由于現(xiàn)在越來越多的工廠建立，鋼結(jié)構(gòu)廠房的應(yīng)用也是相繼廣泛，但是不同的商家和不同的材質(zhì)價格卻有著千差萬別，對于其中多少的水分，很多非專業(yè)的甚至專業(yè)的人士都很難計算出這樣一個鋼結(jié)構(gòu)廠房的造價是多少，不過這個也是相對比較復(fù)雜的，各種成本都需要計算，很多細(xì)節(jié)都很容易造成疏忽，一個不小心就會出現(xiàn)很大的失誤，所以對于它的預(yù)算分析很重要。

【特別提醒：價格只是例子，主要看方法和注意細(xì)節(jié)】

近30年來, 各種類型的大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)在美國、 日本、 歐洲、 澳大利亞等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)發(fā)展很快,其跨度和規(guī)模越來越大, 新材料和新技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛, 結(jié)構(gòu)形式越來越豐富。許多宏偉而富有特色的大跨度建筑已成為當(dāng)?shù)氐南笳餍曰驑?biāo)志性的人文景觀。如 2000 年的悉尼奧運(yùn)會、 2002 年的韓日世界杯、2004 年雅典奧運(yùn)會和 2006 年的德國世界杯等各種體育場館給人留下了深刻的印象。

我國大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)原來的基礎(chǔ)比較薄弱, 但隨著國家經(jīng)濟(jì)實(shí)力的增強(qiáng)和社會發(fā)展的需要, 近10余年來也取得了迅猛的發(fā)展。特別是 2008 奧運(yùn)場館建設(shè)為我國大跨空間鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展提供了巨大的機(jī)遇,給中國建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)提供了一個展現(xiàn)機(jī)會, 涌現(xiàn)出了大量結(jié)構(gòu)新穎、 技術(shù)先進(jìn)的建筑, 同時也給施工單位帶來了巨大的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

隨著國家游泳中心水立方、奧運(yùn)會主體育場鳥巢等體育場館主體結(jié)構(gòu)的相繼完工, 其所展現(xiàn)出來的磅礴氣勢令人折服, 充分顯示了中國人的聰明才智?？v觀這些現(xiàn)代大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計和施工, 其所呈現(xiàn)出的主要特點(diǎn)如下。

● 結(jié)構(gòu)形式日益多樣化和復(fù)雜化

現(xiàn)代大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)已經(jīng)不局限于采用傳統(tǒng)的單一結(jié)構(gòu)形式, 新的結(jié)構(gòu)形式和各種組合結(jié)構(gòu)形式不斷涌現(xiàn)。 水立方采用了基于泡沫理論的多面體空間剛架結(jié)構(gòu); 鳥巢采用了復(fù)雜扭曲空間桁架結(jié)構(gòu); 奧運(yùn)會羽毛球館則采用了世界跨度最大的弦支穹頂結(jié)構(gòu);廣州國際會展中心采用了張弦桁架結(jié)構(gòu)。

● 結(jié)構(gòu)跨度大、鋼材等級高、鋼板厚度厚

由于建筑功能的需要, 現(xiàn)代空間鋼結(jié)構(gòu)跨度越來越大, 短向跨度超百米已屢見不鮮, 如國家體育場鳥巢跨度 296 m, 國家游泳中心跨度 177 m, 廣州國際會議展覽中心跨度 1266 m, 南京奧體中心體育場拱跨度360 m 等。以致國家超限專家審查委員會專門編制了大跨結(jié)構(gòu)超限審查的規(guī)定。

這些大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)采用了大量的高強(qiáng)度級別鋼材, 如 Q390C、Q420C、Q460E 等, 且鋼板厚度都很厚,有的甚至超過 100 mm。

● 現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力技術(shù)的大量應(yīng)用

預(yù)應(yīng)力作為一項新技術(shù), 得到了充分應(yīng)用, 涌現(xiàn)了索穹頂、 張拉整體結(jié)構(gòu)和索膜結(jié)構(gòu)等新型結(jié)構(gòu)形式。奧運(yùn)會羽毛球館( 北京工業(yè)大學(xué)體育館) 采用了世界跨度最大的弦支穹頂結(jié)構(gòu)。國家體育館采用了世界跨度最大的雙向張弦梁結(jié)構(gòu)。

● 節(jié)點(diǎn)形式復(fù)雜多樣

現(xiàn)代空間鋼結(jié)構(gòu)大多采用仿生態(tài)建筑, 為了滿足建筑造型, 采用了各種各樣的節(jié)點(diǎn)形式, 如鑄鋼節(jié)點(diǎn)、鍛鋼節(jié)點(diǎn)、球鉸節(jié)點(diǎn)等。

