大型體育場(chǎng)館屋架卸載施工技術(shù)

邵 暄

上海市機(jī)械施工集團(tuán)有限公司 上海 200072

1 工程概況

靜安體育中心項(xiàng)目為綜合體育建筑，位于上海市靜安區(qū)，東側(cè)為規(guī)劃商業(yè)服務(wù)用地、明園森林都市三期，南側(cè)為大寧國(guó)際第一幼兒園、永和東路；西側(cè)為人民電器廠、靜安區(qū)人民法院；北側(cè)為汶水路、中環(huán)線高架?？傆玫孛娣e61 733.8 m2，總建筑面積71 291.17 m2，地上建筑面積44 880.91 m2，地下建筑面積26 410.26 m2。

本工程主體鋼結(jié)構(gòu)主要分為2個(gè)部分：外框鋼結(jié)構(gòu)區(qū)域及網(wǎng)架結(jié)構(gòu)（圖1）。外框鋼結(jié)構(gòu)部分由鋼柱、環(huán)向鋼梁、兩榀倒三角管型重要桁架、徑向平面主桁架以及連系構(gòu)件（桿、桁架）組成，覆蓋范圍為214 m×99 m。徑向桁架呈發(fā)散射線式分布，與外圈柱頂剛接并一一對(duì)應(yīng)，最大跨度為93.7 m。桁架間采用平面桁架連接，桁架在屋脊以內(nèi)高約2.5 m，為保證徑向桁架面外穩(wěn)定，等間距設(shè)置6道環(huán)向次桁架，最內(nèi)圈一道為封邊桁架。為節(jié)省用鋼量，在徑向桁架受壓為主的上弦層額外設(shè)置多道水平支撐。構(gòu)架結(jié)構(gòu)桁架跨度較大，其中屋脊弧形桁架的最大跨度為146 m，徑向桁架最大跨度為94 m。鋼結(jié)構(gòu)總質(zhì)量為2 000 t。

圖1 鋼屋架結(jié)構(gòu)形式

2 卸載分區(qū)及卸載點(diǎn)位設(shè)置

該項(xiàng)目屋架結(jié)構(gòu)面積大，同時(shí)對(duì)屋架結(jié)構(gòu)進(jìn)行卸載，無法精確控制變形，考慮現(xiàn)場(chǎng)有效控制卸載量及結(jié)構(gòu)變形，合理分配施工設(shè)備及人員。通過模型分析計(jì)算，劃分構(gòu)架卸載區(qū)塊，根據(jù)徑向桁架卸載分為3個(gè)區(qū)塊（圖2）。

圖2 卸載分區(qū)平面布置

卸載分區(qū)1的同步卸載點(diǎn)位設(shè)置在軸線JHJ2a、JHJ4a、JHJ8a，單根軸線上的徑向桁架設(shè)置2個(gè)卸載點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的支撐編號(hào)分別為1-23#、2-23#，1-25#、2-25#，1-29#、2-29#，共計(jì)6個(gè)同步卸載點(diǎn)，具體布置如圖3所示。

圖3 分區(qū)1同步卸載點(diǎn)位布置

卸載分區(qū)2的同步卸載點(diǎn)位設(shè)置在軸線JHJ12、JHJ8、JHJ6、JHJ2，單根軸線上的徑向桁架設(shè)置2個(gè)卸載點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的支撐編號(hào)分別為1-10#、2-10#，1-14#、2-14#，1-16#、2-16#，1-20#、2-20#，共計(jì)8個(gè)同步卸載點(diǎn)，具體布置如圖4所示。

圖4 分區(qū)2同步卸載點(diǎn)位布置

卸載分區(qū)3的同步卸載點(diǎn)位設(shè)置在軸線JHJ21、JHJ17、JHJ14，單根軸線上的徑向桁架設(shè)置2個(gè)卸載點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的支撐編號(hào)分別為1-1#、2-1#，1-5#、2-5#，1-8#、2-8#，共計(jì)6個(gè)同步卸載點(diǎn)，具體布置如圖5所示。

圖5 分區(qū)3同步卸載點(diǎn)位布置

環(huán)形主桁架同步卸載點(diǎn)設(shè)置于主桁架THJ1-7、THJ1-9、THJ1-11、THJ1-13、THJ1-15，同步卸載點(diǎn)利用主桁架下方原有臨時(shí)支撐，對(duì)應(yīng)支撐編號(hào)分別為4#、5#，6#、7#，8#、9#，10#、11#，12#、13#，具體布置如圖6所示。

