大跨度鋼結(jié)構(gòu)逆向同步拆除施工工藝

楊 俊 劉 星 潘 峰

上海建工五建集團(tuán)有限公司 上海 200063

目前，隨著人們對城市功能和需求的變化，越來越多的城市建（構(gòu)）筑物需要更新。更新中的一項(xiàng)重要工作便是拆除，傳統(tǒng)的拆除施工手段包括滿堂腳手架人工拆除、爆破拆除、大型機(jī)械拆除等一些較為綠色環(huán)保的方法。但是，對于周邊環(huán)境十分復(fù)雜、現(xiàn)場空間狹小等條件下的拆除作業(yè)施工研究較少，有必要進(jìn)行相關(guān)研究[1-5]。

1 工程概況

本工程位于上海徐家匯社區(qū)南部，西至漕溪北路、南至中山南二路、東至天鑰橋路、北至零陵路，項(xiàng)目總建筑面積115 487.7 m2。工程體育館內(nèi)有一座建于1999年的大舞臺鋼構(gòu)架，該位置要改建為看臺，故需拆除原有的大舞臺鋼構(gòu)架。該鋼構(gòu)結(jié)構(gòu)形式為管桁架，總質(zhì)量約190 t，由13榀縱向平面管桁架和9榀橫向平面管桁架組成；桁架一端支承于E 軸的混凝土柱牛腿上，另一端通過2組錐形格構(gòu)柱支撐于基礎(chǔ)面上（圖1）。

圖1 原有舞臺照（左）及舞臺桁架建筑立面（右）

工程難點(diǎn)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1）舞臺中央有小基坑，無法承載大型拆除裝置，只能使用質(zhì)量為25 t以下的拆除裝置。

2）上海體育館舞臺空間狹小，且在＋7.45 m處有混凝土平臺，無法一次性下放，故采用分段拆除、分段下放的方式。

3）滿堂腳手架搭設(shè)約3.5萬 m3，高空散拆困難，桁架桿件質(zhì)量為90 kg/m左右，需分割再下放。另外，舞臺附屬設(shè)備、風(fēng)管、橋架等需要在高空先行拆除下放。

4）倒錐形柱拆除時(shí)水平分力大，難以克服。

5）大舞臺鋼構(gòu)架服役近30年，增加構(gòu)件受力，安全隱患大。

基于以上難點(diǎn)，本文開展了鋼結(jié)構(gòu)相關(guān)拆除施工工藝的研究。

2 復(fù)雜周邊環(huán)境下逆序同步拆除施工工藝流程

鑒于對現(xiàn)場施工條件及現(xiàn)有結(jié)構(gòu)布置的分析，從舞臺鋼構(gòu)架拆除的安全性和拆除效率等多方面考慮，本工程舞臺鋼構(gòu)架采用 超大型液壓同步提升技術(shù) ，將舞臺鋼構(gòu)架采取 逆序同步下放、三次解體、五段拆除 的施工工藝進(jìn)行拆除，并考慮拆除過程中引起建筑物重心變化的影響因素。

復(fù)雜周邊環(huán)境下逆序同步拆除裝備的立面和平面布置如圖2所示，施工流程如圖3所示。

圖2 拆除裝備立面及平面布置示意

圖3 館內(nèi)大舞臺單體逆序同步拆除施工流程

2.1 前期準(zhǔn)備工作

前期準(zhǔn)備工作主要包括現(xiàn)場準(zhǔn)備工作和拆除裝備的安裝等。

現(xiàn)場準(zhǔn)備工作包括利用現(xiàn)有馬道系統(tǒng)搭設(shè)人員施工通道，同時(shí)拆除影響桁架下降的部分馬道。拆除提升架區(qū)域內(nèi)風(fēng)管；利用下弦桿搭設(shè)施工平臺，供安裝提升架使用，在上弦相關(guān)區(qū)域搭設(shè)腳手架操作平臺安全平網(wǎng)，安裝提升架水平連系構(gòu)造系統(tǒng)。先鋪設(shè)C形鋼龍骨，然后在其上鋪設(shè)木板，作為操作平臺。下弦操作平臺利用桁架豎桿設(shè)置生命線及欄桿，上弦因與原大網(wǎng)架距離較近，原大網(wǎng)架的下弦桿件及吊頂龍骨可以作為操作平臺的生命線及欄桿。

