某體育館鋼結(jié)構(gòu)工程卸載施工技術(shù)

張煊銘，陳星帆

（商丘工學(xué)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(diǎn)33.850m，主體結(jié)構(gòu)成橢圓形，長(zhǎng)軸168m，短軸140m，屋蓋周邊有36個(gè)斜向外側(cè)（傾角75。）的鋼骨斜筒柱，最高點(diǎn)標(biāo)高41.5m，內(nèi)環(huán)桁架桿件密集。屋頂結(jié)構(gòu)為空間鋼管桁架結(jié)構(gòu)體系。體育館為全封閉結(jié)構(gòu)，外側(cè)混凝土結(jié)構(gòu)寬度大，場(chǎng)內(nèi)空間狹小，對(duì)于支撐點(diǎn)的布置難度較高。

圖1 體育館效果圖

本工程采用落地獨(dú)立支撐胎架，共搭設(shè)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(huán)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(huán)形桁架支撐胎架下部為土質(zhì)地面，采用路基箱作為胎架基礎(chǔ)。

2 卸載總體思路

本工程屋蓋為空間管桁架結(jié)構(gòu)，施工現(xiàn)場(chǎng)全部采用支撐胎架輔助安裝，由于使用胎架數(shù)量較大，不可采用逐個(gè)拆除方式進(jìn)行卸載，應(yīng)在全部結(jié)構(gòu)完成空中對(duì)接，整體焊接成型，以及驗(yàn)收合格后，方可進(jìn)行卸載。結(jié)構(gòu)卸載根據(jù)計(jì)算分析鋼結(jié)構(gòu)本身的受力狀況、傳力途徑、變形情況、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、體系形成的過程以及支撐胎架的實(shí)際情況，確定采用分級(jí)、同步卸載方法[1]。卸載時(shí)，支撐胎架和結(jié)構(gòu)桿件兩者受力狀況均發(fā)生改變，極易發(fā)生破壞，因此在卸載過程中應(yīng)遵循以理論計(jì)算為依據(jù)，以控制變形為核心，以測(cè)量監(jiān)測(cè)為手段，防止出現(xiàn)受力不均或卸載過快引起變形失控從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞[2]。

圖2 卸載順序示意圖

3 卸載前準(zhǔn)備工作

卸載點(diǎn)布置。根據(jù)工程需要，布置支撐胎架，由專業(yè)人員確定卸載點(diǎn)，嚴(yán)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(jìn)行，應(yīng)建立一支認(rèn)真可靠的指揮部，明確個(gè)人責(zé)任。

仔細(xì)檢查各支撐點(diǎn)狀況。觀察其各個(gè)部位連接處是否完好。

4 砂箱卸載法

4.1 工藝原理

鋼結(jié)構(gòu)在吊裝過程中是由支撐胎架支撐進(jìn)行施工，結(jié)構(gòu)的自重產(chǎn)生的豎向荷載由支撐胎架承受。在吊裝完成后，荷載應(yīng)由結(jié)構(gòu)體系承重，因此要進(jìn)行卸載步驟。鋼結(jié)構(gòu)卸載是由施工狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樵O(shè)計(jì)受力狀態(tài)的過程。在卸載過程中，支撐胎架被拆除，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生位移，結(jié)構(gòu)桿件內(nèi)瞬間產(chǎn)生較大應(yīng)力，所以應(yīng)確定卸載方案，選擇分級(jí)同步卸載控制結(jié)構(gòu)的變形，使得應(yīng)力變化與結(jié)構(gòu)變形保持在允許范圍內(nèi)，由此保證結(jié)構(gòu)的安全。等比同步和等距同步都屬于分級(jí)同步，兩者均可確定卸載點(diǎn)下落行程。根據(jù)以上卸載原理，現(xiàn)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(jì)算機(jī)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(jù)沙漏的原理，選擇砂箱制作成卸載設(shè)備。由于砂在密閉狀態(tài)下可壓縮性小的特點(diǎn)，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(zhuǎn)移緩慢進(jìn)行，確保卸載的穩(wěn)定性，保證了施工的安全性。砂箱分為兩部分，外套筒和內(nèi)套筒，內(nèi)筒套在外筒里面，直接接觸結(jié)構(gòu)桿件；外筒內(nèi)注滿砂子，排砂口閥門開關(guān)設(shè)置在筒壁的側(cè)面或底端，控制砂粒的流量。卸載開始時(shí)，打開閘門，砂體流出，從而實(shí)現(xiàn)卸載。內(nèi)筒與外筒的管徑尺寸應(yīng)該嚴(yán)格把控，間距過小易卡死，間距過大易溢砂。砂箱外筒和內(nèi)筒的直徑、壁厚以及筒的材質(zhì)應(yīng)根據(jù)不同受力情況計(jì)算得出，砂箱結(jié)構(gòu)圖圖3所示。

