应对支撑结构及待安装的结构进行顶升阶段结构验算。
      1.4高空滑移法
      高空滑移法是指结构整体或分条的结构单元先在具备拼装条件的位置组装成型，再在预先设置的滑轨上滑移到设计位置拼接成整体的安装方法，见图3。
      高空滑移法按滑移方式可分为单条滑移法和逐条累积滑移法。
      按滑移过程中摩擦方式可分为滚动式及滑动式滑移；按滑移过程中移动对象可分为胎架滑移和结构主体滑移；按滑移牵引力作用方式可分为牵引法滑移和顶推法法滑移；按滑移轨道布置方式可分为直线滑移和曲线滑移。
      由于高空滑移法在土建完成框架、圈梁以后进行，而且是架空作业，因此对建筑物内部施工没有影响，滑移安装与下部土建施工可以平行立体作业，大大加快了工期。此外高空滑移法对起重设备、牵引设备要求不高，降低了起重机或卷扬机等级，而且只搭设局部的拼装支架，大大减少了搭设满堂脚手架的施工成本。
滑移法施工过程中，影响结构体系及施工系统受力性能的关键环节是：
      （1）顶推点的确定，包括数量和布置；
      （2）滑移轨道及导向轮的设置，包括数量和位置；
      （3）拼装支架的设计与搭设；
      （4）牵引力及牵引速度的设计与同步控制的精度；滑移过程中可能存在的卡轨力作用；
      （5）结构体系边界条件的变化。
 

 

1.5整体成形法
      最近20年来，随着施工技术的不断创新和发展，出现了一些具有思想新颖、技术先进的适合于结构整体成形的施工方法，取得了良好的经济效益和社会效益。目前使用的整体成形施工方法包括攀达穹顶施工法、折叠展开式施工法以及拱桁架施工法等。
      1.5.1攀达穹顶体系的施工方法
      在网壳结构中设置一些机构构造，使其成为一种可折叠的网壳结构，称之为折叠式网壳结构，又可称为“折叠展开式”网壳结构，日本空间结构专家川口卫先生开发了这种取名为“Pantadome”，中文译名为“攀达穹顶”的施工方法，并已成功地应用于世界各地的七个工程中。
      攀达穹顶体系适合于双曲率的网壳结构和环向闭合的穹顶结构，其基本思想是将球面网壳通过设置三道铰线并临时去掉一些环向杆件，在施工阶段使一个稳定结构变成一个几何可变体系，即一个机构，这样就可以将网壳结构在地面折叠起来，最大限度的降低安装高度，从而可以在地面上完成大部分施工工作，之后顶升或提升到设计高度就位，最后补缺未安装的构件，机构又变成稳定的结构。
      攀达穹顶体系可以将网壳靠近地面折叠起来，大大降低了安装高度，节约大量脚手架，避免高空作业，加快结构安装速度。特别适合矢高大的曲面网壳结构。图4为攀达穹顶施工过程。

 