拆除裝備的安裝包括支撐結(jié)構(gòu)架體、動力裝置等。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)，安裝拆除用臨時(shí)措施，包括格構(gòu)式塔架、臨時(shí)支架、導(dǎo)向柱、加固桿件以及水平構(gòu)造等；在舞臺基坑內(nèi)搭設(shè)2組格構(gòu)式塔架；在2組舞臺鋼構(gòu)架格構(gòu)柱的主肢側(cè)面各搭設(shè)一組門形支架；設(shè)置2根垂直導(dǎo)向柱，與桁架連接。在塔架和支架的頂部安裝液壓提升系統(tǒng)，包括液壓泵源系統(tǒng)、提升器、傳感器等；在與塔架對應(yīng)的桁架上弦處安裝下吊點(diǎn)臨時(shí)吊具等，舞臺鋼構(gòu)架格構(gòu)柱處的下吊點(diǎn)直接利用主肢焊接臨時(shí)牛腿；在提升上下吊點(diǎn)之間安裝專用底錨和專用鋼絞線。

2.2 檢查和調(diào)試

檢查鋼結(jié)構(gòu)單元以及所有臨時(shí)措施是否滿足設(shè)計(jì)要求；確認(rèn)無誤后，調(diào)試液壓同步提升系統(tǒng)，提升架上的提升器開始試加載；加載至設(shè)計(jì)荷載的30%后，暫停加載。

2.3 三次解體、五段拆除

根據(jù)結(jié)構(gòu)布置，在桁架正下方的Dü E 軸范圍內(nèi)有混凝土平臺，標(biāo)高＋7.45 m，因此舞臺鋼構(gòu)架的桁架部分共分為3次拆除，格構(gòu)柱部分根據(jù)施工工藝安排，每次拆除一個(gè)節(jié)間的桿件，共分為5次拆除（圖4）。

圖4 舞臺鋼構(gòu)架橫向解體順序及豎向支撐柱拆除順序

在E 軸各柱邊搭設(shè)腳手架，開始切割舞臺鋼構(gòu)架E 軸處的支座；切割格構(gòu)柱與混凝土柱之間的連系梁，切割完成后，舞臺鋼構(gòu)架的格構(gòu)柱提升器加載，在第1個(gè)節(jié)點(diǎn)下方400 mm的位置處切斷。

2.3.1 橫向三次解體

1）第1次拆除。液壓系統(tǒng)逐級加載穩(wěn)定后拆除E 軸支座處桿件；通過腳手架系統(tǒng)拆除E 軸處支座，因7.65 m平臺為平整的混凝土樓面，不可直接進(jìn)行整體下放，故擬采用盤扣架組拼2部可移動的腳手架，用于支座及附近桿件拆除。桿件利用上方網(wǎng)架上的葫蘆下放，在腳手架內(nèi)部留置吊裝孔，方便桿件散拆后從吊裝孔運(yùn)至地面?；顒幽_手架底部為增加穩(wěn)定性而增加放大腳，腳手架頂部標(biāo)高低于舞臺桁架下方，方便移動。移動就位后，用于拆除上弦桿件、馬道等其他工作。E 軸拆除時(shí)，首先拆除軸線之間的桁架桿件，然后再切割支座及支座處桿件。拆除支座時(shí)，先切割上弦支座，然后切割下弦支座板，下弦支座板切割后仍擱置在原支座上，靜置0.5 h，待應(yīng)力充分釋放后，再拆除周圍桿件。

2）第2次拆除。依次拆除錐形桁架柱節(jié)段，將桁架下放至7.5 m標(biāo)高平臺處，做好臨時(shí)支撐，在7.5 m平臺上，利用盤扣腳手架，拆除平臺范圍內(nèi)的通風(fēng)管、馬道等附屬結(jié)構(gòu)，桿件散拆后，分批從平臺樓梯運(yùn)至一層。平臺與地面交界處的網(wǎng)格，可利用未拆除部分桁架上下弦搭設(shè)操作平臺進(jìn)行拆除，方法同前。

3）第3次拆除。依次拆除錐形桁架柱節(jié)段，將桁架下放至地面，下弦擱置在舞臺基坑側(cè)壁上，用腳手架或其他材料（鋼管、磚等）做好臨時(shí)支撐，保證桁架在地面保持水平，利用盤扣腳手架拆除基坑以外范圍內(nèi)的通風(fēng)管、馬道等附屬結(jié)構(gòu)。拆除周邊桁架后，利用大網(wǎng)架上的葫蘆及起重機(jī)，拆除提升架正負(fù)零以上節(jié)段，然后將基坑上方桁架切分成3塊后，用汽車吊吊運(yùn)到平地上拆除。

2.3.2 豎向五段拆除

1）第1次拆除格構(gòu)柱。液壓提升系統(tǒng)繼續(xù)按照40%、60%、80%、90%、95%、100%的順序逐級加載至設(shè)計(jì)荷載的100%，直到舞臺鋼構(gòu)架與支座分離為止，同時(shí)，格構(gòu)柱切割位置處上下分離，將桁架整體上升30 mm；停止加載后，提升系統(tǒng)靜置6～12 h；檢查臨時(shí)措施及舞臺鋼構(gòu)架自身有無異常情況，確認(rèn)正常后，開始拆除支座及與支座相連的桿件，同時(shí)，將格構(gòu)柱的第1個(gè)節(jié)間拆除（圖5）。