圖6 環(huán)形主桁架同步卸載點(diǎn)位布置

環(huán)形桁架下方支撐主要為塔架支撐，塔架頂部為轉(zhuǎn)換鋼梁以及2根立柱，分別支撐于三角桁架下弦以及外側(cè)上弦。轉(zhuǎn)換鋼梁規(guī)格主要為36b#工字鋼，具體布置如圖7、圖8所示。

圖7 環(huán)形主桁架支撐示意

圖8 主桁架THJ2臨時(shí)支撐

南北向主桁架分段安裝，下方混凝土柱頂部設(shè)置2根H型鋼，分別支撐于主桁架的2根上弦桿處。徑向桁架為單榀分段高空拼裝。每根軸線的徑向桁架下方為2根臨時(shí)支撐，即塔架支撐或φ609 mm圓管支撐，具體布置如圖9所示。

圖9 徑向桁架支撐示意

徑向桁架支撐，塔架支撐上方設(shè)置轉(zhuǎn)換鋼梁及立柱，單根立柱支撐于徑向桁架下弦。φ609 mm圓管支撐上方設(shè)置轉(zhuǎn)換立柱，單根立柱支撐于徑向桁架下弦，具體布置如圖10所示。

圖10 徑向桁架支撐示意

3 支撐形式選擇

結(jié)合本工程鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和機(jī)械設(shè)備性能，根據(jù)外圍鋼柱、主要桁架及徑向桁架進(jìn)行分段，分段節(jié)點(diǎn)部位需設(shè)置臨時(shí)支撐。由于分段節(jié)點(diǎn)下方支撐點(diǎn)樓層高度不同，考慮支撐穩(wěn)定性，故采用2種不同形式的支撐：φ609 mm單根支撐及塔架支撐。塔架支撐上部節(jié)點(diǎn)采用25a#工字鋼焊接，臨時(shí)支承的H型鋼擱置點(diǎn)標(biāo)高必須按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行定位。支撐下部采用2塊路基箱進(jìn)行荷載擴(kuò)散。塔架支撐于樓板上時(shí)，采用路基箱擴(kuò)散，當(dāng)遇高低跨時(shí)，采用2根36#工字鋼進(jìn)行荷載的轉(zhuǎn)換。φ609 mm單根支撐上部節(jié)點(diǎn)采用25a#工字鋼焊接，臨時(shí)支承的H型鋼擱置點(diǎn)標(biāo)高必須按照設(shè)計(jì)要求的標(biāo)高進(jìn)行定位。支撐下部采用單塊路基箱進(jìn)行荷載擴(kuò)散（圖11）。

圖11 塔架及φ609 mm單根支撐節(jié)點(diǎn)

2種支撐形式各有優(yōu)劣，φ609 mm圓管搭設(shè)便利，工人操作熟練，但為保證正常焊接需另行搭設(shè)腳手架，腳手架工作量大；且本工程為長(zhǎng)細(xì)比控制，故φ609 mm支撐形式需設(shè)置八字撐以保證斜柱及支撐穩(wěn)定。塔架支撐穩(wěn)定性能好，易于拼裝，由于內(nèi)部有登高措施，故無需搭設(shè)腳手架，安全性高。2種支撐形式在項(xiàng)目上皆有應(yīng)用，為保障危險(xiǎn)性較大的工程安全性提供了有力的技術(shù)支持。

4 卸載前結(jié)構(gòu)施工狀態(tài)

卸載前完成以下結(jié)構(gòu)的安裝：所有鋼柱、環(huán)形主桁架、南北向主桁架；JHJ22軸線與JHJ9a軸線之間所有徑向桁架以及相應(yīng)的次桁架與連系桿；陰影區(qū)域內(nèi)為2條施工縫，陰影區(qū)域內(nèi)的次桁架、連系桿待徑向桁架卸載完成后安裝；外框斜柱臨時(shí)支撐全部卸載并拆除。

5 卸載流程

總體卸載流程：先分區(qū)卸載徑向桁架，然后同步卸載環(huán)形主桁架。徑向桁架卸載流程：跳幫卸載非同步卸載點(diǎn)位的所有臨時(shí)支撐；徑向桁架分3塊區(qū)域依次同步卸載；安裝施工縫內(nèi)次桁架及連系桿件。環(huán)形主桁架卸載流程：非同步卸載點(diǎn)位支撐卸載；同步卸載點(diǎn)位三角桁架外側(cè)上弦桿對(duì)應(yīng)支撐拆除；環(huán)形主桁架同步卸載[1]。

