大跨度復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)臨時支撐卸載施工方案分析

李余鴻， 王德志， 石深文， 劉 意

(中鐵建設(shè)集團有限公司，北京 100040)

0 引 言

設(shè)置臨時支撐可提高結(jié)構(gòu)的安全性，被廣泛應(yīng)用到在大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)施工中，起到臨時支撐、承受上部構(gòu)件自重以及安裝荷載的作用，為施工提供方便。本項目因結(jié)構(gòu)復(fù)雜，跨度較大，成型前結(jié)構(gòu)的弱剛性，為了滿足更大的承載力及施工安全的要求，在東連廊鋼結(jié)構(gòu)安裝過程中布設(shè)臨時支撐。

臨時支撐的卸載是結(jié)構(gòu)由施工工況轉(zhuǎn)向設(shè)計要求的過程，將會引起結(jié)構(gòu)內(nèi)力重分布，因此采用有限元分析軟件，對多種卸載方案進行結(jié)構(gòu)受力分析，確定最優(yōu)卸載方案是十分必要的。合理的卸載順序?qū)ΡＷC鋼結(jié)構(gòu)從支撐狀態(tài)過渡到工程實際狀態(tài)的安全尤為重要，鋼結(jié)構(gòu)工程施工前均需對卸載順序進行必要分析。

1 工程概況

依托工程為目前在施的九江鄱陽湖生態(tài)科技城科創(chuàng)中心工程。本工程1#樓與2#樓及1#樓與3#樓之間為大跨度鋼結(jié)構(gòu)連廊，共計6層；采用空中散拼法組裝，東連廊鋼結(jié)構(gòu)重量約3 t，由下部4根φ1 400鋼管柱支撐。東連廊為框架結(jié)構(gòu)，由圓管柱、箱型柱、箱型梁、H型鋼梁及斜撐組成。東連廊支撐采用格構(gòu)式支撐形式，格構(gòu)式支撐截面尺寸為1.2 m×1.2 m，主桿件為：L140×12，腹桿為L80×8，材質(zhì)均為Q235B。東連廊鋼結(jié)構(gòu)模型如圖1所示。

圖1 東連廊鋼結(jié)構(gòu)模型

2 臨時支撐卸載施工特點和施工難點

(1)本工程卸載區(qū)域主要為梁下部胎架，卸載作業(yè)主要有以下特點：

支架形式相似，結(jié)構(gòu)單一，卸載點空間分布規(guī)律性相近。結(jié)構(gòu)外形及臨時支撐為沿中心線對稱布置形式，卸載點在空間基本均衡分布。

卸載計算分析工作量大，為確保整個結(jié)構(gòu)經(jīng)過卸載后，平穩(wěn)地從支承狀態(tài)向結(jié)構(gòu)自身承受荷載的狀態(tài)過渡，通過MIDAS Gen對結(jié)構(gòu)受力進行模擬進而對計算結(jié)果進行分析，以指導(dǎo)卸載過程的實施。

(2)臨時支撐卸載施工難點主要為：

施工協(xié)調(diào)指揮難度大。為了確保整個卸載過程順利實施，并且同卸載工況分析能夠相結(jié)合，對于不同區(qū)域和標(biāo)高位置的卸載能有序進行，協(xié)調(diào)指揮的難度較大。措施：組織素質(zhì)較高的施工作業(yè)人員，在卸載前進行詳細作業(yè)指導(dǎo)，在作業(yè)過程中采用獨立的信號(對講機使用統(tǒng)一頻道進行統(tǒng)一指揮)。

卸載工況分析和實際結(jié)果可能存在差異。雖然在卸載前對卸載工況進行了詳細的分析和計算，但實際卸載結(jié)果和理論數(shù)值必定會存在差異，對卸載過程中可能出現(xiàn)的意外情況必須做好充分準(zhǔn)備。措施：卸載部位的構(gòu)造措施要有足夠的釋放空間，在卸載過程中根據(jù)卸載測量控制點進行變形測量(并匯總成測量結(jié)果，如有必要上報監(jiān)理單位)，確保卸載完成的狀態(tài)在預(yù)計范圍內(nèi)；如在卸載實施過程中出現(xiàn)異常情況，暫停卸載，研究分析異常情況的原因，并制定相應(yīng)的對策，以確保安全。

