大跨度空间钢结构催生技术创新

随着建筑理念的不断更新，许多新型结构出现。大跨度空间钢结构主要有网架结构、悬索结构和网壳结构等，用作体育馆、展览馆、候车厅、飞机库、车间等的屋盖结构。建筑的美学要求和功能多样化引发了施工技术的变革。这种变革催生了新的施工技术。钢构件的制造技术、曲线滑移、非对称整体提升等施工技术，使建筑业超越传统、向更高水平迈进。

大跨度空间钢结构越来越复杂

现代大跨度空间钢结构已不局限于采用传统的单一结构形式，新的结构形式和各种组合结构形式不断涌现。结构形式越来越复杂。“鸟巢”采用复杂扭曲空间桁架结构，“水立方”采用了基于泡沫理论的多面体空间刚架结构，奥运会羽毛球馆则采用世界跨度最大的弦支穹顶结构，广州国际会展中心采用了张弦桁架结构。

像“鸟巢”、“水立方”这样的大跨度空间建筑，建造难度非常大，因为它是三维形体、空间受力的结构体系。“鸟巢”是双曲面马鞍型，最高点68.5米，最低点40.1米，平面呈椭圆形，长轴332.3米，短轴297.3米。它是由复杂的箱型扭曲构件组成的主桁架和大量次结构在空间上纵横交织而成，用了4.2万吨钢，通过300公里长焊缝连接。“水立方”结构形式是基于泡沫理论，从14面体和12面体组合切割而成的多面体钢架结构，边长177米，高度30米，屋盖厚度7.2米，墙体厚度3.5米和5.9米，整个结构由29979根构件和9309个节点组成，用钢量约7000吨，通过100公里长焊缝连接起来。

施工过程体现“时空”变化

对一个大跨度空间钢结构而言，往往有多种可供选择的施工方法，每一种施工方法都有其自身的特点和不同的适用范围，施工方法选择的合理与否将直接影响到工程质量、施工进度、施工成本等技术经济指标。

近年来，通过大量工程实践和磨炼，我国大跨度空间结构施工技术有了巨大进步。“折叠展开”施工技术是一项充分体现大跨度空间结构建造过程“时空”变化的建造方法。它是把大型结构变成一种可以运动的机构，首先在接近地面位置上“折叠”组装，然后提升并逐渐展开，施工中外形不断地发生改变，直至达到设计要求的形状。这种方法类似人们使用的折叠伞打开的过程。“累积滑移”施工技术在许多大型工程中得到应用，双向张弦梁结构的国家体育馆就采用了“带索累积滑移、双向预应力对称张拉”的技术方案。120米跨度双向鱼腹式空间钢桁架的五棵松体育馆也采用了高空累积滑移技术。“水立方”则采取以组合为辅、散装为主的安装方法，构件与空心球组合成形如一根“棒棒糖”，再以空心球为中心，将与该球相连的下部杆件吊装到位，形成“多杆顶球”的状态，焊接组成一个个多面体，这些多面体则是外面“充气枕”膜的支撑骨架。“鸟巢”的构件大且重，桁架柱采用“卧拼法”，主桁架采用“平拼法”，大吨位单元的吊装和“翻身”、扭曲构件高空精确对接和焊接均是巨大的技术挑战。大跨度空间结构安装中具有很强的空间性、关联性，任何一个构件安装位置的不准确，将导致其他构件难以安装。

信息化技术需要创新

随着计算机技术、信息化技术和先进数控设备的应用，空间钢结构产品需要信息技术、设计技术、制造技术、管理技术的综合应用，提高生产效率和实现定制化目标，从而提高空间钢结构产品的创新能力和管理水平。钢结构CAD设计与CAM制造技术属于计算机辅助制造技术范畴，包括整体三维实体建模，杆件和板材的优化下料，钢管相贯节点和各类异型节点的设计、分析、制造等。

工程的不断大型化，使结构施工阶段的安全问题日益突出。有些工程在结构施工过程中的受力状况完全不同于使用阶段，甚至有些工程的结构最不利受力阶段出现在施工期间。钢结构施工安装仿真技术主要包括五个方面：大型构件的吊装过程仿真；施工过程各阶段各工况仿真模拟；结构安装的预变形技术，包括构件的起拱与预变位；最终实现结构安装完成后的正确几何位置；结构构件的预拼装模拟；卸载过程模拟。通过仿真计算分析，能预先充分发现施工过程中的薄弱环节和重点控制部位，能直观实现对结构整个施工过程的控制并最终实现正确的形状尺寸。

随着工程实践的大量增加，我们的科技人员必将进一步研制开发出适应我国大跨空间钢结构需要的新体系、新技术、新材料，更充分地体现大跨度空间结构的先进性、经济性与合理性，促使我国大跨空间钢结构积极、健康发展。