山西某體育場罩棚鋼結構支撐塔架卸載與拆除

陸元和

山西體育中心主體育場位于山西省太原市晉源區,南環高速公路以北,機場大道以南3 km處,西側為新晉祠路,東側為濱河西路,為山西體育中心建筑群的主體育場,其設計規模為6萬人,屬大型甲類體育建筑。體育場外側一周+6.00 m標高以下為裙房,裙房最寬處達17 m。

山西體育中心主體育場的上部鋼結構為鋼結構罩棚,呈弧形狀,東西高、南北低,覆蓋看臺觀眾席。罩棚最寬處約68 m,最窄處約49 m,罩棚外邊緣南北向最長處約293 m,東西向最寬約275 m。整個罩棚外立面落于混凝土結構上,屋面與墻體渾為一體。罩棚中間高,兩端低,高差9.3 m,罩棚最高點離地面約55.45 m。

整個罩棚鋼結構由32榀三角形主桁架組成主體承力體系,以體育場中心向外呈橢圓形發射狀分布。主桁架由外環支撐點和內環支撐點支撐,最大懸挑長度約為52 m,桁架根部最大高度7.8 m,最小懸挑長度約為 34.7 m,根部高度 5 m,每榀桁架內支座間距約26 m。主桁架之間由三道環形桁架、兩道次桁架及一道邊桁架相互連接,外立面上桁架之間設置鋼管網格結構。

1 概述

本工程罩棚鋼結構由主桁架、環桁架及次桁架組成主承力體系,并將屋面荷載通過主桁架下部的內、外支撐柱傳遞到下部混凝土結構上。主桁架為三角形空間管桁架,由于主桁架懸挑長度長,單榀重量重,根據總體施工方案,需分段進行吊裝。分段吊裝時,主桁架下方必須設置足夠強度和剛度的支撐塔架,以確保安裝過程中桁架的空中穩定性及整個施工過程的安全。待整個屋面鋼結構安裝、焊接完畢,并形成整體穩定結構體系以后,再進行支撐塔架的卸載和拆除。卸載過程中,結構體系逐步轉換,桿件內力和臨時支撐的受力發生變化,由于支撐塔架數量多、受力大、高度高,支撐胎架的卸載難度相當大,必須制訂嚴格的施工工藝、組織體系及一系列的保證措施。

2 卸載原則

本工程的卸載過程既是拆除支撐塔架的過程,又是結構體系逐步轉換的過程,在卸載過程中,結構本身的桿件內力和臨時支撐的受力均會產生變化。卸載時,既要確保安全、方便施工,又不能改變設計意圖,對構件的力學性能產生較大的影響。為了保證卸載時相鄰支撐塔架的受力不會產生過大的變化,同時保證結構體系的桿件內力不超出規定的容許應力,避免支撐塔架內力或結構體系的桿件內力過大而出現破壞現象,保證結構體系可靠、穩步形成,必須制訂詳細的施工方案,且卸載方案必須遵循以下原則:

1)確保結構自身安全和變形協調。2)確保支撐塔架安全。3)以理論計算為依據、以變形控制為核心、以測量監測為手段、以安全平穩為目標。4)便于現場施工組織和操作。

3 卸載總體思路

由于本工程支撐塔架數量眾多,且相鄰支撐塔架在卸載過程中互相影響,不可能同時一起卸載,也不可能逐個進行拆除,必須分批、分級、同步進行。這樣既可以避免大量的人力和物力需求,又便于組織協調。根據結構本身的受力情況、傳力途徑、變形情況、體系形成過程及支撐塔架的實際情況,通過計算分析決定采用分批、分級同步卸載。卸載時,分批、分級同步進行,卸載的先后順序及分級大小根據結構計算和工況分析得出的結果進行,即以變形量控制分級大小、以支撐塔架的內力變化控制卸載先后順序,以保證卸載時相鄰支撐塔架的受力不會產生過大的變化,同時保證結構體系的桿件內力不超出規定的容許應力,避免支撐塔架內力或結構體系的桿件內力過大而出現破壞現象。

4 卸載順序與流程

卸載時,根據分批、分級、同步卸載原則循環進行,先內圈,后外圈,內外交替進行,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)內圈塔架卸載10%;4)外圈塔架卸載15%;5)內圈塔架卸載10%;6)外圈塔架卸載15%;7)內圈塔架卸載15%;8)外圈塔架卸載15%;9)內圈塔架卸載15%;10)外圈塔架卸載15%;11)內圈塔架卸載15%;12)外圈塔架卸載20%;13)內圈塔架卸載15%;14)外圈塔架卸載完畢;15)內圈塔架卸載完畢。