圖3 砂箱結(jié)構(gòu)圖

4.2 工藝流程

按照卸載量的大小確定卸載點(diǎn)，設(shè)置砂箱→選擇顆粒級(jí)配良好的砂子，有良好的流動(dòng)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(guān)閉閘門，測(cè)量并觀察，是否需要調(diào)整排沙量→循環(huán)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?。?5mm），故采用一次性割除胎架頂部立板的方式進(jìn)行卸載；內(nèi)圈支撐胎架采用分級(jí)逐步卸載工藝，卸載分級(jí)大小應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算和工況分析得出的結(jié)果進(jìn)行，即根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)變形量控制分批下降數(shù)值。按照多次循環(huán)、反力控制與位移控制相結(jié)合的原則，并且在卸載過程中做好施工監(jiān)測(cè)，確保結(jié)構(gòu)卸載處于安全受控狀態(tài)，當(dāng)屋面下?lián)献冃稳客瓿珊?，屋蓋即成為完整體系，此時(shí)支撐胎架完全不受力，由屋蓋本身承擔(dān)全部荷載，卸載即全部完成[5-7]。

經(jīng)仿真模擬計(jì)算擬定卸載方案：一次性卸載外圍胎架（15mm），然后分級(jí)卸載內(nèi)部胎架，即按照25%、50%、100%三級(jí)進(jìn)行卸載。100%卸載后結(jié)構(gòu)最大位移值應(yīng)滿足《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017-2017）要求，即85mm＜157290/400=393.2m。

5.2 卸載步驟

①計(jì)算確定卸載點(diǎn)與卸載反力，然后設(shè)置砂箱，并調(diào)節(jié)到計(jì)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(jié)構(gòu)，并澆筑混凝土。

④當(dāng)混凝土的抗壓強(qiáng)度達(dá)到要求，便可以開始對(duì)支撐點(diǎn)沙漏進(jìn)行分級(jí)放沙卸載，第一步放沙行程量為21mm。

⑤通過對(duì)講機(jī)報(bào)點(diǎn)，當(dāng)全部確認(rèn)第一步卸載到位后，繼續(xù)進(jìn)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(fù)上面步驟直到結(jié)構(gòu)卸載完成。

圖4 現(xiàn)場(chǎng)排沙

5.3 卸載要點(diǎn)

①卸載指揮部通過對(duì)講機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一指揮，確保卸載均勻有序，避免結(jié)構(gòu)局部桿件應(yīng)力變化過大。監(jiān)測(cè)人員注意觀測(cè)卸載時(shí)的結(jié)構(gòu)變形情況，記錄卸載變形數(shù)據(jù)，并向總指揮匯報(bào)。

②施工工人需進(jìn)行培訓(xùn)，由技術(shù)人員講解具體操作及手勢(shì)指令，確保卸載中可以正確領(lǐng)會(huì)指令含義。

③卸載現(xiàn)場(chǎng)要設(shè)置警告牌，使其他無關(guān)人員離場(chǎng)。

④施工使用的工具應(yīng)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(shí)采用吊機(jī)為100t汽車吊。胎架卸載前，按照卸載順序利用鋼絲繩對(duì)胎架進(jìn)行固定保護(hù)，防止卸載后胎架傾覆，然后按卸載順序逐個(gè)進(jìn)行拆除，保證所有卸載完成的胎架在最短的時(shí)間內(nèi)拆除完畢，及時(shí)消除安全隱患。

7 結(jié)語

鋼結(jié)構(gòu)支撐體系的卸載是鋼結(jié)構(gòu)施工中的重要環(huán)節(jié)，整個(gè)過程要嚴(yán)格觀察各個(gè)部位，仔細(xì)監(jiān)測(cè)各項(xiàng)數(shù)據(jù)，確定最佳的卸載方案，其變形值一定要滿足規(guī)范要求，使其胎架荷載安全平穩(wěn)的轉(zhuǎn)移到結(jié)構(gòu)上。砂箱卸載工藝經(jīng)濟(jì)實(shí)用，應(yīng)用范圍廣，使用更加環(huán)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(fù)使用率高，特別適用于體量大、點(diǎn)荷載大以及卸載量小的鋼結(jié)構(gòu)工程，是更為簡(jiǎn)單、方便的卸載方法。