雙向曲線網(wǎng)架施工卸載及安全控制施工技術(shù)

張建基

（廣東省六建集團(tuán)有限公司 廣東 佛山 528000）

0 前言

隨著社會(huì)的進(jìn)步和建筑業(yè)的成長(zhǎng)，為滿足中國(guó)人民對(duì)美好生活的向往，現(xiàn)代建筑更注重藝術(shù)和美觀。相對(duì)應(yīng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)形式，采用鋼結(jié)構(gòu)可塑性更強(qiáng)，能實(shí)現(xiàn)富有藝術(shù)性的立體空間形態(tài)和獨(dú)特造型。鋼結(jié)構(gòu)以其受力體系簡(jiǎn)單、自重輕、跨度大以及整體穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代建筑中。鋼結(jié)構(gòu)的施工是建設(shè)成功與否的關(guān)鍵，但復(fù)雜造型建筑給施工帶來(lái)諸多不便，譬如：鋼結(jié)構(gòu)尺寸隨立體空間形態(tài)的變化、不規(guī)整造型，大大增加制作和拼裝施工難度；造型鋼結(jié)構(gòu)臨時(shí)支撐架搭設(shè)困難、造型鋼結(jié)構(gòu)施工卸載時(shí)機(jī)、方式不明確等難點(diǎn)。

鋼結(jié)構(gòu)工程施工過(guò)程中，在整體結(jié)構(gòu)沒(méi)有形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)前使用臨時(shí)支撐將鋼構(gòu)件支撐固定，直至完成安裝、接口焊接，鋼結(jié)構(gòu)形成整體受力后，才將臨時(shí)支撐拆除。鋼結(jié)構(gòu)卸載的準(zhǔn)確定義為：通過(guò)控制臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)頂部千斤頂?shù)南鲁粒逛摻Y(jié)構(gòu)主體逐漸脫離臨時(shí)支撐，最終進(jìn)入設(shè)計(jì)受力狀態(tài)的一個(gè)過(guò)程。簡(jiǎn)言之，卸載就是使結(jié)構(gòu)由被外力（臨時(shí)結(jié)構(gòu)提供）支撐的狀態(tài)變?yōu)橐揽孔陨沓辛Φ臓顟B(tài)。實(shí)質(zhì)上對(duì)臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)是卸載，而對(duì)鋼主體結(jié)構(gòu)是一個(gè)加載的過(guò)程。

鋼結(jié)構(gòu)的卸載要從結(jié)構(gòu)體系受力，卸載撓度的預(yù)判等考慮，其對(duì)結(jié)構(gòu)的安全性，建筑效果的實(shí)現(xiàn)有著非常重要的意義。立體空間鋼結(jié)構(gòu)因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)尺寸隨造型的變化體型不一、對(duì)支撐架產(chǎn)生荷載各異，在安裝過(guò)程中對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力及變形等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、核對(duì)十分必要，應(yīng)采取信息化動(dòng)態(tài)管理保證立體空間形態(tài)的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件在卸載過(guò)程中處于合理的受力狀態(tài)，確保結(jié)構(gòu)在卸載過(guò)程和使用狀態(tài)的安全。查閱國(guó)內(nèi)外研究鋼結(jié)構(gòu)隨著卸載過(guò)程不斷進(jìn)行，鋼架結(jié)構(gòu)的構(gòu)件內(nèi)力的不斷變化，甚至是從壓（拉）桿變成拉（壓）桿，這種狀況在工程之中是非常不利的現(xiàn)象。合理的受力狀態(tài)應(yīng)滿足鋼結(jié)構(gòu)材料承受能力及整體變形要求，否則可能出現(xiàn)卸載過(guò)程中鋼結(jié)構(gòu)某些單件構(gòu)件處于不安全狀態(tài)，或是最終得到的空間結(jié)構(gòu)形狀不符合設(shè)計(jì)形態(tài)。施工過(guò)程鋼結(jié)構(gòu)的受力狀況直接影響到成型鋼結(jié)構(gòu)的初始內(nèi)力、變形，直接影響到鋼結(jié)構(gòu)使用階段的性能，甚至使用壽命［1］。大型復(fù)雜空間鋼結(jié)構(gòu)，如依托項(xiàng)目的空間雙向曲線網(wǎng)架懸挑結(jié)構(gòu)的雨棚，由于整體面積、重量巨大，不可能采用整體吊裝施工。通常采用臨時(shí)支撐、空中拼接的方法施工，在拼裝施工后對(duì)胎架臨時(shí)支撐的卸載成為施工中關(guān)鍵環(huán)節(jié)。安全卸載是鋼結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中的關(guān)鍵工序。空間雙向曲線網(wǎng)架施工卸載及安全控制施工技術(shù)運(yùn)用有限元分析軟件，對(duì)復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)卸載進(jìn)行了仿真模擬，對(duì)比多種常見(jiàn)鋼結(jié)構(gòu)卸載方式的做法，并通過(guò)采用合理、有效的測(cè)量、監(jiān)測(cè)手段，對(duì)復(fù)雜空間鋼結(jié)構(gòu)體系卸載全過(guò)程進(jìn)行受力實(shí)體應(yīng)力、應(yīng)變監(jiān)測(cè)，分析鋼結(jié)構(gòu)卸載過(guò)程中應(yīng)變值變化特點(diǎn)，形成復(fù)雜空間鋼結(jié)構(gòu)安全施工新技術(shù)。經(jīng)實(shí)際應(yīng)用證明新技術(shù)可行，并且總結(jié)多個(gè)項(xiàng)目的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)跨度越大、單體結(jié)構(gòu)越重，其應(yīng)用的軟件分析、監(jiān)測(cè)等施工新技術(shù)增加費(fèi)用占鋼結(jié)構(gòu)總造價(jià)比例越低，成果更有利于節(jié)約工期和保證施工質(zhì)量。綜合分析采用新技術(shù)后經(jīng)濟(jì)合理，技術(shù)可靠，為類(lèi)似復(fù)雜空間鋼結(jié)構(gòu)施工提供了相應(yīng)的理論支持和成功范例［2］。

