某體育館鋼結構工程卸載施工技術

張煊銘，陳星帆

（商丘工學院，河南 商丘 476000）

1 工程概況

某體育館總建筑面積為76877.56m2，體育館檐口最高點33.850m，主體結構成橢圓形，長軸168m，短軸140m，屋蓋周邊有36個斜向外側（傾角75。）的鋼骨斜筒柱，最高點標高41.5m，內環桁架桿件密集。屋頂結構為空間鋼管桁架結構體系。體育館為全封閉結構，外側混凝土結構寬度大，場內空間狹小，對于支撐點的布置難度較高。

圖1 體育館效果圖

本工程采用落地獨立支撐胎架，共搭設胎架52榀，高度均為25m，其中用于徑向桁架36榀（胎架截面為Φ660×12）；環形桁架16榀（Φ660×30）。徑向桁架支撐胎架下部為混凝土地面，考慮采用埋件與地面固定；環形桁架支撐胎架下部為土質地面，采用路基箱作為胎架基礎。

2 卸載總體思路

本工程屋蓋為空間管桁架結構，施工現場全部采用支撐胎架輔助安裝，由于使用胎架數量較大，不可采用逐個拆除方式進行卸載，應在全部結構完成空中對接，整體焊接成型，以及驗收合格后，方可進行卸載。結構卸載根據計算分析鋼結構本身的受力狀況、傳力途徑、變形情況、結構特點、體系形成的過程以及支撐胎架的實際情況，確定采用分級、同步卸載方法[1]。卸載時，支撐胎架和結構桿件兩者受力狀況均發生改變，極易發生破壞，因此在卸載過程中應遵循以理論計算為依據，以控制變形為核心，以測量監測為手段，防止出現受力不均或卸載過快引起變形失控從而導致結構破壞[2]。

圖2 卸載順序示意圖

3 卸載前準備工作

卸載點布置。根據工程需要，布置支撐胎架，由專業人員確定卸載點，嚴格按照要求施工[3]。

建立卸載指揮部。施工過程中，緊急事故不可避免，為保證卸載過程順利進行，應建立一支認真可靠的指揮部，明確個人責任。

仔細檢查各支撐點狀況。觀察其各個部位連接處是否完好。

4 砂箱卸載法

4.1 工藝原理

鋼結構在吊裝過程中是由支撐胎架支撐進行施工，結構的自重產生的豎向荷載由支撐胎架承受。在吊裝完成后，荷載應由結構體系承重，因此要進行卸載步驟。鋼結構卸載是由施工狀態轉變為設計受力狀態的過程。在卸載過程中，支撐胎架被拆除，導致結構產生位移，結構桿件內瞬間產生較大應力，所以應確定卸載方案，選擇分級同步卸載控制結構的變形，使得應力變化與結構變形保持在允許范圍內，由此保證結構的安全。等比同步和等距同步都屬于分級同步，兩者均可確定卸載點下落行程。根據以上卸載原理，現在卸載施工主要采用以下幾種方法：砂箱卸載法、螺旋千斤頂卸載法和計算機電控液壓千斤頂卸載法[4]。

本工程主要采用砂箱卸載法。砂箱卸載工藝是根據沙漏的原理，選擇砂箱制作成卸載設備。由于砂在密閉狀態下可壓縮性小的特點，使得保證了砂箱的承壓能力。利用閘板閥控制砂的流量，使荷載轉移緩慢進行，確保卸載的穩定性，保證了施工的安全性。砂箱分為兩部分，外套筒和內套筒，內筒套在外筒里面，直接接觸結構桿件；外筒內注滿砂子，排砂口閥門開關設置在筒壁的側面或底端，控制砂粒的流量。卸載開始時，打開閘門，砂體流出，從而實現卸載。內筒與外筒的管徑尺寸應該嚴格把控，間距過小易卡死，間距過大易溢砂。砂箱外筒和內筒的直徑、壁厚以及筒的材質應根據不同受力情況計算得出，砂箱結構圖圖3所示。

圖3 砂箱結構圖

4.2 工藝流程

按照卸載量的大小確定卸載點，設置砂箱→選擇顆粒級配良好的砂子，有良好的流動性→排砂口做好防水措施→開啟閘門，開始卸載→第一步卸載完成后，關閉閘門，測量并觀察，是否需要調整排沙量→循環操作，直至卸載完成。

5 卸載施工

5.1 施工方案的確定

由于外圈胎架卸載量較小（15mm），故采用一次性割除胎架頂部立板的方式進行卸載；內圈支撐胎架采用分級逐步卸載工藝，卸載分級大小應根據結構計算和工況分析得出的結果進行，即根據實際結構變形量控制分批下降數值。按照多次循環、反力控制與位移控制相結合的原則，并且在卸載過程中做好施工監測，確保結構卸載處于安全受控狀態，當屋面下撓變形全部完成后，屋蓋即成為完整體系，此時支撐胎架完全不受力，由屋蓋本身承擔全部荷載，卸載即全部完成[5-7]。

經仿真模擬計算擬定卸載方案：一次性卸載外圍胎架（15mm），然后分級卸載內部胎架，即按照25%、50%、100%三級進行卸載。100%卸載后結構最大位移值應滿足《鋼結構設計規范》（GB50017-2017）要求，即85mm＜157290/400=393.2m。

5.2 卸載步驟

①計算確定卸載點與卸載反力，然后設置砂箱，并調節到計算高度。

②安裝支撐胎架，將所有砂箱均勻地布置在胎架上。

③安裝鋼結構，并澆筑混凝土。

④當混凝土的抗壓強度達到要求，便可以開始對支撐點沙漏進行分級放沙卸載，第一步放沙行程量為21mm。

⑤通過對講機報點，當全部確認第一步卸載到位后，繼續進行第二步卸載，第二步放沙行程量為21mm，卸載完成后，開始第三步卸載。

⑥重復上面步驟直到結構卸載完成。

圖4 現場排沙

5.3 卸載要點

①卸載指揮部通過對講機進行統一指揮，確保卸載均勻有序，避免結構局部桿件應力變化過大。監測人員注意觀測卸載時的結構變形情況，記錄卸載變形數據，并向總指揮匯報。

②施工工人需進行培訓，由技術人員講解具體操作及手勢指令，確保卸載中可以正確領會指令含義。

③卸載現場要設置警告牌，使其他無關人員離場。

④施工使用的工具應固牢，防止高空滑落[8-10]。

6 支撐胎架拆除

卸載完成后，分段拆除支撐胎架。拆除時采用吊機為100t汽車吊。胎架卸載前，按照卸載順序利用鋼絲繩對胎架進行固定保護，防止卸載后胎架傾覆，然后按卸載順序逐個進行拆除，保證所有卸載完成的胎架在最短的時間內拆除完畢，及時消除安全隱患。

7 結語

鋼結構支撐體系的卸載是鋼結構施工中的重要環節，整個過程要嚴格觀察各個部位，仔細監測各項數據，確定最佳的卸載方案，其變形值一定要滿足規范要求，使其胎架荷載安全平穩的轉移到結構上。砂箱卸載工藝經濟實用，應用范圍廣，使用更加環保，出沙速度和出沙量易于控制，且承載力更大，一次投入，可以多次使用，重復使用率高，特別適用于體量大、點荷載大以及卸載量小的鋼結構工程，是更為簡單、方便的卸載方法。