圖5 第1次拆除現(xiàn)場及分析模型

拆除桁架錐形柱前，為安全起見，在2個(gè)錐形柱之間張拉2道水平鋼纜，用葫蘆（10 t）張緊。利用汽車吊拆除原有桁架與看臺柱之間的連系梁，然后在靠近基礎(chǔ)的位置做第1次切割，切割出5～10 mm間隙后，靜置0.5 h，檢測桁架整體穩(wěn)定性。第2步進(jìn)行第2次切割，然后準(zhǔn)備第1次整體下放。

分析結(jié)果表明：結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力比為0.8，豎向位移為－23.50～2.46 mm，結(jié)構(gòu)的臨界荷載安全系數(shù)最小值為2.4，大于1，滿足規(guī)范的穩(wěn)定系數(shù)要求，結(jié)構(gòu)安全。

拆除完成后，利用液壓提升系統(tǒng)開始將舞臺鋼構(gòu)架整體下放。下放過程中，通過液壓提升系統(tǒng)的流量和位移傳感系統(tǒng)控制下降速度及下降距離等。根據(jù)屋頂鋼結(jié)構(gòu)的布置以及提升工況計(jì)算的結(jié)果，提升時(shí)共設(shè)置4組吊點(diǎn)，每組提升平臺布置1臺液壓提升器，共計(jì)4臺。每臺液壓提升器處各設(shè)置一套行程傳感器，用以測量提升、下降過程中各臺液壓提升器的位移同步性。主控計(jì)算機(jī)根據(jù)各個(gè)傳感器的位移檢測信號及其差值，構(gòu)成 傳感器－計(jì)算機(jī)－泵源控制閥－提升器控制閥－液壓提升器－結(jié)構(gòu)單元 的閉環(huán)系統(tǒng)，控制整個(gè)提升過程的同步性。結(jié)構(gòu)下降前，需要利用液壓系統(tǒng)將結(jié)構(gòu)整體提升30 mm左右，在提升過程中對結(jié)構(gòu)單元、臨時(shí)措施、液壓設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行觀察和監(jiān)測，確認(rèn)是否符合模擬工況計(jì)算和設(shè)計(jì)的條件，保證下降過程的安全。以計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算的各吊點(diǎn)反力值為依據(jù)，對結(jié)構(gòu)單元進(jìn)行分級加載（試提升），各吊點(diǎn)處的液壓提升系統(tǒng)伸缸壓力分級增加，依次為20%、40%、60%、70%、80%；在確認(rèn)各部分無異常的情況下，可繼續(xù)加載到90%、95%、100%，直到結(jié)構(gòu)單元全部脫離拼裝胎架。

在分級加載過程中，每一步分級加載完畢，均應(yīng)暫停并檢查，如上吊點(diǎn)、下吊點(diǎn)結(jié)構(gòu)，提升單元等加載前后的變形情況，以及主體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性等。若一切正常，則繼續(xù)下一步分級加載。當(dāng)分級加載至結(jié)構(gòu)單元即將離開支座時(shí)，可能存在各點(diǎn)不同時(shí)離地，此時(shí)應(yīng)降低提升速度，并密切觀查各點(diǎn)離地情況，必要時(shí)做 單點(diǎn)動 提升，確保結(jié)構(gòu)單元平穩(wěn)上升。

在下降過程中，因空中姿態(tài)調(diào)整和格構(gòu)柱落地等需進(jìn)行高度微調(diào)。在微調(diào)開始前，將計(jì)算機(jī)同步控制系統(tǒng)由自動模式切換成手動模式。根據(jù)需要，對整個(gè)液壓提升系統(tǒng)中各個(gè)吊點(diǎn)的液壓提升器進(jìn)行同步微動（上升或下降），或者對單臺液壓提升器進(jìn)行微動調(diào)整。微動即點(diǎn)動調(diào)整精度，可以達(dá)到毫米級，完全可以滿足結(jié)構(gòu)安裝的精度需要。結(jié)構(gòu)單元每次下降至距離設(shè)計(jì)標(biāo)高約100 mm時(shí)，暫停下降；各吊點(diǎn)微調(diào)使結(jié)構(gòu)精確下降到達(dá)設(shè)計(jì)位置并確保格構(gòu)柱穩(wěn)定支撐于地面后，液壓系統(tǒng)設(shè)備暫停工作，保持結(jié)構(gòu)單元的姿態(tài)，使結(jié)構(gòu)單元形成整體穩(wěn)定受力體系，液壓提升系統(tǒng)設(shè)備同步減壓，至鋼絞線完全松弛；拆除格構(gòu)柱處的下吊點(diǎn)相關(guān)臨時(shí)措施，并上移至下一個(gè)節(jié)點(diǎn)，重復(fù)以上工作，直到桁架全部落位于地面后，拆除液壓系統(tǒng)及所有臨時(shí)措施，完成結(jié)構(gòu)單元的整體下降作業(yè)。