1 項(xiàng)目概況

佛山某酒店位于佛山市高明區(qū)西江新城，是佛山市高明區(qū)的地標(biāo)建筑。項(xiàng)目設(shè)計(jì)造型呈躍出水面的鯉魚(yú)的形象，鯉魚(yú)頭向上，裙樓西側(cè)的酒店正門(mén)雨棚及大堂頂蓋采用鋼結(jié)構(gòu)作魚(yú)尾造形，營(yíng)造成“魚(yú)躍龍門(mén)”的地標(biāo)建筑。

工程由中部28 層的塔樓和南北兩側(cè)5 層裙樓組成，平面“八”字型，塔樓建筑總高度158 m，屋面頂板高度114.3 m，其上43.7 m 高由鋼結(jié)構(gòu)組成頭向上的鯉魚(yú)造型?？傆玫?9 736 m2，總建筑面積71 321 m2，地上建筑面積57 671 m2，場(chǎng)地內(nèi)地勢(shì)平整，工程用鋼量大，鋼結(jié)構(gòu)總重約1 123.8 t。逼真的鯉魚(yú)造型使得塔樓三個(gè)立面表現(xiàn)為不規(guī)則的曲面，建筑外形非常復(fù)雜；垂直東立面在標(biāo)高141.7 m 開(kāi)設(shè)高為16.3 m，寬約為5.6 m 的洞口，形成塔樓頂部的峽口，加劇建筑外形的不規(guī)則性。工程建筑物造型新穎，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，屬于典型的復(fù)雜造型建筑，如圖1所示。

圖1 佛山某酒店造型Fig.1 Modelling of a Hotel in Foshan

本項(xiàng)目的特殊造型，主要通過(guò)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行體現(xiàn)，其中裙樓飄板鋼結(jié)構(gòu)合計(jì)92.77 t，裙樓頂部天窗鋼結(jié)構(gòu)合計(jì)約88.02 t，西立面正門(mén)雨棚及大堂頂蓋隱框幕墻鋼結(jié)構(gòu)（“魚(yú)尾”部位鋼結(jié)構(gòu)）約375 t，塔樓西立面玻璃位置幕墻鋼結(jié)構(gòu)（“魚(yú)背”部位鋼結(jié)構(gòu)）182.2 t，塔樓頂部鋼結(jié)構(gòu)（“魚(yú)頭”部位鋼結(jié)構(gòu)）354.6 t。除塔樓頂部的鋼結(jié)構(gòu)采用螺栓連接，其他鋼構(gòu)件間的連接采用對(duì)接焊接。

