山西某體育場(chǎng)罩棚鋼結(jié)構(gòu)支撐塔架卸載與拆除

陸元和

山西體育中心主體育場(chǎng)位于山西省太原市晉源區(qū),南環(huán)高速公路以北,機(jī)場(chǎng)大道以南3 km處,西側(cè)為新晉祠路,東側(cè)為濱河西路,為山西體育中心建筑群的主體育場(chǎng),其設(shè)計(jì)規(guī)模為6萬(wàn)人,屬大型甲類(lèi)體育建筑。體育場(chǎng)外側(cè)一周+6.00 m標(biāo)高以下為裙房,裙房最寬處達(dá)17 m。

山西體育中心主體育場(chǎng)的上部鋼結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu)罩棚,呈弧形狀,東西高、南北低,覆蓋看臺(tái)觀眾席。罩棚最寬處約68 m,最窄處約49 m,罩棚外邊緣南北向最長(zhǎng)處約293 m,東西向最寬約275 m。整個(gè)罩棚外立面落于混凝土結(jié)構(gòu)上,屋面與墻體渾為一體。罩棚中間高,兩端低,高差9.3 m,罩棚最高點(diǎn)離地面約55.45 m。

整個(gè)罩棚鋼結(jié)構(gòu)由32榀三角形主桁架組成主體承力體系,以體育場(chǎng)中心向外呈橢圓形發(fā)射狀分布。主桁架由外環(huán)支撐點(diǎn)和內(nèi)環(huán)支撐點(diǎn)支撐,最大懸挑長(zhǎng)度約為52 m,桁架根部最大高度7.8 m,最小懸挑長(zhǎng)度約為 34.7 m,根部高度 5 m,每榀桁架內(nèi)支座間距約26 m。主桁架之間由三道環(huán)形桁架、兩道次桁架及一道邊桁架相互連接,外立面上桁架之間設(shè)置鋼管網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。

1 概述

本工程罩棚鋼結(jié)構(gòu)由主桁架、環(huán)桁架及次桁架組成主承力體系,并將屋面荷載通過(guò)主桁架下部的內(nèi)、外支撐柱傳遞到下部混凝土結(jié)構(gòu)上。主桁架為三角形空間管桁架,由于主桁架懸挑長(zhǎng)度長(zhǎng),單榀重量重,根據(jù)總體施工方案,需分段進(jìn)行吊裝。分段吊裝時(shí),主桁架下方必須設(shè)置足夠強(qiáng)度和剛度的支撐塔架,以確保安裝過(guò)程中桁架的空中穩(wěn)定性及整個(gè)施工過(guò)程的安全。待整個(gè)屋面鋼結(jié)構(gòu)安裝、焊接完畢,并形成整體穩(wěn)定結(jié)構(gòu)體系以后,再進(jìn)行支撐塔架的卸載和拆除。卸載過(guò)程中,結(jié)構(gòu)體系逐步轉(zhuǎn)換,桿件內(nèi)力和臨時(shí)支撐的受力發(fā)生變化,由于支撐塔架數(shù)量多、受力大、高度高,支撐胎架的卸載難度相當(dāng)大,必須制訂嚴(yán)格的施工工藝、組織體系及一系列的保證措施。

2 卸載原則

本工程的卸載過(guò)程既是拆除支撐塔架的過(guò)程,又是結(jié)構(gòu)體系逐步轉(zhuǎn)換的過(guò)程,在卸載過(guò)程中,結(jié)構(gòu)本身的桿件內(nèi)力和臨時(shí)支撐的受力均會(huì)產(chǎn)生變化。卸載時(shí),既要確保安全、方便施工,又不能改變?cè)O(shè)計(jì)意圖,對(duì)構(gòu)件的力學(xué)性能產(chǎn)生較大的影響。為了保證卸載時(shí)相鄰支撐塔架的受力不會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的變化,同時(shí)保證結(jié)構(gòu)體系的桿件內(nèi)力不超出規(guī)定的容許應(yīng)力,避免支撐塔架內(nèi)力或結(jié)構(gòu)體系的桿件內(nèi)力過(guò)大而出現(xiàn)破壞現(xiàn)象,保證結(jié)構(gòu)體系可靠、穩(wěn)步形成,必須制訂詳細(xì)的施工方案,且卸載方案必須遵循以下原則:

1)確保結(jié)構(gòu)自身安全和變形協(xié)調(diào)。2)確保支撐塔架安全。3)以理論計(jì)算為依據(jù)、以變形控制為核心、以測(cè)量監(jiān)測(cè)為手段、以安全平穩(wěn)為目標(biāo)。4)便于現(xiàn)場(chǎng)施工組織和操作。

