大跨度鋼結構屋面卸載過程分析

單春明 陳 標 楊春生

(1.江蘇省鹽城市第一建筑工程有限公司，江蘇 鹽城 224005； 2.江蘇省鹽城市城南新區管委會建設局，江蘇 鹽城 224005)

大跨度鋼結構屋面卸載過程分析

單春明1陳 標2楊春生2

(1.江蘇省鹽城市第一建筑工程有限公司，江蘇 鹽城 224005； 2.江蘇省鹽城市城南新區管委會建設局，江蘇 鹽城 224005)

以鹽城體育館工程為背景，介紹了該工程大跨度鋼結構屋面卸載方案，通過對桿件應力和結構變形進行監測，分析了卸載過程的安全性，并得出了一些有價值的結論，以供類似工程參考借鑒。

鋼結構，卸載，監測，應力

0 引言

隨著各種造型復雜鋼結構項目的增多，鋼結構在施工過程中的安全性備受關注。在施工過程中依據仿真數據進行實時監測，可以幫助人們了解施工過程中相關結構的實際工作狀態，從而確保施工過程處于安全狀態。

1 工程概況

鹽城體育館位于鹽城體育中心北部，可容納觀眾3.5萬人，建筑面積約54 432 m2。該體育館南北向長約270 m，東西長約239 m，如圖1所示。下部為看臺和附屬用房，采用鋼筋混凝土框架剪力墻結構；上部為外罩棚屋蓋，采用空間桁架鋼結構懸挑體系，由84榀桁架組成，整個罩棚外立面落于混凝土結構上，屋面與墻體采用組合結構。

2 卸載方案

本工程鋼結構卸載工作主要為拆除84榀主桁架懸挑端的臨時支撐，如圖2所示為罩棚結構平面布置圖。主體結構材料為Q345B，臨時支撐結構材料為Q235B。考慮網殼主體結構和臨時支撐體系的相互作用及穩定性，通過建立拆撐過程分析的千斤頂單元法，模擬拆撐過程中千斤頂和臨時支撐的工作機理及其與主體結構之間的相互作用。采用分區分級同步卸載方法，將結構劃分為四個區，如圖2所示，其中一區(54～73)和二區(12～30)為長軸區域，三區(1～11,74～84)和四區(31～53)為短軸區域。根據數值計算結果，分析各區域卸載前和卸載后各支撐點的位移，以確定每級卸載需下降的位移。由于結構體系發生變化，用千斤頂設備以位移法來控制整體結構，進行緩慢卸載。

3 施工檢測方案

鹽城體育館罩棚為空間桁架體系。罩棚結構中間高，兩端低，高差達7.8 m，最高點離地約45.6 m。其中罩棚結構中桁架的懸挑長度最大達42 m，最小懸挑長度為34 m。懸挑長度大，結構形式復雜，施工難度大。施工中，通過支撐的布置減小桁架的懸挑長度。

結構卸載時，需逐步拆除支撐，此時，結構體系發生改變，傳力路徑隨之變化，懸挑長度的增大使得桁架端部桿件受力增大，該部位桿件易出現安全問題。由于結構體系的改變，局部桿件的內力也會出現由拉力轉變為壓力的可能，該類桿件存在著穩定問題。因此，在卸載過程中，對應力較大或變化較大的桿件進行應力檢測，是安全施工的重要保證。

同時，結構在卸載階段會發生較大變形，為了隨時監控結構在卸載階段的安全性以及后期整體結構的使用性，十分有必要在卸載階段對結構進行變形監測。

3.1 監測手段

3.1.1 應力監測

結構在卸載階段，桿件的應力會發生變化，體育館桁架桿件的應力局部增大。因此，對應力進行檢測可以直接反映出結構的安全性。應力監測常用工具如圖3所示。

3.1.2 變形監測

在卸載階段，結構的變形會增大。通過監測結構的變形，可直觀的了解結構的總體安全狀態，為結構施工過程的安全預警提供數據，同時還為后期結構的使用及健康監測提供依據。因此，對變形進行監控，可以有效的控制結構施工過程中的安全狀態。變形監測的常用工具為全站儀。