由于躍出水面鯉魚(yú)形象的造型需要，不同部位的面板尺寸都不一樣，為更好地體現(xiàn)出造型需要，設(shè)計(jì)過(guò)程中要準(zhǔn)確建立鋼結(jié)構(gòu)模型，通過(guò)模型合理規(guī)劃每塊異形面板尺寸，同時(shí)與之對(duì)應(yīng)的異形龍骨的下料加工、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量放線、安裝等，都必須準(zhǔn)確到位。本項(xiàng)目的異形面板約占面板總量的30%，面板的設(shè)計(jì)、安裝均需準(zhǔn)確到位，才能更好的體現(xiàn)出本工程的造型需要?！棒~(yú)尾”部位鋼結(jié)構(gòu)為空間雙向曲線網(wǎng)架（3-1軸以西交3-A 軸～3-L 軸），面積1 120 m2，9 條主龍骨采用600 mm×200 mm×10 mm 鍍鋅工字鋼，長(zhǎng)約20 m，次龍骨采用240 mm×180 mm×10 mm、180 mm×120 mm×8 mm 等規(guī)格的鍍鋅方鋼管。共安裝168 塊223WP 雙玻璃光伏組件和224 塊190WP 雙玻璃光伏組件，雙玻璃光伏組件透光率約為30%，整個(gè)光伏系統(tǒng)總功率為80.024 kW，如圖2所示。

圖2 “魚(yú)尾”部位鋼結(jié)構(gòu)Fig.2 “Fish Tail”P(pán)art of the Steel Structure

空間雙向曲線網(wǎng)架懸挑雨棚安裝卸載是本工程重點(diǎn)、難點(diǎn)，必須對(duì)雨棚雙向曲線網(wǎng)架的卸載過(guò)程及安全控制進(jìn)行研究，保證大跨度、復(fù)雜造型鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量、工期和施工安全。

2 施工工藝流程

施工部署?施工模擬卸載?編制專(zhuān)項(xiàng)施工方案?卸載設(shè)備?選擇、布置?分階段卸載?卸載實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)?卸載工作總結(jié)

3 施工部署

鋼結(jié)構(gòu)卸載原則遵循“變形協(xié)調(diào)、卸載均衡”［3］。首先應(yīng)用ANSYS 有限元分析軟件模擬鋼結(jié)構(gòu)卸載過(guò)程，分析各支撐架的支撐反力與卸載后的沉降。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)條件制定合理的卸載方式、確定卸載分區(qū)及每個(gè)卸載行程。依據(jù)卸載點(diǎn)最大頂升力及卸載量，選擇施工設(shè)備的規(guī)格及布置點(diǎn)。確定卸載過(guò)程中每根桿件應(yīng)力和應(yīng)變，并與施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析。最后實(shí)施分段卸載、分段總結(jié)、持續(xù)改進(jìn)。

4 施工模擬卸載

“魚(yú)尾”鋼結(jié)構(gòu)由首層3-1軸上的4根鋼立柱（直徑750 mm×20 mm 鍍鋅方鋼管）、首層及4 層上的鋼立柱（400 mm×300 mm×12 mm×16 mm 鍍鋅工字鋼、400 mm×200 mm×12 mm×16 mm鍍鋅工字鋼、400 mm×300 mm×20 mm鍍鋅方鋼管）、9條主龍骨采用600 mm×200 mm×10 mm 鍍鋅工字鋼，長(zhǎng)約20 m，次龍骨采用240 mm×180 mm×10 mm、180 mm×120 mm×8 mm等規(guī)格的鍍鋅方鋼管等構(gòu)件組成，各種鋼構(gòu)件通過(guò)焊接連接，形成連體的空間桁架，形成了穩(wěn)定的空間結(jié)構(gòu)。

臨時(shí)支撐模擬卸載在有限元分析軟件ANSYS 實(shí)現(xiàn)對(duì)卸載過(guò)程仿真模擬，傳統(tǒng)做法有支座位移法、等效桿端位移法、千斤頂單元法3種模擬方式，可以根據(jù)各項(xiàng)目特點(diǎn)進(jìn)行選擇［4］。