3 卸載總體思路

由于本工程支撐塔架數(shù)量眾多,且相鄰支撐塔架在卸載過(guò)程中互相影響,不可能同時(shí)一起卸載,也不可能逐個(gè)進(jìn)行拆除,必須分批、分級(jí)、同步進(jìn)行。這樣既可以避免大量的人力和物力需求,又便于組織協(xié)調(diào)。根據(jù)結(jié)構(gòu)本身的受力情況、傳力途徑、變形情況、體系形成過(guò)程及支撐塔架的實(shí)際情況,通過(guò)計(jì)算分析決定采用分批、分級(jí)同步卸載。卸載時(shí),分批、分級(jí)同步進(jìn)行,卸載的先后順序及分級(jí)大小根據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算和工況分析得出的結(jié)果進(jìn)行,即以變形量控制分級(jí)大小、以支撐塔架的內(nèi)力變化控制卸載先后順序,以保證卸載時(shí)相鄰支撐塔架的受力不會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的變化,同時(shí)保證結(jié)構(gòu)體系的桿件內(nèi)力不超出規(guī)定的容許應(yīng)力,避免支撐塔架內(nèi)力或結(jié)構(gòu)體系的桿件內(nèi)力過(guò)大而出現(xiàn)破壞現(xiàn)象。

4 卸載順序與流程

卸載時(shí),根據(jù)分批、分級(jí)、同步卸載原則循環(huán)進(jìn)行,先內(nèi)圈,后外圈,內(nèi)外交替進(jìn)行,直到所有塔架卸載完成為止,具體卸載步驟如下:1)拆除所有V形支撐柱上的加固支撐;2)割除所有主桁架的上弦支撐;3)內(nèi)圈塔架卸載10%;4)外圈塔架卸載15%;5)內(nèi)圈塔架卸載10%;6)外圈塔架卸載15%;7)內(nèi)圈塔架卸載15%;8)外圈塔架卸載15%;9)內(nèi)圈塔架卸載15%;10)外圈塔架卸載15%;11)內(nèi)圈塔架卸載15%;12)外圈塔架卸載20%;13)內(nèi)圈塔架卸載15%;14)外圈塔架卸載完畢;15)內(nèi)圈塔架卸載完畢。

5 卸載工藝

1)根據(jù)卸載步驟及分級(jí)情況,先在支撐塔架頂部H型鋼梁上、主桁架下弦桿的下方墊設(shè)規(guī)格為δ 3,δ 5,δ 10不同厚度的墊板。2)在支撐塔架頂部H型鋼梁上、主桁架下弦下架設(shè)50 t螺旋千斤頂,每個(gè)支架2臺(tái)。為確保卸載過(guò)程中的安全,千斤頂應(yīng)固定牢靠,防止高空滑落。3)先將千斤頂反頂1 mm～2 mm,使墊板上部脫空,然后根據(jù)每次預(yù)定的卸載量,抽掉相應(yīng)厚度的墊板。4)千斤頂統(tǒng)一下降,開(kāi)始卸載。5)千斤頂下降到預(yù)定位置,即墊板緊頂主桁架下弦管后,開(kāi)始另一批支撐塔架的卸載工作。6)循環(huán)反復(fù),直至卸載完畢。

6 卸載技術(shù)措施

1)卸載采用液壓千斤頂,通過(guò)千斤頂?shù)幕爻虂?lái)實(shí)現(xiàn)罩棚的變形,當(dāng)罩棚變形全部完成后,罩棚即自成體系,此時(shí)罩棚的重量就可以由罩棚本身來(lái)承擔(dān),支撐塔架不再承受罩棚荷載,卸載即全部完成。2)卸載前先計(jì)算好支撐點(diǎn)的罩棚變形量,通過(guò)變形量確定千斤頂?shù)男谐?如變形量超出千斤頂?shù)淖畲笮谐?則要在卸載過(guò)程中更換千斤頂,或者卸載到一定位置時(shí),將罩棚臨時(shí)固定,待更換千斤頂位置后繼續(xù)卸載。3)卸載時(shí),每個(gè)支點(diǎn)下都要安排人員測(cè)量同步下沉數(shù)據(jù)。4)卸載時(shí)要統(tǒng)一指揮,保證同步,且嚴(yán)格按分批和分級(jí)大小進(jìn)行。5)卸載前要仔細(xì)檢查各支撐點(diǎn)的連接情況,此時(shí)應(yīng)讓罩棚處于自由狀態(tài),不要有附加約束,特別要避免支撐塔架與罩棚之間的固結(jié)。6)卸載時(shí)要進(jìn)行跟蹤測(cè)量和監(jiān)控。7)卸載前要清理罩棚上的雜物,卸載過(guò)程中,罩棚上下不得進(jìn)行其他作業(yè)。8)卸載前要做好一切安全措施,并檢查好千斤頂。

