大跨度拱形钢结构安装施工工法与技术要点

大跨度拱形钢结构以其造价低、大空间、抗震性能好的优点在公共建筑和大型场馆中得到广泛应用。分段安装法通过从拱脚向上组装、最后在顶部中间合拢的方式，有效解决了超大跨度拱形结构的安装难题。本工法以205.44米大跨度空间拱形钢结构为案例总结而成。

工法的技术特点

本工法具有三个鲜明特点：第一，土建结构为混凝土梁板，上部为箱形变截面钢结构主拱，主拱生根于四个拱脚基础；第二，在混凝土顶板上设置支撑塔架作为操作平台，混凝土顶板下局部设满堂红架体支撑；第三，采用分段吊装、现场拼装焊接，避免了整体吊装的难度。

工法的适用范围

本工法适用于工业与民用建筑工程中大跨度拱形钢结构安装，特别适合土建主体结构为混凝土框架梁板、上部为大跨度拱形钢结构的工程。这类工程在现代建筑中较为常见，包括体育馆、展览馆、商业综合体等。

工艺原理与施工流程

主拱安装采用分段制作、运输和安装。为确保整体空间结构的稳定性，主拱的安装需穿插在其他结构梁安装的同时进行。主拱的安装顺序是从四个主拱脚向上进行安装，最后在顶部中间合拢，主拱安装的同时及时进行主拱和屋面拱之间的拉杆支撑的安装。

建立测量控制网及测量控制→主拱支撑架体设计→主拱吊装及安装→卸荷，这是完整的工艺流程。

测量控制体系

GPS点的交接及复核

根据GPS点成果制定点位精度复查，在施工区域边布设二级控制网，按闭合导线观测方法计算导线精度。对水准点复查采用国家二级水准要求，在施工区域布设若干固定水准基准点进行联测。

施工中的测量控制

主拱跨度大，四个主拱与地面接触点的控制精度要求高，在二级导线基础上用极坐标法放样。主拱为斜平面主拱，采用直角相交观测法。在二级控制基础上布置方格网，对桁架节点进行控制，精确定位。

高程测量与变形观测

在现场已知水准点基础上，施工场区内测设水准基准点，密度约100m一个，构成附和路线以便校核。观测精度满足四等水准要求，闭合差小于±20mm√L或±60mm√n。在确认施工安装准确后，以安装监测所测定的每个标志点实际坐标和高程作为基准值，每隔2周按同精度观测方法进行标志点观测，计算出坐标和高程与基准值比较，确认钢架顶部变形情况。

主拱支撑架体设计

根据钢拱结构体系分析，结合设计结构的节点详图，首先安装周边钢柱及钢柱间连梁，然后安装中间拱和屋面梁。在主拱未能形成三角形桁架之前，整个屋面钢结构中间部分荷载全由中间拱支撑，所以首先在中间拱下方设置支撑，并根据混凝土柱网间距在中间拱下方每个混凝土柱顶设置承重支撑架。

主拱为主要受力杆件，在分段吊装时自重需由支撑体系来完成。一般采用格构柱架体支撑，以6m为标准节，可根据不同的主拱安装形式及施工顺序进行支承架的布设。楼面上支承架不一定在混凝土梁上，为确保荷载传递，在支承架下垂直于混凝土梁方向设置两根200×200mm工字钢，长度不小于4m，两端搭在混凝土梁上。对座落在地面上的支撑架，需浇筑2000×2000×200mm混凝土基础，配筋为Φ12@200双层双向网片，在支承架四周设置钢管桩便于锚固。

主拱吊装与安装

分段与吊机选择

根据施工现场实际情况，结合钢构件总重量进行吊装机械选择及分段数量确定。首先考虑吊装机械的起重量、工作半径，结合钢拱总重量、底部混凝土柱的柱距，确定钢拱分段数量及尺寸，根据单体重量最大时的起重参数进行吊机选择。

安装总体流程

首先进行钢柱及钢柱之间的连梁安装；其次为了屋面结构形成稳定体系，对两端第二段中间拱进行安装，并进行两端屋面梁和钢柱的拼装安装，同时对两端屋面梁之间的连梁和水平剪刀支撑进行安装；然后进行下一段屋面结构梁安装，做好吊装主拱梁的安装准备；进行主拱梁的安装，同时安装相应部位连梁，并在楼面上进行钢柱和屋面钢梁的拼装；依此类推进行剩余主拱的安装；进行靠内侧主拱梁吊装合龙；最后进行靠外侧屋面梁及钢柱等安装，并进行靠外侧主拱梁合龙。