依據(jù)本程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，創(chuàng)建魚(yú)尾卸載結(jié)構(gòu)ANSYS計(jì)算模型，如圖3所示，仿真模擬計(jì)算分析考慮懸挑結(jié)構(gòu)預(yù)起拱工況，利用模型對(duì)卸載過(guò)程仿真模擬，得到體型、重量不一魚(yú)尾鋼結(jié)構(gòu)對(duì)支撐架各支撐點(diǎn)產(chǎn)生荷載的數(shù)據(jù)，以及卸載過(guò)程中支撐架各支撐點(diǎn)的受力變化規(guī)律，如圖4所示。

圖3 魚(yú)尾卸載結(jié)構(gòu)ANSYS計(jì)算模型Fig.3 ANSYS Calculation Model of Fishtail Unloading Structure

圖4 魚(yú)尾最大拉應(yīng)力Fig.4 Maximum Tensile Stress of Fish Tail

5 編制專(zhuān)項(xiàng)施工方案

考慮施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)體系的變化，根據(jù)ANSYS的分析結(jié)果及工程實(shí)際情況編制專(zhuān)項(xiàng)施工方案，包括卸載方案及監(jiān)測(cè)方案。

卸載方案選擇卸載方式及確定每個(gè)支撐點(diǎn)卸載行程。卸載方式中常用的一般有同步卸載和多級(jí)循環(huán)卸載兩種，魚(yú)尾鋼結(jié)構(gòu)為空間雙向曲線網(wǎng)架，懸挑達(dá)16 m，經(jīng)卸載過(guò)程仿真模擬數(shù)據(jù)分析，采用多級(jí)循環(huán)卸載，其面積1 120 m2內(nèi)的主龍骨、次龍骨應(yīng)力變化較均勻、合理。依據(jù)規(guī)范《空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程：JGJ 7—2010》［5］規(guī)定：“在拆除支架過(guò)程中防止個(gè)別支撐點(diǎn)集中受力，宜根據(jù)各支撐點(diǎn)的結(jié)構(gòu)自重?fù)隙戎?，采用分區(qū)分階段按比例下降或每部不大于10 mm 的等部下降法拆除支撐點(diǎn)”確定每個(gè)支撐點(diǎn)卸載行程。

卸載方案依據(jù)ANSYS 的分析結(jié)果及規(guī)范要求明確卸載過(guò)程主龍骨、次龍骨應(yīng)力允許范圍，確定每個(gè)支撐點(diǎn)卸載行程經(jīng)卸載過(guò)程仿真模擬數(shù)據(jù)分析，水平位移在鋼結(jié)構(gòu)允許范圍內(nèi)，不能影響卸載設(shè)備在豎直狀態(tài)下安全工作。魚(yú)尾空間雙向曲線網(wǎng)架懸挑鋼結(jié)構(gòu)雨棚支撐架上各支撐點(diǎn)沿9條鍍鋅工字鋼主龍骨布置，經(jīng)卸載過(guò)程仿真模擬數(shù)據(jù)分析，采用多級(jí)循環(huán)卸載，分區(qū)分階段按比例下降卸載。具體把鋼結(jié)構(gòu)主體結(jié)構(gòu)分為3 段，分別進(jìn)行卸載。可以達(dá)到流水施工的目的。每個(gè)區(qū)域進(jìn)行每步按照約定的20 mm∕次的卸載量進(jìn)行分區(qū)卸載［6］。

在分區(qū)卸載下臨時(shí)支撐點(diǎn)卸載步內(nèi)作用反力分布和臨時(shí)支撐點(diǎn)卸載步內(nèi)作用反力變化如圖5、圖6所示。經(jīng)統(tǒng)計(jì)其反力分布（見(jiàn)圖5）較為混亂，分析原因?yàn)椴粚?duì)稱(chēng)卸載使得越后面卸載的臨時(shí)千斤頂點(diǎn)的反力分布越分散。反力變化（見(jiàn)圖6）可以清晰地看出分區(qū)卸載的特點(diǎn)，本區(qū)域卸載時(shí)該區(qū)域的臨時(shí)支撐反力為直線下降而別區(qū)域的臨時(shí)支撐反力為直線上升，等到再卸載到本臨時(shí)支撐所在區(qū)域時(shí)，再把該臨時(shí)支撐所承擔(dān)的反力分配到其他未卸載完成的臨時(shí)千斤頂上。分區(qū)域卸載個(gè)別臨時(shí)千斤頂?shù)姆戳^(guò)大，最大值達(dá)到3 200 kN。雖然重分布可以把部分卸載重量分配到主體各桿件上，但是支撐的參與使得主體構(gòu)件并未吸收全部的卸載重量。分區(qū)域卸載雖然方便但是會(huì)使得內(nèi)力較大。