● 構(gòu)件數(shù)量和截面類型多, 深化設(shè)計難度大

一般而言, 這類大型工程都由幾萬個構(gòu)件, 甚至十多萬個構(gòu)件組成, 并且這些構(gòu)件的截面形式、尺寸和長度均不相同。這樣給施工單位放樣帶來了極大的困難, 并且對于有些彎扭構(gòu)件, 需要進(jìn)行專門的試驗(yàn)和研究才能完成。

● 構(gòu)件加工難度大, 加工精度要求高

這類工程都屬于國家重點(diǎn)工程, 工程質(zhì)量要求高。只有提高構(gòu)件加工精度, 才能滿足質(zhì)量要求。并且大量焊縫要求一級焊縫, 給施工帶來了極大的難度。

● 現(xiàn)場焊接工作量大, 施工技術(shù)難度高

為了保證施工精度, 這些工程都需要進(jìn)行預(yù)拼裝,并且現(xiàn)場焊接工作量特別大。由于結(jié)構(gòu)新、 跨度大, 為了保證經(jīng)濟(jì)、 安全, 都必須采用先進(jìn)的施工技術(shù)才能順利完成。

大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)施工中應(yīng)重點(diǎn)考慮的問題

大型空間鋼結(jié)構(gòu)建造過程中施工技術(shù)是至關(guān)重要的, 合理的施工方案和科學(xué)的施工過程分析才能保證結(jié)構(gòu)的安全、 經(jīng)濟(jì)。目前一些大型空間鋼結(jié)構(gòu)的施工,已突破傳統(tǒng)意義上的施工方法, 向多學(xué)科、綜合化、高科技領(lǐng)域邁進(jìn), 給傳統(tǒng)施工技術(shù)帶來了前所未有的難度和挑戰(zhàn)。因此需要廣大的科研、 設(shè)計、 施工單位共同研究、 開發(fā)、 創(chuàng)造出新的更加科學(xué)的施工技術(shù), 來滿足不斷發(fā)展的需要。在研究、 開發(fā)、 創(chuàng)造科學(xué)的施工技術(shù)時, 應(yīng)著重考慮以下幾方面問題:

● CAD 設(shè)計與 CAM 制造技術(shù)

隨著計算機(jī)技術(shù)、信息化技術(shù)和先進(jìn)數(shù)控設(shè)備的應(yīng)用, 空間鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品需要信息技術(shù)、設(shè)計技術(shù)、制造技術(shù)、管理技術(shù)的綜合應(yīng)用, 提高生產(chǎn)效率和實(shí)現(xiàn)定制化目標(biāo), 從而提高空間鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的創(chuàng)新能力和管理水平。鋼結(jié)構(gòu) C AD 設(shè)計與 C AM 制造技術(shù)屬于鋼結(jié)構(gòu)輔助制造技術(shù)范疇, 包括整體三維實(shí)體建模, 桿件和板材的優(yōu)化下料, 鋼管相貫節(jié)點(diǎn)和各類異型節(jié)點(diǎn)的設(shè)計、分析、 制造等。

● 安裝施工仿真技術(shù)

以往人們都比較重視結(jié)構(gòu)使用狀態(tài)下的受力情況, 而忽視了結(jié)構(gòu)施工階段的受力情況。隨著工程的不斷大型化, 結(jié)構(gòu)施工階段的安全問題日益突出。實(shí)際上, 有些工程在結(jié)構(gòu)施工過程中的受力狀況完全不同于使用階段, 甚至有些工程的結(jié)構(gòu)最不利的受力階段, 出現(xiàn)在施工階段。鋼結(jié)構(gòu)施工安裝仿真技術(shù)主要包括以下 5個方面: 大型構(gòu)件的吊裝過程仿真; 施工過程各階段各工況仿真模擬; 結(jié)構(gòu)安裝的預(yù)變形技術(shù), 包括構(gòu)件的起拱與預(yù)變位; 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的預(yù)拼裝模擬; 卸載過程模擬。通過仿真計算分析能預(yù)先充分發(fā)現(xiàn)施工過程中的薄弱環(huán)節(jié)和重點(diǎn)控制部位, 能直觀實(shí)現(xiàn)對結(jié)構(gòu)整個施工過程的控制并最終保證正確的形狀尺寸。

