大跨度空间钢结构安装技术优化与稳定性研究

1 前言

“十四五”时期我国大力推进新型基础设施建设与城市更新行动，大型公共建筑作为城市功能载体，对结构跨度、造型复杂度的需求持续提升，大跨度空间钢结构凭借自重轻、跨越能力强的特点，成为此类建筑的核心结构形式。同时，BIM、物联网等智能建造技术逐步渗透到建筑施工领域，为钢结构工程提质增效提供了技术支撑。但在实际安装环节，毫米级定位偏差、焊接变形失控、临时支撑失稳、监测数据中断等问题仍普遍存在，不仅导致施工返工、工期延误，更对结构长期安全运营构成威胁，难以满足《“十四五”建筑业发展规划》中对工程质量与安全的高要求。因此，深入研究大跨度空间钢结构安装难点，探索科学可行的优化策略，对推动钢结构工程高质量发展、保障大型建筑安全运营具有重要的现实意义。

2 大跨度空间钢结构安装难点

2.1 吊装与定位精度控制

安装过程中构件吊装与三维定位需维持毫米级精度控制，桁架类构件起吊前要清理附着的钢管、架板等杂物，吊点需设于端头并提升 10~15cm 进行试吊且试吊时间不低于 1h，试吊阶段构件常因重心偏移出现晃动影响初始平衡状态。桁架就位后需沿南北方向拉尺测距，再通过定制限位装置固定水平位置，若测量工具精度未达标或操作过程中存在偏差，会直接导致构件对接时出现错位情况。钢柱安装时需同步校正平面位置、标高与垂直度，其中标高需预留垫补空间进行调整，垂直度用经纬仪测量时会受风力、温度干扰，钢梁吊装需对准基座中心轴线，松开吊钩前还需二次校正垂直度，任一环节出现偏差都会对后续安装环节造成影响。

2.2 焊接与拼接工艺

焊接质量直接决定结构连接稳定性，安装过程中焊接与拼接存在明显难点，在钢梁拼接作业完成后需及时检查吊点位置及构件平整度，若拼接缝出现错位或焊接部位存在不牢固的情况，会在后续吊装环节中导致钢梁产生变形[1]。同时焊接变形控制也面临挑战，焊接过程中的热输入会引发构件出现微变形，这种变形若不通过对称施焊、分层焊接等方式进行控制，会对钢结构整体安装精度造成影响，而钢结构拼接后需保障支撑系统安装稳定的需求，也从侧面反映出焊接与拼接工艺对后续施工环节的影响。

2.3 临时支撑与安全设施设置

安装过程中临时设施是保障作业安全与结构稳定的基础，在桁架安装环节需设置专用通道与高空操作吊篮，通道宽度需贴合构件转运需求，吊篮承重能力也需匹配施工荷载，若通道宽度不足或吊篮悬挂结构固定松动，会在人员作业或构件转运时增加高空坠落风险。同时夜间施工时需用支架或钢丝绳固定钢框架，钢丝绳需沿框架跨度方向垂直且对称布设，支撑点选择需结合结构受力情况，防止支撑点处杆件因受力过载出现变形，而通道、吊篮及地面防护等安全生产措施的设置若存在偏差，会直接干扰安装质量的控制效果。

2.4 钢结构检测与变形监控

安装阶段需实时监控构件变形以规避结构失稳，监测频次与精度的平衡构成实操挑战，正常吊装过程中需按固定间隔采集数据，进入卸荷或滑移等关键阶段则需大幅缩短采集间隔，这种调整若未贴合施工节奏会造成数据冗余或关键节点信息缺失。自动化监测系统需在吊装间隙完成调试，传感器安装前要清理构件表面锈蚀与杂物，若设备布设位置未避开构件转运路径，会在施工中受碰撞干扰，中断数据采集链条，影响对结构变形趋势的连续追踪，而监测数据的中断会直接干扰对结构稳定性的判断。

3 大跨度空间钢结构安装技术优化与稳定性提升策略

3.1 大跨度空间钢结构安装技术优化策略

（1）吊装与定位精度优化

为实现毫米级精度控制，可构建“三维动态控制体系”，采用精度 的全站仪与精度 ±0.1mm 的激光跟踪仪联合定位，基于 BIM 模型生成构件三维坐标控制点，现场按 ≤20m 间距布设永久基准点建立高精度测量坐标系。针对构件起吊稳定性，需严格执行“试吊-校准-吊装”流程，吊点采用对称设计，试吊时将构件缓慢吊离地面 10-20cm 后停顿≥1h，检查制动系统、吊具受力及吊物平衡无异常再作业[2]。还可应用“环境自适应校正法”，钢柱安装用液压千斤顶微调垂直度使偏差 ≤H/1000 且 ≤20mm ，钢梁就位后用激光投线仪复核轴线偏移让允许偏差≤3mm，同步采集温度、风力数据做偏差补偿，多机协同时明确主吊与辅助吊分工，用标准手势、旗语统一指挥以避免吊物晃动引发定位偏差。