圖5 臨時(shí)支撐點(diǎn)卸載步內(nèi)作用反力分布Fig.5 Distribution of Reaction Force in Unloading Step of Temporary Support Point

圖6 臨時(shí)支撐點(diǎn)卸載步內(nèi)作用反力變化Fig.6 Change of Reaction Force in Unloading Step of Temporary Support Point

鋼主體構(gòu)件內(nèi)力的變化如圖7 所示，在分區(qū)卸載下由于取的4 根桿件都處于同一榻環(huán)形桁架上，當(dāng)卸載該品桁架時(shí)，所有的構(gòu)件都出現(xiàn)了軸力下降的現(xiàn)象，而且從原來(lái)的受壓桿件變?yōu)榱耸芾瓨?gòu)件。所以采用分區(qū)卸載時(shí)要較為慎重，容易出現(xiàn)內(nèi)力急劇變化的情況，如果超出結(jié)構(gòu)允許范圍，必須調(diào)整分區(qū)重新復(fù)核。

圖7 鋼主體結(jié)構(gòu)卸載步內(nèi)力變化Fig.7 Internal Force Change of Steel Main Structure during Unloading

最后卸載變形分析X方向最大變形DX為10.66 mm，Y方向最大變形DY為-8.03 mm，Z方向最大變形DZ為-70.98 mm，X、Y方向的位移不大，主要是Z向的位移，滿足安全施工。

6 卸載設(shè)備選擇、布置

⑴支撐力計(jì)算：將鋼結(jié)構(gòu)所有卸載點(diǎn)最大頂升力進(jìn)行匯總統(tǒng)計(jì)、分析。各卸載點(diǎn)最大頂升力計(jì)算考慮鋼結(jié)構(gòu)自重（恒荷載）、構(gòu)件活荷載（0.1 kN∕m2）、構(gòu)件合龍溫差（取±50 ℃），綜合考慮卸載順序和相關(guān)規(guī)范［7-9］允許超臨界頂升值（1～3 mm）等各因素的共同作用，得到各工況的數(shù)據(jù)并取其最不利包絡(luò)值，最終確定各頂升點(diǎn)最大頂升力。

卸載量計(jì)算：將所有卸載點(diǎn)下?lián)现颠M(jìn)行統(tǒng)計(jì)［10］。

⑵設(shè)備選擇：按照各階段整體分級(jí)同步卸載的原則，根據(jù)各卸載點(diǎn)最大頂升力、卸載量并結(jié)合工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況選擇卸載設(shè)備，包括千斤頂?shù)臄?shù)量、規(guī)格及布置位置，卸載采用多個(gè)液壓式千斤頂?shù)囊瞬捎猛娇刂葡到y(tǒng)，由主控臺(tái)、分控臺(tái)、液壓泵站等組成［1］。

依托項(xiàng)目卸載的懸挑雨棚跨度大且形狀復(fù)雜的，其不同區(qū)域頂升力不同千斤頂?shù)捻斏σ笠膊灰粯?。設(shè)備選擇根據(jù)不同區(qū)域設(shè)置相應(yīng)的千斤頂?？紤]到在每一個(gè)分片小單元內(nèi)，頂升能力的需求相差不大，為施工方便，每一個(gè)分片小單元內(nèi)千斤頂?shù)囊?guī)格盡可能統(tǒng)一。

7 分階段卸載

7.1 施工流程

卸載前監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)?第一階段卸載?監(jiān)測(cè)小結(jié)?第二（……）階段卸載?監(jiān)測(cè)小結(jié)?卸載后持續(xù)監(jiān)測(cè)1周?卸載工作小結(jié)

7.2 施工準(zhǔn)備

卸載前檢查鋼結(jié)構(gòu)（節(jié)點(diǎn)、支座及焊縫），所有的焊縫全部焊接完成，且按照相關(guān)規(guī)范［7-9］及設(shè)計(jì)要求完成檢查，對(duì)不合格的焊縫務(wù)必進(jìn)行整改，鋼構(gòu)件應(yīng)全部合格；對(duì)支撐架進(jìn)行標(biāo)高引測(cè)，并在千斤頂上刻好相應(yīng)的控制刻度線，方便卸載控制速度。檢查千斤頂和對(duì)講機(jī)，防止千斤頂與鋼結(jié)構(gòu)頂死，同時(shí)進(jìn)行卸載模擬預(yù)演。

