以某高校體育館為例談鋼結構卸載施工技術

蘇海紅 高永林

(昆明理工大學，云南昆明 650500)

1 工程概況

某高校體育館容納人數為6 530人，根據抗震設防分類標準，不少于4 500人的大型體育館應為重點設防類別(乙類)，該鋼結構工程的承重支撐腳手架卸載工作于2012年4月16日順利完成。該工程造型取自高原明珠寓意為“珠聯璧合”之意，體育館與游泳館取自兩滴滴落水滴形態，如圖1所示，整個建筑結構呈現不規則橢球體，建筑面積為14 608 m2，水平投影的短軸直徑為90.5 m，長軸方向直徑為 106.5 m，檐口高度23.870 m，地上1 層，局部2層，建筑等級為乙級，抗震設防烈度為8度，設計使用年限為50年，耐火等級二級，主體結構標高5.100 m以下為鋼筋混凝土全框架結構，以上為26榀支撐于體育館外圈環向布置的鋼筋混凝土框架柱上的鋼管平面桁架及為避免今后產生聲焦中央為波浪形不規則橢球體的雙向網殼等三部分組成整個結構體系，26榀平面桁架通過26個抗震球鉸接支座支撐與下部鋼筋混凝土框架柱上以減小屋蓋對下部框架的推力，26榀桁架高度不等，桁架結構中心延長線頂高26.5 m，考慮到該工程卸載經濟性，工程量相對來說也較少，經綜合分析，采用輪流更替交換主桁架支撐水平管的方法，進行等距卸載。結構模型見圖2，側立面圖見圖3，單榀桁架立面圖見圖4。

圖1 效果圖

圖2 結構模型

2 卸載的一般機理

對于采用全支架(滿堂紅腳手架)或部分支架高空散裝法安裝的大型屋蓋空間結構，所謂卸載，是指放松結構有關節點的附加約束，逐步將這些節點與支撐它的臨時支架慢慢脫開，是結構從非受力狀態(或多點支撐受力狀態)轉換至設計結構固有邊界條件下的實際受力狀態，而臨時支撐結構則由受力狀態轉換至非受力狀態，主體結構被過渡至正常使用狀態。卸載的過程中，被支撐的節點位移發生變化，導致結構內部產生變形、內力和反力的重分布，此時荷載工況為結構自重及施工荷載的作用，結構處在彈性階段工作，其變形和內力重分布和調整后較易于達到平衡。

圖3 側立面圖

3 工程卸載

3.1 結構體系特點

圖4 單榀桁架立面圖

卸載時結構體系特點:

1)結構體系復雜，主要體現在該結構是一個不規則橢球體，傳力體系復雜;2)卸載過程反力變化規律不同，各個支撐點由于主體結構和支撐系統的線剛度不同，因此其反力不僅初始值不同且各點的變化規律也不相同，為保證卸載過程的安全可靠，卸載過程模擬，根據模擬結果進行卸載方案設計;3)由于技術能力限制，參照相關工程實踐經驗，通過計算分析，考慮了不同的卸載方式和卸載量控制，在“分階段整體分級同步”的卸載原則下，按照位移等比同步控制為主、卸載反力控制為輔。