     攀达穹顶体系的最大特点是它在成形过程中是一个只有一个自由度的机构，其他方向的运动是受约束的，因而它本身就可以抵抗风、地震等水平荷载的作用，从而施工中不必再增加稳定索或支撑杆件等保证稳定的措施。
     结构在竣工后，三道铰线上的铰常保留在结构中，其中两道铰线中的铰做结构铰使用，使得结构在温度变化作用时可以自由变形以释放温度应力。
      1.5.2折叠展开式施工法
     折叠展开式施工法与攀达穹顶施工法相似，这种方法更适用于单曲率的三心圆柱面网壳、双坡单向拆线形网壳。其基本思想是将网壳去掉部分杆件，使一个静定结构变成一个可以运动的机构，这样就可以将网壳结构在地面折叠起来，最大限度的降低安装高度，然后将折叠的网壳提升到设计高度，最后补缺未安装的构件，机构又变成静定的结构。整个施过程是结构一机构一结构的变化过程。
     1.5.3张拉弦钢拱架施工法
     张拉弦钢拱架结构是一种新型的预应力钢结构体系，张拉弦钢拱架结构由若干榀钢桁架、下弦钢索、檩条及屋面板等组成。各构件的尺寸、形状都经过精确计算，以适用于预应力钢索的张拉和结构最后的成形。
     张拉弦钢拱架结构是理想的仓库结构形式：内部空间无内柱阻碍，适合货物的堆积；结构本身很坚固，允许屋顶吊挂专业设备，而且吊运货物的机械设备及运送设施可在结构预应力钢索张拉前在地面上安装完成。
     2  大跨度空间钢结构的多阶段施工分析方法
     2.1基于非线性有限元的多阶段施工分析理论
     施工力学分析体现时变性，即指结构的刚度矩阵、质量矩阵、边界约束、节点荷载等在整个过程中都是随时间变化而不断改变的。多阶段施工分析理论认为结构施工分析的全过程也是结构受力成型的全过程，充分考虑施工过程中施工阶段的可分性，以不同施工阶段进行的时间顺序为变量，在不同施工阶段下，将与各施工阶段相符合的结构、荷载、约束条件等，分别进行分析计算，将前一个施工阶段的内力与变形等计算结果作为后一个施工阶段的初始条件，并对结构不断进行协同分析，考虑后面施工阶段对前面已成型结构的影响，这样不断进行各个施工步骤的分析计算直至结构成型。
     多阶段施工全过程分析理论充分考虑施工过程这个动态变化的过程，整个结构设计分析过程其实也是结构施工全过程跟踪模拟的过程。结构各部分杆件的在各施工阶段的施工内力不仅是一个过程力，而且对结构最终成型后的内力是有影响的，结构成型后的内力其实是整个施工过程中各个阶段的施工内力不断累积而成的，采用不同施工方法或施工顺序会导致结构成型后的内力不同就是这个原因。
     结构施工全过程产生的内力变化就是由于结构在不同施工阶段过程中刚度、荷载、约束等的变化引起的，在施工全过程中由于先完成安装的结构在施工荷载的影响产生位移，产生变形的前一部分结构与尚未成型的后一部分结构组成目前施工阶段的受力体系，在本施工阶段的约束与支撑条件下承受目前阶段的荷载。为此对于整个施工过程要进行跟踪模拟和全过程分析，必须区分各施工阶段的结构与约束荷载等情况，从施工开始的第一个阶段起，对每一个当前施工阶段得到的新结构讲行全面分析，作为下一个施工阶段分析计算的基础，后面施工阶段的计算分析以前一阶段形成的结构和荷载约束情况为基础，如此不断对施工全过程的每一个阶段进行跟踪计算，最后形成结构成型后的状态。
      2.2多阶段施工分析理论的计算方法    
     根据施工步骤，施工全过程共分为1，2，3，…，n个施工阶段，整个结构根据施工阶段的不同分为n个单元，从P1开始每一个施工阶段增加1个安装单元至Pn，则结构在施工过程中每个施工阶段的有限元基本方程为[]。
 

      2.3累积滑移多阶段施工分析的计算步骤
      单元滑移法施工过程根据施工阶段的工艺不同可以分为两类计算模型：分块计算模型与累积计算模型。如果后一榀滑移单元在支架上拼装完滑移出支架后，因约束条件的变化己经产生竖向位移，再同前一榀进行连接，则后拼装单元对前一榀拼装单元位移不产生影响，则前后两个施工阶段的差别仅是由于后一榀对整体结构刚度的贡献，计算方法仅是通过分阶段静力计算，此为分块计算模型。如果后一榀结构单元先与前面的已滑移结构进行拼装，则由于两者变形的不协调使后一榀的滑移单元对前面已经滑移出的单元受力与变形产生影响，计算必须考虑前一阶段滑移单元对后滑移单元的影响，此为累积计算模型。
      在此以累积滑移施工为例，说明多阶段施工成型分析计算的步骤。
      根据施工步骤，施工全过程共分为1，2，3，…，n个施工阶段，整个结构根据施工阶段的不同分为n个单元，从P1开始每一个施工阶段增加1个安装单元至Pn


 

 

（A区图7）穹顶结构主要由穹顶中心球壳、内环桁架、24榀主桁架以及主桁架之间扇形区域网壳、外环桁架组成。穹顶结构通过Y型钢支撑与混凝土柱相连接，穹顶与Y型钢支撑直接通过球节点进行连接。穹顶结构最高点达45.7米。杆件截面有Φ325X20,Φ299X14,Φ245X12,Φ140X4等。BCD区钢结构为螺栓球网架结构。
 

 

3.2 施工安装总体思路
      A区穹顶采用对称旋转累积滑移的施工方案，径向主桁架采用地面拼装，分两段吊装，主桁架间单层网壳、环桁架和内环采用高空散装，拼装和吊装机械采用两台70米臂长的TC7052塔吊。其余六区螺栓球网架结构采用搭设脚手架高空散装的施工方案。
      3.3  A区穹顶滑移施工方案
      3.3.1滑移施工流程（图8）

3.3.2   安装方案
      （1）临时支撑体系设置
在结构左右两侧搭设两跨拼装平台，在内环桁架和中心球壳单元下搭设满堂脚手架支撑。外环滑移轨道采用钢梁布置在砼结构柱上，第二道滑轨采用十二个支撑塔架（图9）。
 