當(dāng)格構(gòu)柱穩(wěn)定支撐于地面上后，暫停下放；格構(gòu)柱處的2組吊點(diǎn)分級卸載，直到液壓提升系統(tǒng)的壓力為零；將格構(gòu)柱處的下吊點(diǎn)拆除；在格構(gòu)柱的下一節(jié)點(diǎn)處再次安裝臨時(shí)牛腿。

2）第2次拆除格構(gòu)柱。安裝完成后，格構(gòu)柱處的液壓提升系統(tǒng)重新逐級加載，直到格構(gòu)柱與地面的支撐脫開后，停止加載；切割并拆除格構(gòu)柱第2個(gè)節(jié)間的桿件等；利用液壓系統(tǒng)整體下放至下一個(gè)節(jié)點(diǎn)，并穩(wěn)定支撐于地面上。另外，對該工況進(jìn)行仿真分析，分析結(jié)果表明：結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力比為0.8，豎向位移為－24.05～2.46 mm，結(jié)構(gòu)的臨界荷載安全系數(shù)最小值為2.4，大于1，滿足規(guī)范的穩(wěn)定系數(shù)要求，結(jié)構(gòu)安全（圖6）。

圖6 第2次拆除現(xiàn)場照及分析模型

3）第3次拆除格構(gòu)柱。拆除完成后，繼續(xù)利用計(jì)算機(jī)同步液壓提升系統(tǒng)按照以上順序每次下放1個(gè)節(jié)間；拆除格構(gòu)柱第3個(gè)節(jié)間的桿件。另外，對該工況進(jìn)行相關(guān)的仿真分析，仿真分析的結(jié)果表明：結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力比為0.67，豎向位移為－71.99～5.40 mm，結(jié)構(gòu)的臨界荷載安全系數(shù)最小值為9.6，大于1，滿足規(guī)范的穩(wěn)定系數(shù)要求，結(jié)構(gòu)安全（圖7）。

圖7 第3次拆除現(xiàn)場照及分析模型

利用液壓系統(tǒng)整體下放至桁架部分與＋7.45 m的平臺沖突時(shí)，暫停下放。在二層施工區(qū)域，利用腳手架做好臨時(shí)支撐，零散拆除桁架桿件。

4）第4次拆除格構(gòu)柱。拆除平臺范圍內(nèi)舞臺桁架后，繼續(xù)拆除格構(gòu)柱第4節(jié)間的桿件。利用液壓系統(tǒng)整體下放至下一個(gè)節(jié)點(diǎn)，并穩(wěn)定支撐于地面上。另外，對該工況進(jìn)行仿真分析，分析結(jié)果表明：結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力比為0.63，豎向位移為－72.60～5.45 mm，結(jié)構(gòu)的臨界荷載安全系數(shù)最小值為9.8，大于1，滿足規(guī)范的穩(wěn)定系數(shù)要求，結(jié)構(gòu)安全（圖8）。

圖8 第4次拆除現(xiàn)場照及分析模型

5）第5次拆除格構(gòu)柱。繼續(xù)拆除格構(gòu)柱第5節(jié)間的桿件。另外，對該工況進(jìn)行仿真分析，分析結(jié)果表明：結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力比為0.59，豎向位移為－85.50～6.55 mm，結(jié)構(gòu)的臨界荷載安全系數(shù)最小值為10.1，大于1，滿足規(guī)范的穩(wěn)定系數(shù)要求，結(jié)構(gòu)安全。

利用液壓系統(tǒng)整體下放桁架部分到地面后再進(jìn)行拆解，完成舞臺鋼構(gòu)架的拆除。拆除平臺范圍內(nèi)桁架后，繼續(xù)下放，直到舞臺鋼構(gòu)架全部下放至地面，搭設(shè)活動腳手架，利用25 t汽車吊進(jìn)行拆解，拆除液壓提升系統(tǒng)及臨時(shí)措施，完成舞臺鋼構(gòu)架的拆除作業(yè)（圖9）。

圖9 第5次拆除現(xiàn)場及分析模型

3 結(jié)語

本工程順利采用了逆序同步拆除施工工藝，完成對館內(nèi)大舞臺鋼構(gòu)架單體的拆除，表明此次采用的 逆序同步下放、三次解體、五段拆除 的工藝流程可行實(shí)用，能有效克服傳統(tǒng)拆除工藝難以滿足復(fù)雜周邊環(huán)境下施工要求的難題，實(shí)現(xiàn)整個(gè)施工過程的安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、高效，可為類似工程提供一定的借鑒。