● 安裝方法的合理選用

所謂選用合理的安裝方法, 就是在安全、經(jīng)濟(jì)、適用三方面找到一個最佳平衡點(diǎn)。傳統(tǒng)空間鋼結(jié)構(gòu)的施工方法一般有: 高空散裝法、 分條或分塊安裝法、 高空滑移法、 整體吊裝法、 整體提升法、 整體頂升法等。現(xiàn)代空間鋼結(jié)構(gòu)跨度大、 體型復(fù)雜, 無固定的安裝模式,并且使用大量新材料、 新技術(shù), 若不對這些單一傳統(tǒng)安裝方法進(jìn)行革新或創(chuàng)造, 就不能順利完成任務(wù), 有時甚至很難完成任務(wù)。通過大量的工程實(shí)踐, 涌現(xiàn)出了許多具有創(chuàng)新性的施工技術(shù), 如高空曲線滑移技術(shù)、 網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)折疊展開式整體提升技術(shù)、滑架法施工技術(shù)等。

現(xiàn)代空間鋼結(jié)構(gòu)的安裝方法往往是幾種基本方法的巧妙組合或者再創(chuàng)造。同時由于機(jī)械設(shè)備、 計算理論和計算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展, 為鋼結(jié)構(gòu)安裝方法的創(chuàng)新提供了有力支持。

工程實(shí)踐

● 國家游泳中心鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

國家游泳中心水立方工程, 是2008年國家奧運(yùn)工程中的兩大標(biāo)志性建筑之一。該建筑長寬均為 176538 m , 高度為 30588 m, 屋蓋厚度為7211 m, 墻體厚度為 3472 m 及 5876 m 兩種, 總建筑面積 31166m,整個建筑外型成方形。

● 工程特點(diǎn)和難點(diǎn)

1) 構(gòu)件數(shù)量多, 種類多, 空間位置復(fù)雜, 外形要求高該結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間縱橫交錯, 呈現(xiàn)出一種隨機(jī)無序狀態(tài), 桿件空間定位相當(dāng)困難。該工程基本構(gòu)件總計達(dá) 29979 個, 其中共有焊接方矩形鋼管 9199 根, 圓鋼管 11471 根; 焊接球節(jié)點(diǎn) 9309 個, 其中整球 4281 個,異型球 5028 個; 相貫節(jié)點(diǎn) 1441 個。

2) 所有節(jié)點(diǎn)均為剛性連接, 焊縫質(zhì)量要求高為了確保工程質(zhì)量, 該工程所有焊縫全部為一級焊縫。經(jīng)計算, 該工程結(jié)構(gòu)構(gòu)件約由 3 0 多萬個板件通過近 10多萬延米的一級焊縫組合而成。

3) 材料等級高, 節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜 該工程中大量使用Q4 20 C 級鋼材, 該級別的鋼材對焊接工藝的要求較高。為了滿足抗震需要, 在應(yīng)力比大于 0 7 的桿端、 節(jié)點(diǎn)區(qū)及拼接焊縫處進(jìn)行加強(qiáng)處理, 節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜。

● 安裝方案

國家游泳中心的結(jié)構(gòu)形式不同于任何一種傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式, 具有較強(qiáng)的空間性、 關(guān)聯(lián)性, 任何一個構(gòu)件安裝位置的不準(zhǔn)確, 將導(dǎo)致其它構(gòu)件難以安裝, 該結(jié)構(gòu)構(gòu)造特點(diǎn)決定了其安裝方法也不同于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式,為此, 采用了 以組合為輔, 散裝為主的安裝方法; 安裝前, 根據(jù)構(gòu)件間的相互關(guān)系及起吊設(shè)備的最大起吊能力, 在地面最大限度地進(jìn)行組合, 以減少高空焊接量。實(shí)際應(yīng)用中, 組合形式最多的是一根矩形鋼管與一個相連空心球組合, 組合后的形狀如同一根棒棒糖; 另外, 還有大量種類繁多的異型組合，

高空安裝時, 以一個焊接空心球節(jié)點(diǎn)為中心, 將與該球相連的下部桿件全部吊裝到位,形成 多桿頂球的狀態(tài),此時各構(gòu)件的位置基本接近設(shè)計位置。然后用全站儀進(jìn)行空間精確定位, 定位時仍然以焊接空心球球心作為定位目標(biāo), 球體位置準(zhǔn)確后, 只要相連桿件四周與球體吻合相貫, 那么桿件的軸線必將穿過球體中心。但球體的球心是一個虛擬的空間點(diǎn)且在球的內(nèi)部, 直接測量球心位置非常困難, 在實(shí)際應(yīng)用中, 采用了如下方法: 在工廠加工空心球時, 在球體的一個對稱軸與球面交點(diǎn)處各鉆一個小孔( 孔的直徑及深度均為 3 mm) , 測量時, 只需測量球的兩個小孔位置, 若這兩個小孔的空間位置準(zhǔn)確, 則球心位置也近似準(zhǔn)確。