 
 

（2）滑道布置
      结构布置内、中、外三环滑移轨道（图10），内环布置在内环桁架下方（半径10米），中环布置在半径24.479米上，外环布置在穹顶结构柱上（半径54米），在结构外环和中环布置顶推动力装置，内环安装轮子作为从动轨道。

 

（3 ）内环桁架及中心球壳单元散装安装，环桁架下弦杆处安装八个滑动台车，球壳单元拼装状态为设计状态顺时针旋转165度。
      （4）径向主桁架分两段在地面拼装，吊装到滑移拼装平台上组装完成主桁架，主桁架间单层网壳、环桁架和内环采用高空散装（图11）。拼装和吊装机械采用两台70米臂长的TC7052塔吊，布置在结构左右两侧。
 

 

（5）采用逆时针方向滑移，第一次滑移同时拼装两个区间（30度）进行滑移，以后每次左右同时累积结构的1/24区间（15度），共累计滑移10次，直至24榀主桁架及其间网壳全部安装到设计位置。
      （6）结构外环柱滑移采用比设计标高抬高20mm的形式，滑移到位后，对钢柱下支座进行塞装并与钢柱上部焊接，最后进行钢柱卸载固定焊接。
      3.4 累积滑移施工模拟
      3.4.1 分析模型
      结构滑移模拟分析选用了有限元程序SAP2000（12.0版）。
A区穹顶钢屋盖安装方案采用“以穹顶中心为圆心，旋转累积滑移”的施工方案。整个穹顶下部设置3道环形滑移轨道，其中第一道滑移轨道设置于Y型钢支撑底部；第二道滑移轨道设置于径向主桁架下弦处、以穹顶中心为圆心、半径24.479m的圆周上；第三道滑移轨道设置于环向桁架1下弦杆位置。建立计算模型如图12所示：
 

 

3．4．2 施工阶段划分
      根据施工步骤将结构单元、荷载式况划分为7个施工阶段进行施工过程模拟分析。
      阶段1：中心球壳单元及内环桁架散装完成，环桁架下弦杆处安装八个滑动台车。
      阶段2：吊装C1、C13轴线上径向桁架；
      阶段3：吊装C24和C12轴线上径向桁架；
      阶段4：拼装完成C1—C24和C12—C13间单层网壳；
      阶段5：拼装完成C1—C23和C11—C13间环桁架及单层网壳；
      阶段6：拼装C1—C20间和C8—C13间单层网壳；
      阶段7：主桁架安装完成，两侧均剩余最后一个区间网壳；
     阶段8：最后一个区间网壳拼装完成。
     3.4.3多阶段施工分析
      （1）主要施工阶段杆件内力和竖向变形分析
      1）第一次滑移，结构累积滑移过程中考虑1.2倍的动力系数后，杆件应力变化情况（图13-1），最大竖向变形为-8.4mm，发生在主桁架间的单层网壳中部（图13-2）。
 

 

 2）钢屋盖完成1/2，累积旋转滑移75°时，杆件应力比值见图14-1，最大竖向变形为-9.1mm，发生在主桁架间的单层网壳中部（图14-2）

 

（2）钢结构拼装及滑移过程中，各侧向位移分析（图16）

 

经计算分析可知，由于在滑移过程中滑移单元支撑点不在同一高度上，整个结构具有向低处移动的趋势。故外环支座侧向位移量最大，最大侧向位移量为4.09mm。均小于滑靴两侧允许滑动空间20mm。
      4  结语
      本文结合鄂尔多斯机场扩建工程，详细阐述了大跨度钢结构地面单元组装、分段吊装、高空对接、曲线累积滑移的施工工艺和施工技术；通过应用多阶段施工全过程分析理论，对鄂尔多斯机场新建航站楼工程施工模拟计算，得出了一些有益于指导施工的理论依据，并以此调整钢结构施工顺序并设置钢结构施工过程中的预变形，取得了较好的实施效果。
      参考文献
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      [8]罗永峰，王春江，陈晓明，建筑钢结构施工力学原理，中国建筑工业出版社，2008年
      [9]肖炽，滑移法施工技术研究，第三届全国现代结构工程学术研讨会，2003.7
      [10]金鑫，刘金荣，金虎根，肖炽，大跨空间结构滑移法施工技术，第三届全国现代结构工程学术研讨会，2004

      作者简介：田伟，1970.8河北建设集团有限公司内蒙古分公司经理，高级工程师，主要从事施工管理和技术研究。
      联系地址：河北省保定市五四西路329号（071070）。
 

田伟   张玉兰 刘永建 赵士成     

（河北建设集团有限公司，河北保定 071070）

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