銅陵體育場鋼結構罩棚卸載方案的比較研究

楊俊斌，沈萬玉，王肖，朱華

（1.安徽富煌鋼構股份有限公司，安徽 合肥 238076；2.安徽省建筑科學研究設計院，安徽 合肥 230001）

1 工程概況

銅陵體育場規模為可容納30000人的體育場，平面呈橢圓型，東西向高，南北向低，高差為17m，整體造型似綻開怒放的鮮花（如圖1所示）。整個鋼罩棚鋼結構總用鋼量約1×104t，由48榀徑向主桁架、9道環向拉桿、端部一圈馬道組成。單榀桁架外圍由4根鋼管柱支撐在承臺基礎上，內圈桁架除根部有Y型支撐外其余均為懸挑結構，其中懸挑長度最長約為39m，根部桁架的最高高度為48m，最重的懸挑桁架（GJ13XB）重量為39.4t。工程主要采用Φ550×20、Φ505×16、450×16、Φ550×505×16、Φ505×475×16的鋼管,鋼梁截面規格有H750×300×16×20、H900×500×20×20，鋼柱截面為700×400×30箱型。材質主要為Q345B，部分采用Q390D。體育場結構形式如圖2所示。

2 施工總體思路

本工程單榀桁架為人字形懸挑結構。考慮構件運輸及現場起吊能力，將單榀大懸挑三角形鋼管桁架分成4個吊裝單元進行原位吊裝，最大吊裝單元長度為32m，重量為68t。每個吊裝單元采用散件運至現場，現場進行拼裝為吊裝單元后進行吊裝[1]。根據鋼管桁架結構特點和分段吊裝方案設計，每榀鋼管桁架布置了2個臨時支撐（如圖3所示），整體個體育場罩棚鋼結構共設置96個臨時支撐點（如圖4所示）[2]。

3 結構支撐卸載方案對比

臨時支撐的拆除（永久結構的卸載）過程是永久結構和臨時結構之間的一個復雜的力學狀態轉變過程，是永久結構受力逐漸轉移和內力重分布的過程，如果卸載過程受力過渡不平穩，構件內力會發生突變，可能導致安全事故。因此保證卸載過程中結構體系的受力狀態平穩，選擇合適的卸載方案、有序地轉換，是大跨度懸挑鋼結構安全卸載的關鍵[3]。

3.1 原卸載方案

圖1 體育場鳥瞰圖

圖2 體育場鋼結構平面圖

圖3 懸挑段支撐架布置立面圖

圖4 臨時支撐平面布置圖

圖5 分區卸載布置圖

鋼罩棚結構卸載順序采用南、北區（Ⅰ區）先卸載，然后進行東、西區（Ⅱ區）卸載，采取分區卸載（如圖5所示）。此方案優點是可以減少卸載操作人員和機具數量。缺點：①分區卸載可能會造成不均勻沉降導致的荷載重新分配不均勻、拉桿變壓桿（或壓桿變拉桿），這會導致受力情況非常復雜無法預測；②由于分區不均勻沉降，可能會造成邊界處的桿件出現變形或焊縫拉傷，甚至拉裂；③由于分區不均勻沉降，可能會導致不可復原的結構位移和二次應力。

3.2 優化后的卸載方案

鋼罩棚結構采用分級同步卸載的方法，以減小分區卸載而產生的二次應力疊加對結構不利的影響。方案優點：結構整體卸載，桿件的受力情況會重新分配但是比較均勻容易預測，避免分區卸載會出現的二次應力，使結構的實際受力情況與計算模型更一致。缺點：整體卸載投入人員和機具較多、指揮困難、卸載的協同性難以掌握。經綜合對比，該工程卸載采取分級同步卸載方案，如圖6所示。

圖6 整體卸載布置圖

圖7 卸載工藝流程圖

卸載采用千斤頂型號 表1

4 卸載過程中的控制與監測

卸載工作中檢測并確認各個系統性能良好，沒有不良影響因素后，方可開始下一步驟的卸載工作[4]。在結構分析計算的基礎上，卸載按照等比例微量下降的原則，來實現荷載平穩轉移。在卸載前，需要用千斤頂把支撐點處的型鋼墊塊頂起，割掉相應高度的型鋼支座[5]，各個支撐點的頂升高度不能大于20mm。各點頂升后，檢查每個點的間隙情況、記錄結果，卸載流程如圖7所示。