卸荷施工

在卸荷前，整个钢结构荷载分别由钢柱、支撑架及主拱承担。卸载时支撑架上所承受的荷载逐渐过渡到钢柱和主拱上，最终形成稳定的承载体系。卸载应遵循"变形协调、卸载均衡"原则，采用从中间向两边逐步卸荷的方案，先卸载中间拱的支撑架，卸完后再进行主拱的卸荷，两榀主拱应同时由中间向两端进行。

具体施工过程：在主拱下各支撑架的支撑点H型钢梁上设置50吨螺旋千斤顶，每个支撑点上设置一个；在每个螺旋千斤顶顶部利用Φ219钢管做套筒，钢管顶部做与拱架角度相同的支托作为临时支撑；调节螺栓千斤顶高度，使支托支撑在拱架底部，顶紧到位；在每根H型梁千斤顶落位处设置钢板卡码固定千斤顶；待所有支撑点临时千斤顶支撑到位、顶紧后，按照从中间到两边的顺序逐渐拆除原临时支撑。

质量控制标准

施工质量控制严格按GB 50205-2001《钢结构工程施工质量验收规范》执行。劳动力组织配备测量人员4名负责安装定位、电焊工20名负责焊接拼装、质检员2名负责质量检查。现场的控制点和主控线在移交前必须经监理等单位复合确认。主拱的控制点和主控线设置完成后同样须经相关单位进行复合确认。

在主拱安装过程中，相关单位必须旁站监控，确保预埋件安装就位的准确性。吊装第一段箱型梁时，以箱型底柱垂直线为基础进行安装、垂直度校正。垂直度调整好后，箱型梁接头部位上下左右进行点焊，再复测垂直度，确保无误后用钢支撑把箱型梁撑住以保证稳定性，最后再对对接坡口进行全溶透焊接。在标高控制上，选用在每个支撑胎架顶部安装一只20T液压千斤顶以调节标高。

每吊装完一段箱型梁，对其进行测量、复核无误后再进行加固、焊接。焊接前进行坡口除锈、打磨，箱形梁施焊时由于截面大焊接量大，采用两人对面同时焊接，然后再进行上下坡口焊接。对于拉杆与箱形梁焊接，也应由两人由上至下对称施焊。

设计要求全焊透的一级焊缝采用超声波探伤进行内部缺陷检验，100%探伤。超声波探伤不能判断时应采用射线探伤。焊缝表面不得有裂纹、焊瘤等缺陷，不得有咬边、未焊满、根部收缩等缺陷。每批同类构件检查10%，且不少于3件。

安全和环保措施

起重机的行驶道路必须坚实可靠，不得停置在斜坡上工作，不允许两个履带一高一低。安装时搭设稳固可靠的临时工作平台，防高空坠落，操作人员在高处作业必须正确使用安全带，原则上高挂低用。施工用电严格遵循用电规程，电焊机外壳必须接地良好。焊接作业场地不得有易燃易爆物品。安装过程中遇大风季节（6级以上）应立即停止吊装焊接等施工。对已安装结束还没焊接的箱型梁，大风时用落地钢支撑撑住，增设揽风绳减少风力荷载。支架卸荷过程中必须对主拱架变形情况进行全程跟踪观测并详细记录，避免突变。

严格控制施工噪音，进入施工现场不得高声叫喊、乱吹口哨、限制高音喇叭使用，施工噪音遵守GB12523-90标准。加强施工现场粉尘、噪音、废气、废水的监控，及时采取措施消除污染。保持施工机械整洁，电缆、气割带、风带等沿施工台架成束捆扎牢固。

工程效益分析

主拱吊装采用分段吊装施工技术，施工较为方便，工序交叉影响少，保证了施工质量，加快了施工速度，提高了工作效率，节省了人工开支，从而降低了工程造价。以33天工期缩短为例，人工费节约33×90×70=207900元，机具租赁费节约33×20000=660000元，合计约86.79万元。

常见问题

Q：为什么要分段安装而不整体吊装？

A：整体吊装对吊机吨位要求极高，成本昂贵，且对安装场地要求苛刻。分段吊装可以根据现场吊机条件灵活调整，大幅降低成本，施工风险更可控。

Q：中间拱为什么要先安装支撑？

A：在主拱未形成三角形桁架前，屋面钢结构的荷载主要由中间拱承担，提前设置支撑确保中间拱不会过度变形或倒塌，保障施工安全。

Q：卸荷为什么要从中间向两边逐步进行？

A：这样做可以均匀分散荷载，避免局部过度集中，使结构逐步过渡到设计状态。如果一次性卸荷，可能导致结构局部应力过大而失稳或开裂。

小结

大跨度拱形钢结构的分段安装是一项综合性的施工工法，涉及测量、支撑、吊装、焊接、卸荷等多个环节。江苏杰达钢结构工程有限公司通过科学的工艺设计、精细的质量控制和周密的安全措施，成功实施了205.44米大跨度拱形结构的安装，为同类工程积累了宝贵的施工经验。