7.3 魚(yú)尾空間雙向曲線網(wǎng)架懸挑鋼結(jié)構(gòu)雨棚采用逐級(jí)分步卸載，通過(guò)控制每個(gè)液壓千斤頂行程，逐級(jí)分步下降千斤頂，使懸挑鋼結(jié)構(gòu)最終脫離支撐架。按10 mm∕次的卸載量，90個(gè)千斤頂同時(shí)進(jìn)行卸載。

完成準(zhǔn)備工作，鋼構(gòu)件驗(yàn)收通過(guò)后，開(kāi)始卸荷。卸載過(guò)程由統(tǒng)一號(hào)令，整體啟動(dòng)。由鋼結(jié)構(gòu)總負(fù)責(zé)人發(fā)出卸載口令。依據(jù)方案確定的下降釋放量，釋放千斤頂，注意“下沉量”是以千斤頂?shù)慕^對(duì)縮短量控制，不是鋼結(jié)構(gòu)的下沉量。保證千斤頂卸載同步一致是關(guān)鍵，新技術(shù)將各分級(jí)卸載步驟進(jìn)一步進(jìn)行分解，劃分為多個(gè)調(diào)節(jié)千斤頂活塞動(dòng)作——具體做法是將各卸載點(diǎn)的卸載量按照每分鐘千斤頂活塞下沉量（一般是2 mm）進(jìn)行平均劃分，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件，卸載點(diǎn)的卸載量越大，動(dòng)作次數(shù)越多。每?jī)蓚€(gè)常規(guī)動(dòng)作后，各臨時(shí)支撐上的施工人員應(yīng)查看千斤頂下沉量數(shù)據(jù)。統(tǒng)計(jì)分析各卸載點(diǎn)下沉量，如果發(fā)現(xiàn)同步誤差超過(guò)1 mm偏差時(shí)，必須進(jìn)行第一個(gè)調(diào)校卸載動(dòng)作——具體做法是調(diào)整同級(jí)卸載高度偏高的千斤頂活塞，至高度偏低千斤頂活塞持平或誤差達(dá)到1 mm 以?xún)?nèi)時(shí)，即完成第一次分級(jí)卸荷，并持續(xù)跟蹤監(jiān)測(cè)、統(tǒng)計(jì)分析各臨時(shí)支撐的支撐情況，以及各千斤頂?shù)墓ぷ鳡顟B(tài)。第二次分級(jí)卸荷，并跟蹤監(jiān)測(cè)、統(tǒng)計(jì)分析，重復(fù)上述步驟，直至整個(gè)卸載工作同步累計(jì)誤差控制在3 mm 以?xún)?nèi)，完成鋼結(jié)構(gòu)卸載工作［11］。

7.4 新技術(shù)采用信息化動(dòng)態(tài)管理，復(fù)雜空間鋼結(jié)構(gòu)每次分階段卸載前監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)并記錄。首先進(jìn)行第一階段卸載，卸載實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、記錄，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行小結(jié)，分析下沉量等結(jié)果，評(píng)定本次卸載完成質(zhì)量，找出卸載問(wèn)題（如下沉量偏差大），分析總體變化規(guī)律，提出改進(jìn)措施，調(diào)整下一階段卸載方法。之后進(jìn)行第二階段卸載、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，第二階段監(jiān)測(cè)分析小結(jié)……直至分階段完成卸載。卸載后持續(xù)監(jiān)測(cè)一星期，監(jiān)測(cè)符合設(shè)計(jì)、規(guī)范，變化趨于穩(wěn)定后完成監(jiān)測(cè)工作，最后進(jìn)行卸載工作總結(jié)，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行評(píng)價(jià)［5］。

7.5 消除水平位移對(duì)卸載設(shè)備影響是鋼結(jié)構(gòu)卸載的重要工藝，如上文提及“卸載變形分析X方向最大變形DX為10.66 mm，Y方向最大變形DY為-8.03 mm”，其水平位移有可能破壞千斤頂，引致鋼結(jié)構(gòu)變形，甚至發(fā)生安全事故。新技術(shù)采取以下措施：應(yīng)用ANSYS有限元分析軟件分析其卸載過(guò)程，模擬找到卸載過(guò)程中受水平力大的節(jié)點(diǎn)?，F(xiàn)場(chǎng)針對(duì)相應(yīng)節(jié)點(diǎn)，采取在液壓千斤頂頂部球鉸支座上設(shè)置兩塊聚四氟乙烯的做法，兩塊聚四氟乙烯之間的摩擦系數(shù)較小，可明顯減弱千斤頂頂部水平力，從而減少水平位移對(duì)卸載設(shè)備影響、破壞［1］。

