大跨度鋼網(wǎng)格結(jié)構(gòu)支撐體系高空轉(zhuǎn)換施工技術(shù)

唐正輝（安徽富煌鋼構(gòu)股份有限公司，安徽 合肥 230088）

大跨度鋼網(wǎng)格結(jié)構(gòu)支撐體系高空轉(zhuǎn)換施工技術(shù)

唐正輝（安徽富煌鋼構(gòu)股份有限公司，安徽 合肥 230088）

文章以工程實(shí)例為背景，利用結(jié)構(gòu)自身承載性能，設(shè)計了具有創(chuàng)新意義的懸空支撐體系，實(shí)現(xiàn)了上部大跨度鋼網(wǎng)格結(jié)構(gòu)高空原位拼裝及卸載成型。

鋼結(jié)構(gòu)；支撐；卸載

1 工程概況

淮南大劇院位于淮南市山南新區(qū)淮河大道東側(cè)，南緯一路北側(cè)。該工程建筑設(shè)計原型為五角星，總建筑面積為2.3萬m2，可容納1280人。項目建筑功能為安徽省一流的專業(yè)性、多功能、綜合性劇場和文化藝術(shù)活動中心、會議中心，建成后將成為淮南新地標(biāo)性建筑。

淮南大劇院鋼結(jié)構(gòu)有兩部分內(nèi)容，一部分為是金屬頂鋼結(jié)構(gòu)屋蓋，如圖1；一部分為劇院屋頂鋼結(jié)構(gòu)。

圖1 金屬頂鋼結(jié)構(gòu)三維圖

金屬頂鋼結(jié)構(gòu)主要采用桁架及次梁結(jié)構(gòu)，其中，桁架截面高約 2m，弦桿主要截面為 H300×300× 10/16、H310×300×10/16，腹桿主要截面為H150× 150×6/8、H100×100×6/6；鋼梁及鋼柱截面主要為H400×400×16/20、H600×600×6/8。檁條截面主要為口300×200×12×12 、口250×200×6×6。

金屬頂結(jié)構(gòu)桁架梁成五角星，每榀總跨度為82.8m，分三段吊裝，3HJ1和3HJ3為一段重量約為7.7t，長度為32.5 m；3HJ5為一段重量約為4.2t，長度為17.8 m；3HJ2和3HJ4為一段重量約為7.7t，長度為 32.5m。金屬頂結(jié)構(gòu)鋼柱最大重量 8.8t，長度22.6m。

2 施工總體技術(shù)路線

鋼結(jié)構(gòu)施工分工程制作及現(xiàn)場拼裝安裝兩項主要內(nèi)容。受結(jié)構(gòu)體系、現(xiàn)場安裝條件、現(xiàn)場大型機(jī)械配置限制，工廠制作構(gòu)件的順序、出廠分段尺寸等受控于現(xiàn)場拼裝安裝方案。總體施工以實(shí)施結(jié)構(gòu)安裝為主線，同時配合現(xiàn)場施工進(jìn)度，滿足工程總體施工要求。

綜合考慮業(yè)主、總包對現(xiàn)場進(jìn)度安排及結(jié)構(gòu)自身的結(jié)構(gòu)體系特點(diǎn)，確定總體安裝思路：標(biāo)高為21.400m的屋頂桁架采用50t汽車吊地面拼裝，然后利用300t履帶吊整體吊裝，屋面次梁及檁條采用塔吊吊裝。屋頂金屬頂桁架采用50t汽車吊地面分段拼裝，然后利用300t履帶吊分段吊裝，空中對接拼裝；鋼柱利用300t履帶吊吊裝；屋面次梁及檁條采用塔吊吊裝。

其中，屋頂金屬頂鋼結(jié)構(gòu)安裝須設(shè)置臨時支撐架，支撐架布置在標(biāo)高為21.400m的屋頂桁架層上實(shí)現(xiàn)高空轉(zhuǎn)換，從而避免從看臺底座搭設(shè)高約 30m的支撐架，提高施工安全性并有效降低措施費(fèi)用。

主結(jié)構(gòu)總體安裝順序：先安裝劇院屋頂桁架梁，再安裝金屬頂鋼柱，最后安裝金屬頂桁架梁。

3 臨時支撐體系高空轉(zhuǎn)換技術(shù)

3.1 胎架布置

采用由框撐式臨時支架，本支撐設(shè)計為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的形式，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)尺寸為2m（長）×2m（寬）×1.5m（高），采用Q235鋼管焊接而成，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)主肢為φ89×4鋼管，同時本標(biāo)準(zhǔn)節(jié)可以拆卸為一片片式方框，運(yùn)輸極為方便，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)之間采用法蘭連接，故本標(biāo)準(zhǔn)節(jié)具有運(yùn)輸方便、拆裝方便、承載力大等優(yōu)點(diǎn)。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)支撐如圖2～4所示。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)支撐架組裝示意圖