5 卸載工藝

1)根據卸載步驟及分級情況,先在支撐塔架頂部H型鋼梁上、主桁架下弦桿的下方墊設規格為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50 t螺旋千斤頂,每個支架2臺。為確保卸載過程中的安全,千斤頂應固定牢靠,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,然后根據每次預定的卸載量,抽掉相應厚度的墊板。4)千斤頂統一下降,開始卸載。5)千斤頂下降到預定位置,即墊板緊頂主桁架下弦管后,開始另一批支撐塔架的卸載工作。6)循環反復,直至卸載完畢。

6 卸載技術措施

1)卸載采用液壓千斤頂,通過千斤頂的回程來實現罩棚的變形,當罩棚變形全部完成后,罩棚即自成體系,此時罩棚的重量就可以由罩棚本身來承擔,支撐塔架不再承受罩棚荷載,卸載即全部完成。2)卸載前先計算好支撐點的罩棚變形量,通過變形量確定千斤頂的行程,如變形量超出千斤頂的最大行程,則要在卸載過程中更換千斤頂,或者卸載到一定位置時,將罩棚臨時固定,待更換千斤頂位置后繼續卸載。3)卸載時,每個支點下都要安排人員測量同步下沉數據。4)卸載時要統一指揮,保證同步,且嚴格按分批和分級大小進行。5)卸載前要仔細檢查各支撐點的連接情況,此時應讓罩棚處于自由狀態,不要有附加約束,特別要避免支撐塔架與罩棚之間的固結。6)卸載時要進行跟蹤測量和監控。7)卸載前要清理罩棚上的雜物,卸載過程中,罩棚上下不得進行其他作業。8)卸載前要做好一切安全措施,并檢查好千斤頂。

7 測量監測

1)卸載監測說明。卸載監測以變形監測為主,包括對主體結構的監測及對支撐塔架的監測。2)監測手段。全場共設置2個測量控制點,每個點架設1臺儀器,這2臺儀器能覆蓋東區、南區的測量觀測點,進行動態實時監測。同時采用刻度對比的方法觀測每個塔架的卸載量。卸載完畢后再采用2臺全站儀進行全面測量。3)監測的時機和步驟。在卸載過程中,每一個卸載步驟前后測試一次。如果有特殊需要,可以對測試時間進行加密。4)監測的數據處理。采用計算機技術,對各種數據進行處理,并將測試結果繪制在一張圖上,以便直觀反映結構的變形過程。

8 卸載中可能出現的問題和應對措施

1)卸載時,可能出現有的千斤頂受力,有的千斤頂不受力的情況,為此,采取如下措施:千斤頂架設后,每個千斤頂必須反向施加部分反力,確保每一個千斤頂能夠頂緊構件,承受一定荷載。2)卸載時,可能出現雨天,由于雨天監視和操作困難,且存在安全隱患,故雨天停止卸載。同時,卸載時選擇在白天進行。3)卸載時,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節,并加強通信聯系,具體措施如下:操作時,操作人員聽從指揮人員的指令,如果指揮人員命令下降2 mm,操作人員根據千斤頂的性能(例如每轉動一圈,行程約為4.5 mm),將千斤頂旋轉半圈(180°u65289X)為卸載行程的控制單元,轉動速度控制在約5 s完成,動作完成以后,操作人員停止操作,等待監控人員的檢測,監控人員此時對螺桿高度進行測量,測量完畢以后,將數據記錄,并將實測數據與理論數據進行對照處理。卸載量的允許誤差控制在2 mm以內,如果出現較大的誤差,還須進行修正處理,然后才可以轉到第二輪。為了便于聯系,監控人員直接口頭將信息反饋到指揮人員,指揮人員則通過對講機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,拆除用吊機為150 t履帶吊,卷揚機和手拉葫蘆進行配合。拆除時要注意以下事項:

1)在確認拆除段與下段或錨固件徹底脫離后,才能起吊和移動;2)拆除過程中,拆除段拉設溜繩,防止與已安構件或混凝土結構發生碰撞;3)未拆除段及時拉設纜風繩,防止傾翻。

[1] 王建會.張弦梁鋼結構無柱雨棚施工技術[J].山西建筑,2008,34(32):147-148.