4.1 卸載準備工作

序號 位置桁對軸號架應線卸載頂 升卸載 卸載st ep 1累 計 卸載st ep 2累 計 卸載st ep 3累 計 卸載st ep 4累 計 卸載st ep 5累 計 卸載st ep 6累 計備注1 內圈 S20 / 2 10 10 10 20 12 32 12 44 15 59 2 內圈 S21 / 2 10 10 10 20 12 32 12 44 12 56 3 內圈 S22 / 2 10 10 10 20 12 32 10 44 10 50 4 內圈 S23 / 2 10 10 10 20 11 32 12 43 5 內圈 S24 / 2 10 10 10 20 12 30 11 41 6 內圈 S25 / 2 10 10 10 20 12 30 10 40……

卸載前，必須對鋼結構進行預驗收，檢查構件安裝、焊接、高強螺栓、防腐涂裝等質量是否達到規范和設計要求，檢查結構的標高和軸線。拆除臨時約束和移除作用在鋼屋蓋上的臨時荷載，在臨時支撐的頂部布置卸載設備和工具，確定位移監測點的位置，記錄位移監測點的初始值，在主結構上的預定位置安裝用于應力監測的傳感器。

4.2 卸載方法

臨時支撐的卸載采用手動螺旋千斤頂卸載法，即在卸載之前，將支撐架頂部的鋼梁支撐轉換為螺旋千斤頂支撐，再根據卸載步驟中確定的卸載位移值，安排操作人員逐級回落千斤頂行程，直至臨時支撐與桁架完全脫離。卸載采用千斤頂型號如表1所列。

4.3 卸載量值控制

掌握各級卸載量值，每一步都要嚴格按照規定的卸載量值進行卸載，并對卸載量值進行精確控制。卸載時，需要同步協調卸載量值，防止由于個別點急速超量導致結構局部受力過大。每次卸載后，測量卸載點的標高，以確定下一次卸載的調整值。卸載過程及卸載后要定時監測結構主要變形點位移變化及應力變化，不得超過后表所規定的安全預警值[6]。卸載量值控制如表2所列。

4.4 卸載監測

在卸載過程中，指定安全監控員全過程監測，尤其應做好臨時支撐變形等監測，發現異常情況及時報告，以便采取相應的應對措施，監測以肉眼觀測和儀器監測同時進行。在卸載過程中，要通過監測隨時掌握各控制點的變形情況，防止鋼結構在卸載過程中出現較大偏差；出現異常情況時，應立即停止卸載，查找原因，待查明原因后再決定是否繼續卸載。

4.5 卸載過程中的位移實測值

卸載時的位移值對于整個卸載工作十分關鍵，它是控制整個卸載的依據，各卸載點計算變形值均應驗算。經檢測，鋼罩棚桁架計算最大位移值為86.76mm，實際卸載實測最大位移值為46.78mm，滿足設計要求[7]。

5 結 語

①本文分析了大懸挑鋼管桁架結構卸載施工的特點，確定了分級同步卸載方案對卸載施工采用全過程的技術控制，達到預定效果。

②采用了分級同步卸載方案，解決了因分區卸載而會對結構產生二次應力疊加對結構受力不利的問題。

③采用了分級同步卸載方案，對今后類似大型空間結構的卸載施工有一定的借鑒意義。

[1]李正華，等.大懸挑結構臨時支撐卸載施工技術[J].建筑鋼結構進展，2012(5).

[2]周觀根，等.大連國際會議中心鋼結構工程施工關鍵技術[J].建筑鋼結構進展，2012(5).

[3]GB50755-2012，鋼結構工程施工規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2012.

[4]JGJ7-2010,空間網格結構技術規程[S].北京：中國建筑工業出版社,2010.

[5]JGJ81-2002，建筑鋼結構焊接技術規程[M].北京:中國建筑工業出版社，2002.

[6]周在杞，等.金屬（鋼）結構質量控制與檢測技術[M].北京：中國水利水電出版社，2008.

[7]GB50017-2003，鋼結構設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2003.