6 卸載方案

6.1 非同步卸載點(diǎn)位卸載

主桁架、徑向桁架中非同步卸載點(diǎn)位支撐按照“多次循環(huán)、微量下降”的原則，使用氧氣割刀切割的方法進(jìn)行卸載。分區(qū)內(nèi)非同步卸載點(diǎn)的徑向桁架按照跳幫順序進(jìn)行卸載，單根軸線2個(gè)支撐同時(shí)卸載。

6.2 徑向桁架卸載

單個(gè)同步卸載點(diǎn)支撐兩側(cè)設(shè)置2個(gè)千斤頂，通過置換的方式逐步割除支撐底部，直至卸載完成。支撐翼緣兩側(cè)各設(shè)置1個(gè)20 t手壓千斤頂，對(duì)應(yīng)翼緣位置設(shè)置牛腿，通過兩側(cè)千斤頂共同頂升，使支撐底部脫開并氣割底部翼緣及腹板。同步卸載前，各同步點(diǎn)位千斤頂頂升并抵住牛腿，隨后將支撐底部與下部橫梁之間割開（圖12）。

圖12 單個(gè)卸載點(diǎn)位示意

操作流程：各卸載點(diǎn)同步頂升，直至各支撐底部脫離鋼梁，隨后分級(jí)割除卸載量，控制在10～20 mm，隨后千斤頂縮缸，支撐抵住下部鋼梁，千斤頂脫離牛腿。重復(fù)上述流程，直至完成卸載。徑向桁架同步卸載理論最大豎向位移為110 mm，實(shí)際操作考慮一定的余量。

6.3 環(huán)形桁架卸載

卸載點(diǎn)設(shè)置同徑向桁架，弧形桁架臨時(shí)支承在施工過程中的最大反力為457 kN，采用30 t千斤頂。同步卸載前，各同步點(diǎn)位千斤頂頂升并抵住牛腿，隨后將支撐底部與下部橫梁之間割開。操作流程同徑向桁架操作流程。環(huán)向桁架同步卸載理論最大豎向位移為152.82 mm，實(shí)際操作考慮一定的余量。

7 卸載施工要點(diǎn)

準(zhǔn)備工作：在支撐下方地上及支撐節(jié)點(diǎn)處標(biāo)記支撐編號(hào)→檢查分區(qū)內(nèi)桁架構(gòu)件是否安裝到位→檢查支撐加固是否到位→支撐纜風(fēng)繩拉緊→解鎖所有主桁架的球形支座限位，主桁架臨時(shí)支撐拆除。針對(duì)徑向桁架：第1次卸載5 mm，第2次卸載10 mm，待監(jiān)測(cè)穩(wěn)定后卸載120 mm。針對(duì)環(huán)向桁架：第1次卸載5 mm，第2次卸載10 mm，第3次卸載20 mm，第4次卸載50 mm，待監(jiān)測(cè)穩(wěn)定后卸載50 mm。

8 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際效果

由于設(shè)計(jì)需求，外框鋼架十分輕巧，構(gòu)件截面小，板厚薄，最薄的板厚為6 mm。根據(jù)計(jì)算分析，桁架中心由于自重變形就將高達(dá)30 cm，為保證現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)安全，前期根據(jù)變形量對(duì)構(gòu)件采取現(xiàn)場(chǎng)預(yù)起拱的方案，施工過程中進(jìn)行分批分級(jí)多步卸載，并對(duì)構(gòu)件的內(nèi)力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，明確荷載傳力路徑為徑向桁架→弧形桁架→結(jié)構(gòu)立柱。由于傳力路徑明確、合理，結(jié)構(gòu)內(nèi)力及變形分布情況與設(shè)計(jì)狀態(tài)基本一致。最終工程卸載歷時(shí)4 d順利完成，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與方案中的數(shù)據(jù)基本一致，達(dá)到了技術(shù)指導(dǎo)施工的效果。

9 結(jié)語

本工程中結(jié)構(gòu)跨度大，傳力體系復(fù)雜，結(jié)構(gòu)最終成型前的卸載工作量大。通過采用本文所述的方法對(duì)該結(jié)構(gòu)支撐體系進(jìn)行卸載施工，順利解決了結(jié)構(gòu)變形大的技術(shù)難題，施工過程簡(jiǎn)便、安全，效果良好，促進(jìn)了空間鋼結(jié)構(gòu)安裝施工的發(fā)展。

[1] 蘇英強(qiáng),王留成,段先軍,等.北京新機(jī)場(chǎng)航站樓屋蓋鋼結(jié)構(gòu)卸載技術(shù)研究[J].建筑技術(shù),2018,49(9):951-955.