（2）焊接与拼接工艺优化

为控制焊接质量可建立“应力预控-过程矫正”双机制，针对拼接后校正难题采用“涟漪式扩散焊接法”从节点中心向四周分层施焊，同时配合刚性固定工卡具限制变形。厚板焊接实施“多层多道焊工艺”，将层间温度控制在100-150℃范围，每道焊缝完成后立即用风铲敲击消除应力[3]。对关键节点用豪克能冲击设备强化焊缝，非关键区域用振动时效设备均衡残余应力，还可按有限元模拟结果预设焊接变形补偿量，超差时用火焰矫正修正，质量验收实施“双检测制度”，一级焊缝用超声波探伤，复杂节点附加三维坐标复查以控制偏差。

3.2 大跨度空间钢结构稳定性提升策略

（1）临时支撑与安全设施优化

为提升临时支撑体系可靠性可采用“模块化适配设计”，基于结构受力模拟分析开发由标准节组成的格构式临时支撑，支撑点布置遵循“对称受力、分散荷载”原则，与主体结构连接节点需进行专项验算以避免局部杆件内力过载。针对高空作业安全问题，需定制与构件尺寸匹配的专用通道和承重吊篮，通道两侧设置1.2m 高防护栏杆，吊篮安装防坠器并定期开展载荷试验[4]。优化临时固定方案，钢框架夜间停放时采用“支架 :+ 风绳”双重固定，风绳与框架跨度垂直对称布置且拉力通过拉力计实时监控，同时建立“三维防护体系”，地面设警戒区、高空层满铺脚手板、垂直方向设安全平网，定期开展安全设施专项检查并重点验证支撑沉降与连接节点紧固性。

（2）钢结构检测与变形监控优化

为实现动态预警可构建“时空密度自适应”监测网络，针对监测频次与精度平衡难题采用分级监测方案，常规吊装阶段每 30 分钟采集数据，卸载、滑移等关键阶段提升至每 10 秒一次，监测点覆盖全部关键受力节点。同时应用“BIM+物联网”融合技术，在钢柱、钢梁关键部位装智能传感器，实时采集位移、应力数据传管理平台，与 BIM 模型理论值对比生成偏差云图，超限时自动触发声光报警[5]。还需创新“工序协同监测法”，吊装间隙校准监测设备，对传感器位置与施工动线做碰撞检测避免中断，另建立“双闭环”反馈机制，技术闭环用监测数据调临时支撑，管理闭环定异常响应时间≤15 分钟，形成完整流程。

4 结语

综上所述，通过系统分析大跨度空间钢结构安装过程，明确了安装过程中的难点，这就需要采取安装技术优化与稳定性提升策略，进而能够有效化解实际施工中的技术瓶颈，为提升工程质量、保障结构安全提供支持。未来可进一步融合数字孪生、人工智能等技术，实现安装过程的实时模拟、智能预警与动态调控，推动大跨度空间钢结构施工技术向更高效、更智能、更安全的方向迭代升级。

参考文献：

[1]王龙. 大跨度工业厂房钢结构安装施工要点分析[J]. 中国建筑装饰装修,2025, (15): 168-170.

[2]金爱民. 大跨度钢结构美术馆高效安装技术分析[J]. 安徽建筑, 2025, 32(07): 33-35.

[3]兰明扬, 巫庆明, 罗靖, 等. 大跨度双曲三角形网格单层钢结构网架高空安装技术研究[J]. 中国建筑装饰装修, 2025, (13): 172-174.

[4]王放, 冯欢. 大跨度圆柱网壳结构安装施工技术[J]. 四川水泥, 2025, (06): 105-107.

[5]吕光璐. 文体中心大跨度钢结构安装技术分析[J]. 工程技术研究, 2025,10 (09): 67-69.

作者简介：姓名：李学宁（1986.8.30）；性别：男，民族：汉，籍贯：天津市宝坻区人，学历：本科；现有职称：中级工程师；研究方向：建筑施工。