根據卸載結構體系特點，以結構計算為依據，以結構及支撐系統安全為宗旨，以變形協調為核心，以實時監控為手段，在這一前提下，設計合理可行，相對簡單的卸載順序。

3.2 卸載方法

卸載采用分步等距卸載，每個卸載行程為10 mm。常用方法是一般卸載前先利用千斤頂通過頂升，以便抽出墊片的方法，但考慮到本工程量相對較小，單件構件自重荷載相對不大，最重桁架為10.6 t，采用類似方法，將增加大量工程措施費，對施工單位來說，將是一大筆費用，因此以輪流更替交換主桁架支撐水平管的方法進行等距卸載。卸載時先從中間柱間支撐位置開始，再逐漸向兩邊擴展，每一輪卸載完成后再按上述順序進行第二輪、第三輪等的卸載工作，直到主桁架不再下撓為止。卸載時先在主桁架端頭部分兩邊各增加兩根立桿，立桿間安裝兩根水平橫桿，水平橫桿標高比已固定好的主桁架下端主管底面低10 mm，并對立桿和水平橫桿進行加固，按前一榀主桁架的辦法進行后繼主桁架的立桿和水平橫桿進行加固，然后按順序松開原有加固的水平橫桿，讓后加的水平橫桿受力保證主桁架不再下沉，松開的水平橫管比已下沉的主桁架再低10 mm，如此交替更換直至水平橫桿不再受力為止(見圖5)。

圖5 水平桿更換示意圖

3.3 卸載點布置及卸載邊界選擇

卸載時按長軸方向對稱進行，卸載從中間柱間支撐位置開始，嚴格按1～13的順序進行操作(見圖6)。

圖6 卸載點布置圖

3.4 卸載準備工作

1)人員。卸載由一名施工員統一指揮，采用鳴哨信號，確保每個卸載工位至少一名操作人員。每個承重點卸載部位施工人員配備一把鋼角尺，以便于施工人員能夠精確控制水平橫管的行程情況。

2)材料。更替交換的水平管、立桿需選用無彎曲、無銹蝕嚴重的構件，扣件要選用無損壞、螺栓不滑動、容易擰緊的構件。

3.5 卸載的質量控制及注意事項

在一個卸載行程完畢后，各個工位操作人員應通知指揮員，再統一進行下一個行程的卸載。

為保證卸載時施工人員操作的熟練程度和卸載質量，對所有參加卸載的施工人員提前進行模擬訓練。即由現場專人統一指揮，所有施工人員按照口令在各自的區域進行位置的調動和千斤頂的模擬下降。

為能夠進一步了解承重結構的變化情況，應該模擬卸載一次，即將第一次卸載作為模擬卸載，行程在5 mm，模擬卸載完畢后對卸載部位承重架的變化情況，水平桿的彎曲情況，結構焊縫的質量情況及桁架撓度的變化情況進行一次全面的檢查。

3.6 卸載過程中的監控

卸載前對所有卸載點標高進行測量，從中選出1個～9個點作為卸載過程監測點，將這9個點卸載前、卸載過程中、卸載后的絕對標高值隨時監測，作為屋面下撓控制數據。

同時在正式卸載前用油漆在立桿上標明原有水平橫桿的起始位置，待卸載完成主桁架不再下撓再標出其標高，兩者間的距離即為主桁架最終的下撓值。

3.7 卸載結果數據

體育館屋蓋結構變形分析及檢測結果見表1，表2。

表1 體育館屋蓋結構變形分析結果 mm

表2 屋蓋結構變形檢測結果

從表1，表2數據比較可知:卸載后屋蓋結構變形滿足設計及工程質量驗收標準要求。

4 結語

該卸載方法優點:經濟、合理、適用。缺點:缺乏數據分析依據，卸載過程中的不確定因素增加，存在一定安全隱患。故該方法僅適用于鋼結構跨度小，結構形式布置規則，傳力路徑明確簡單的結構體系。對于鋼結構跨度較大，且結構不規則，傳力路徑復雜的大型鋼結構體系，建議先期進行施工過程模擬，以確定施工過程的薄弱環節，做到施工措施有針對性和預見性。

［1］GB 50026-93，工程測量規范［S］.

［2］JGJ 59-99，建筑施工安全檢查標準［S］.

［3］JGJ 80-91，建筑施工高處作業安全技術規范［S］.

［4］JGJ 33-2001，建筑機械使用安全技術規程［S］.

［5］GB 50300-2002，建筑工程施工質量驗收統一標準［S］.

［6］GB 50205-2002，鋼結構工程施工質量驗收規范［S］.

［7］GB 50221-95，鋼結構工程質量檢驗評定標準［S］.

［8］YB 9254-95，鋼結構制作安裝施工規程［S］.