7 測(cè)量監(jiān)測(cè)

1)卸載監(jiān)測(cè)說(shuō)明。卸載監(jiān)測(cè)以變形監(jiān)測(cè)為主,包括對(duì)主體結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)及對(duì)支撐塔架的監(jiān)測(cè)。2)監(jiān)測(cè)手段。全場(chǎng)共設(shè)置2個(gè)測(cè)量控制點(diǎn),每個(gè)點(diǎn)架設(shè)1臺(tái)儀器,這2臺(tái)儀器能覆蓋東區(qū)、南區(qū)的測(cè)量觀測(cè)點(diǎn),進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。同時(shí)采用刻度對(duì)比的方法觀測(cè)每個(gè)塔架的卸載量。卸載完畢后再采用2臺(tái)全站儀進(jìn)行全面測(cè)量。3)監(jiān)測(cè)的時(shí)機(jī)和步驟。在卸載過(guò)程中,每一個(gè)卸載步驟前后測(cè)試一次。如果有特殊需要,可以對(duì)測(cè)試時(shí)間進(jìn)行加密。4)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)處理。采用計(jì)算機(jī)技術(shù),對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,并將測(cè)試結(jié)果繪制在一張圖上,以便直觀反映結(jié)構(gòu)的變形過(guò)程。

8 卸載中可能出現(xiàn)的問(wèn)題和應(yīng)對(duì)措施

1)卸載時(shí),可能出現(xiàn)有的千斤頂受力,有的千斤頂不受力的情況,為此,采取如下措施:千斤頂架設(shè)后,每個(gè)千斤頂必須反向施加部分反力,確保每一個(gè)千斤頂能夠頂緊構(gòu)件,承受一定荷載。2)卸載時(shí),可能出現(xiàn)雨天,由于雨天監(jiān)視和操作困難,且存在安全隱患,故雨天停止卸載。同時(shí),卸載時(shí)選擇在白天進(jìn)行。3)卸載時(shí),為防止組織指揮混亂,必須掌握操作人員的分布情況和操作細(xì)節(jié),并加強(qiáng)通信聯(lián)系,具體措施如下:操作時(shí),操作人員聽(tīng)從指揮人員的指令,如果指揮人員命令下降2 mm,操作人員根據(jù)千斤頂?shù)男阅?例如每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈,行程約為4.5 mm),將千斤頂旋轉(zhuǎn)半圈(180°u65289X)為卸載行程的控制單元,轉(zhuǎn)動(dòng)速度控制在約5 s完成,動(dòng)作完成以后,操作人員停止操作,等待監(jiān)控人員的檢測(cè),監(jiān)控人員此時(shí)對(duì)螺桿高度進(jìn)行測(cè)量,測(cè)量完畢以后,將數(shù)據(jù)記錄,并將實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)照處理。卸載量的允許誤差控制在2 mm以內(nèi),如果出現(xiàn)較大的誤差,還須進(jìn)行修正處理,然后才可以轉(zhuǎn)到第二輪。為了便于聯(lián)系,監(jiān)控人員直接口頭將信息反饋到指揮人員,指揮人員則通過(guò)對(duì)講機(jī)將信息反饋給總指揮。

9 支撐塔架拆除方案

支撐塔架在卸載完成后分段拆除,拆除用吊機(jī)為150 t履帶吊,卷?yè)P(yáng)機(jī)和手拉葫蘆進(jìn)行配合。拆除時(shí)要注意以下事項(xiàng):

1)在確認(rèn)拆除段與下段或錨固件徹底脫離后,才能起吊和移動(dòng);2)拆除過(guò)程中,拆除段拉設(shè)溜繩,防止與已安構(gòu)件或混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生碰撞;3)未拆除段及時(shí)拉設(shè)纜風(fēng)繩,防止傾翻。

[1] 王建會(huì).張弦梁鋼結(jié)構(gòu)無(wú)柱雨棚施工技術(shù)[J].山西建筑,2008,34(32):147-148.