3 卸載施工方案

東連廊共包括20個卸載點，如圖2所示。綜合施工條件、以往經(jīng)驗以及成本等多方面因素，擬對臨時支撐分批進行卸載，每批卸載2根臨時支撐。根據(jù)臨時支撐分布位置并結(jié)合結(jié)構(gòu)變形計算結(jié)果，將臨時支撐分組，見表1。

圖2 東連廊臨時支撐卸載點示意圖

卸載順序根據(jù)本工程結(jié)構(gòu)形式及工程總體情況，臨時支撐的卸載和拆除分別按組依次進行部署，進而從中找出最優(yōu)卸載方案。本節(jié)討論了四種臨時支撐卸載方案，見表2。方案一為從對稱軸由外到內(nèi)(即兩邊向中間)對稱卸載，方案二為從對稱軸由內(nèi)到外(即中間向兩邊)對稱卸載，方案三為從南向北依次卸載，方案四為從設(shè)置臨時支撐的反順序進行依次卸載。考慮分批卸載過程，需注意在卸載過程中相鄰支撐的受力是否出現(xiàn)較大變化，結(jié)構(gòu)體系桿件的應(yīng)力是否在容許應(yīng)力范圍內(nèi)，結(jié)構(gòu)體系受力轉(zhuǎn)換是否穩(wěn)定。在臨時支撐的卸載拆除時，受力體系發(fā)生變化，引起荷載。本工程中，柱支撐體系和臨時支撐相互作用，臨時支撐卸載后，結(jié)構(gòu)上部荷載由框架梁及柱承擔(dān)，受力狀態(tài)發(fā)生變化，需要考慮由此而來的結(jié)構(gòu)安全性問題。

表2 東連廊臨時支撐卸載方案

4 建議卸載方案

整體結(jié)構(gòu)處于使用狀態(tài)時，除了中間4根柱子組成的主體鋼框架外，還有三部分懸臂結(jié)構(gòu)，分別是南側(cè)內(nèi)部的懸挑以及北側(cè)兩端的圓弧懸挑。根據(jù)安裝過程分析結(jié)果，內(nèi)側(cè)懸臂框架的荷載主要由內(nèi)側(cè)2根柱子承擔(dān)，外側(cè)懸臂框架的荷載主要由外側(cè)的2根柱子承擔(dān)，單側(cè)懸臂框架的卸載施工對另一側(cè)懸臂框架的臨時支撐及結(jié)構(gòu)的應(yīng)力變形影響較小。

根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)原理，一側(cè)懸臂框架的臨時支撐卸載影響最大的是該懸臂框架固定端上下桿件的應(yīng)力及懸臂端的位移。同時，內(nèi)側(cè)懸臂框架的支撐卸載，會引起內(nèi)側(cè)懸臂框架的整體下沉，造成內(nèi)側(cè)其余支撐的反力增大；以中間主體鋼框架為支撐面，也會引起外側(cè)懸臂框架的微量上升，從而引起外側(cè)懸挑框架下支撐的反力減小。

結(jié)合有限元分析結(jié)果，綜合考慮現(xiàn)場施工條件，建議采用第一種卸載方案，即J(17,20)、 I(18,19)、 H(15,16)、 A(1,8)、 B(2,7)、 C(3,6)、 D(4,5)、 G(13,14)、 F(11,12)、 E(9,10)。按第一種卸載方案進行，結(jié)構(gòu)各構(gòu)件變形較小，受力合理，整個卸載過程中結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài)。

5 結(jié)束語

結(jié)合九江鄱陽湖生態(tài)科技城科創(chuàng)中心工程的大跨度鋼結(jié)構(gòu)東連廊臨時支撐卸載施工，并考慮到其臨時支撐卸載施工特點和施工難點，提出了4種臨時支撐卸載方案。通過對比有限元分析結(jié)果，綜合考慮現(xiàn)場施工條件,認為按第一種方案的卸載順序施工，結(jié)構(gòu)各構(gòu)件變形較小，受力合理，整個卸載過程中結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài)，所以建議采用第一種卸載方案。