7.6 卸載施工關(guān)鍵技術(shù)

卸載過(guò)程中分階段卸載，開(kāi)始卸載量少，慢慢增加，逐步將力轉(zhuǎn)換至結(jié)構(gòu)上，保證結(jié)構(gòu)安全。具體卸載方式（把鋼結(jié)構(gòu)主體結(jié)構(gòu)分為3段），如圖8、圖9所示。

圖8 卸載平面分段Fig.8 Block of Unloading Plane （m）

逐一解除第一段承重腳手架上各段主梁上的千斤頂，使主梁受力從承重腳手架上逐漸過(guò)渡到鋼立柱及10 層鋼橫梁上。卸載釋放到位標(biāo)準(zhǔn)情況是各節(jié)點(diǎn)底部出現(xiàn)間隙，千斤頂仍可下降，且節(jié)點(diǎn)鋼構(gòu)件頂面標(biāo)高不再變化。結(jié)合ANSYS 的分析結(jié)果找出應(yīng)力較大的焊縫部位，在卸載過(guò)程中，每個(gè)分級(jí)卸載步驟完成后對(duì)應(yīng)力較大的焊縫受力部位進(jìn)行檢查，若發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)停止卸載工作，重新焊接、驗(yàn)收，調(diào)整分區(qū)或下沉量，重新仿真模擬卸載工況，滿足設(shè)計(jì)相關(guān)規(guī)范［7-8］要求后繼續(xù)卸載。

第一段卸荷完成后，過(guò)一段時(shí)間測(cè)量此部位鋼梁的撓度，若高于此部位撓度限值，則組織設(shè)計(jì)人員、工程人員分析出現(xiàn)此情況的原因，找出原因并提出解決方案，若低于撓度限制，則開(kāi)始下一段鋼結(jié)構(gòu)卸荷。第二段卸荷與第一段卸荷方法相同，逐一解除第二段承重腳手架上主梁上的液壓千斤頂，如撓度滿足要求，開(kāi)始第三段卸荷。第三段卸荷與前兩端卸荷方法一樣。卸載完成后，按卸載時(shí)結(jié)構(gòu)實(shí)際自重作用下各點(diǎn)的計(jì)算撓度作為驗(yàn)收依據(jù)，通過(guò)測(cè)量遠(yuǎn)端與近端之間撓度差值，判斷卸載工作驗(yàn)收是否合格。在卸載完成后還應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的測(cè)量復(fù)核。及時(shí)做結(jié)構(gòu)卸載工作過(guò)程技術(shù)資料記錄，并積極提供給后續(xù)監(jiān)測(cè)單位，確保監(jiān)測(cè)工作持續(xù)有效開(kāi)展。三段卸荷完成后，還要每天定時(shí)測(cè)量整個(gè)“魚(yú)尾”鋼結(jié)構(gòu)的撓度，出現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)解決，直至一星期監(jiān)測(cè)結(jié)果持續(xù)穩(wěn)定，“魚(yú)尾”鋼結(jié)構(gòu)完成。

8 卸載實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

針對(duì)空間雙向曲線網(wǎng)架鋼結(jié)構(gòu)卸載實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及支撐架卸載實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，如圖10 所示。監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括9條鍍鋅工字鋼主龍骨結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)及應(yīng)變監(jiān)測(cè)。采用在結(jié)構(gòu)卸載點(diǎn)位鋼結(jié)構(gòu)上粘貼反射片，通過(guò)全站儀監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)位移變化的方法監(jiān)測(cè)。

圖10 魚(yú)尾卸載過(guò)程監(jiān)測(cè)Fig.10 Monitoring of Fish Tail Unloading Process

變形監(jiān)測(cè)重點(diǎn)是沉降數(shù)據(jù)，采用全站儀測(cè)量主龍骨卸載前后90個(gè)測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，計(jì)算坐標(biāo)差值得到主龍骨變形和位移情況。