3.2 測點布置

依據以上對卸載全過程的分析結果，選取每分區各級施工步中最大應力的桿件、卸載過程中應力變化較大的桿件以及可能導致結構施工系統的特征區域受力最不利的桿件，布置應力測點。同時，在各級施工步下變形最大的節點、可能導致結構失效的特征節點布置位移或變形測點。

本工程布置應力監測點如圖4所示，S表示應力測點。在所布置的測點中，應力測點S1，S5和S6為監測可能導致結構及施工系統失效的特征桿件，S3和S4為短軸桁架上弦桿測點，S2，S6，和S7為各級施工步下應力較大桿件測點。

根據振弦式應變計和靜態數據采集器，測得S1～S8測點在各級施工步下應力測點的最大計算值，見表1。

表1 各級施工步下測點最大計算應力

本工程布置變形測試點如圖5所示，D表示變形測點。變形測點D1～D6分別為各級施工步下變形最大點，D7～D8為失效區域的特征測點，D9～D12分別為長軸和短軸桁架最外側測點。

根據全站儀測得D1～D12測點在各級施工步下變形測點的理論計算值，見表2。

表2 各級施工步下變形測點的最大計算撓度

4 結語

1)鹽城體育館鋼結構支撐卸載過程的應力實時監測為卸載的安全性提供了可靠的判斷依據。

2)分區分級同步卸載過程中臨時支撐塔架的設計必須具備足夠的安全儲備，應充分考慮各種初始缺陷和不確定性因素，例如支撐塔架的偏心受力和卸載過程中的超載等影響，避免出現不安全的情況。

3)根據以上分析可以看出，該卸載工程是一個非常復雜的施工過程，應充分考慮卸載過程中的各種不確定因素，并把仿真分析技術和現場實時監測技術密切結合是保證結構卸載成功的關鍵所在。施工前對結構施工過程進行分析驗算，是安全施工的前提。

[1] 范 重,劉先明,范學偉,等.大跨度空間結構卸載過程仿真計算方法分析[J].土木工程學報,2011(12):19-25.

[2] 周 明,高 杰,尤盛志,等.深圳灣體育中心大跨屋蓋鋼結構卸載分析[J].施工技術,2011(7):9-11.

[3] 王宗兵,劉 剛,張炳旭.上海東方體育中心綜合體育館卸載施工[J].工程建設與設計,2011(51):15-18.

[4] 劉學武，郭彥林，郭宇飛.千斤頂單元法在大跨度鋼屋蓋拆撐過程數值模擬中的應用[J].施工技術,2010(39):24-28.

[5] 盧家森，黃明鑫.國家體育場卸載過程支撐塔架的應力監測[J].結構工程師,2010，26(2):158-162.

[6] 郭彥林，劉學武.大跨度鋼結構屋蓋拆撐過程數值模擬的千斤頂—間隙單元法[J].西安建筑科技大學學報(自然科學版),2008，40(1):1-7.

[7] 郭彥林，劉學武.大型復雜鋼結構施工力學問題及分析方法[J].工業建筑,2007，37(9):1-8.

[8] 羅永峰,郭小農.鹽城體育館鋼結構工程卸載過程驗算報告[R].2012.

Analysis on roofing unloading process of large span steel structure

SHAN Chun-ming1CHEN Biao2YANG Chun-sheng2

(1.Jiangsu Yancheng First Construction Engineering Limited Company, Yancheng 224005, China;2.Jiangsu Yancheng Chengnan New Area Administrative Committee Construction Bureau, Yancheng 224005, China)

Taking the Yancheng gymnasium project as the background, this paper introduced the large span steel structure roofing unloading plan of this project, through the monitoring to member bar stress and structural deformation, analyzed the security of unloading process, and obtained some valuable conclusions, provided good references for similar works.

steel structure, unloading, monitoring, stress

1009-6825(2014)31-0061-02

2014-08-23

單春明(1977- )，女，碩士，工程師，一級建造師； 陳 標(1973- )，男，工程師； 楊春生(1976- )，男，高級工程師

TU391

A