結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位應(yīng)變監(jiān)測(cè)首先應(yīng)分析結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位，不同結(jié)構(gòu)其自身的受力特點(diǎn)及對(duì)稱(chēng)性不同，應(yīng)用ANSYS有限元分析軟件分析其卸載過(guò)程，確定卸載過(guò)程中關(guān)鍵桿件，采用表面式應(yīng)變計(jì)監(jiān)測(cè)應(yīng)力應(yīng)變，并進(jìn)行焊縫監(jiān)測(cè)。為了節(jié)省資源，可考慮結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)性，選擇有代表性構(gòu)件設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

應(yīng)變監(jiān)測(cè)選用表面式應(yīng)變計(jì)及配套智能讀數(shù)儀，如圖11所示，焊縫監(jiān)測(cè)使用放大鏡對(duì)受力較大構(gòu)件進(jìn)行監(jiān)測(cè)，主要節(jié)點(diǎn)采用磁粉檢測(cè)。

圖11 應(yīng)變計(jì)及讀數(shù)儀Fig.11 Strain Gauge and Readout

9 總結(jié)

對(duì)比仿真模擬卸載及卸載實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。使用AN?SYS 有限元分析軟件輸入卸載實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，反演、分析鋼結(jié)構(gòu)卸載過(guò)程，尋找卸載過(guò)程中關(guān)鍵構(gòu)件應(yīng)力和變形的變化范圍，找出偏差情況。由于在安裝及卸載過(guò)程中出現(xiàn)的誤差及模型本身精確程度有限，實(shí)際過(guò)程中各個(gè)臨時(shí)支撐點(diǎn)的變形及應(yīng)力應(yīng)變要普遍大于仿真模擬計(jì)算結(jié)果。根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在規(guī)范要求范圍內(nèi)給予模擬計(jì)算結(jié)果一定的增量作為安全系數(shù)，再與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比。

仿真模擬分析與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)吻合相對(duì)較好，證明鋼懸挑雨棚卸載過(guò)程與應(yīng)用ANSYS 有限元分析軟件分析采用的計(jì)算模型和方法正確。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及規(guī)范要求范圍內(nèi)證明鋼懸挑雨棚結(jié)構(gòu)安全［4］。

“雙向曲線網(wǎng)架施工卸載及安全控制施工技術(shù)”通過(guò)對(duì)不同的卸載方式進(jìn)行數(shù)值仿真模擬，分析其各自特點(diǎn)，制定了空間雙向曲線網(wǎng)架卸載安全技術(shù)。并在工程空間雙向曲線網(wǎng)架卸載時(shí)，進(jìn)行了實(shí)測(cè)以驗(yàn)證仿真模擬效果。最終結(jié)合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，制定了復(fù)雜空間鋼結(jié)構(gòu)安全施工技術(shù)。能夠解決卸載施工過(guò)程中存在的卸載過(guò)程不可控，網(wǎng)架內(nèi)力不明確，盲目施工導(dǎo)致安全事故的情況，同時(shí)通過(guò)該技術(shù)能夠在保障施工安全的情況下，提高復(fù)雜造型網(wǎng)架卸載施工的質(zhì)量。

綜上所述，雙向曲線網(wǎng)架施工卸載及安全控制技術(shù)，是解決雙向曲線網(wǎng)架施工卸載的新技術(shù)、新方向，工程實(shí)例應(yīng)用證明：能夠有效指導(dǎo)提高空間復(fù)雜造型鋼網(wǎng)架卸載施工，提高施工質(zhì)量；能夠有效提高復(fù)雜造型鋼網(wǎng)架卸載施工安全性，降低安全事故發(fā)生的概率；能夠提高卸載施工可控性，利于工程信息化動(dòng)態(tài)管理。

本技術(shù)成果適用于本課題著重于研究復(fù)雜造型曲線鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架的卸載施工，利用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)復(fù)雜造型網(wǎng)架的卸載進(jìn)行仿真模擬，選擇合理的卸載方式，采用逐步、分級(jí)的卸載方法保證了鋼結(jié)構(gòu)卸載過(guò)程中結(jié)構(gòu)受力變化的緩慢過(guò)渡。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工相關(guān)安全控制措施，達(dá)到提高卸載施工質(zhì)量，保障卸載施工安全的目的。具有有很強(qiáng)的實(shí)用性和創(chuàng)新性，行業(yè)內(nèi)推廣應(yīng)用前景廣闊。