圖3 支撐平面布置圖

圖4 支撐立面布置圖

3.2 胎架拆除及卸載方案

為避免屋面桁架梁承重過大，胎架在次構(gòu)件安裝前卸載，為了保證桁架結(jié)構(gòu)在安裝過程中的穩(wěn)定，保證結(jié)構(gòu)由施工狀態(tài)緩慢過度到設(shè)計狀態(tài)，結(jié)構(gòu)在拆除胎架后，保證桁架的設(shè)計初始位置相吻合，同時桁架落位過程是使屋蓋桁架緩慢協(xié)同空間受力的過程，此間，桁架結(jié)構(gòu)發(fā)生較大的內(nèi)力重分布，并逐漸過渡到設(shè)計狀態(tài)。因此，桁架落位工作至關(guān)重要，必須針對不同結(jié)構(gòu)和支承情況，確定合理的落位順序和正確的落位措施，以確保桁架安全落位。為此，要遵循以下原則和規(guī)定。

3.2.1 拼裝支撐點(diǎn)（臨時胎架）拆除的原則

拆除臨時支座實(shí)際就是荷載轉(zhuǎn)移過程，在荷載轉(zhuǎn)移過程中，必須遵循“變形協(xié)調(diào)、卸載均衡”的原則。否則有可能造成臨時支撐超載失穩(wěn)，或者桁架結(jié)構(gòu)局部甚至整體受損。因為施工階段的受力狀態(tài)與結(jié)構(gòu)最終受力狀態(tài)完全不一致，必須通過施工驗算，制定切實(shí)可行的技術(shù)措施，確保滿足多種工況要求。

3.2.2 臨時胎架的卸載方案

根據(jù)“變形協(xié)調(diào)，卸載均衡”的原則，將通過放置在支架上的可調(diào)節(jié)點(diǎn)支撐裝置千斤頂，多次循環(huán)微量下降來實(shí)現(xiàn)“荷載平衡轉(zhuǎn)移，卸載的順序為由中間向兩邊，中心對稱進(jìn)行。”

①在卸載過程中由于無法做到絕對同步，胎架支撐點(diǎn)卸載先后次序不同，其軸力必然造成增減，應(yīng)根據(jù)設(shè)計要求或計算結(jié)果，在關(guān)鍵支架支撐點(diǎn)部位，必要時放置檢測裝置（如貼應(yīng)變片）等，檢測胎架支點(diǎn)軸力變化，確保臨時支架和桁架的安全。

②在卸載過程中，必須嚴(yán)格控制循環(huán)卸載時的每一級高程控制精度，設(shè)置測量控制點(diǎn)，在卸載全過程進(jìn)行監(jiān)測，并與計算結(jié)果對照，實(shí)行信息化施工管理。

③桁架增設(shè)臨時胎架（拼裝支點(diǎn)），其狀況相當(dāng)于給桁架增加節(jié)點(diǎn)荷載，而臨時支座分批逐步下降，其狀況相當(dāng)于支座的不均勻沉降。這都將引起桁架結(jié)構(gòu)內(nèi)力的變化和調(diào)整。對少量桿件可能超載的情況應(yīng)事先采取措施，局部加強(qiáng)或根據(jù)計算可事先換加強(qiáng)桿件。為防止個別支撐點(diǎn)集中受力，宜根據(jù)各支撐點(diǎn)的結(jié)構(gòu)自重?fù)隙戎担捎梅謪^(qū)、分階段按比例下降或用每步不大于10mm的等步下降法拆除支撐點(diǎn)（臨時支座）。

④卸載步驟：

a.先在支撐胎架底部的槽鋼下墊好規(guī)格為δ20、δ30不同厚度的墊板；

b.在支撐胎架上的槽鋼上架設(shè)千斤頂；

c.根據(jù)支撐胎架每步的卸載量，將支撐胎架的下端割除；

d.根據(jù)每次的卸載量，抽掉相應(yīng)厚度的墊板；

e.千斤頂統(tǒng)一下降，開始卸載；

f.卸到預(yù)定位置，即墊板緊頂胎架下端槽鋼后移走千斤頂，開始另一批支撐胎架的卸載工作；

g.循環(huán)反復(fù)，直至卸載完畢。

3.2.3 卸載應(yīng)注意事項

①落位前需檢查可調(diào)節(jié)支承裝置（千斤頂）的下降行程量是否符合該點(diǎn)撓度值的要求、計算千斤頂行程時要考慮由于支架下沉引起行程增大的值，據(jù)此余留足夠的行程余留量（應(yīng)大于 50mm）。關(guān)鍵支撐點(diǎn)要增設(shè)備用千斤頂，以防應(yīng)急使用。

②落位過程中要“精心組織、精心施工”，要編制專門的“落位責(zé)任制”，設(shè)總指揮和分指揮分區(qū)把關(guān)；整個落位過程在總指揮統(tǒng)一指揮下進(jìn)行工作。操作人員要明確崗位職責(zé)，上崗后按指定位置“對號入座”。發(fā)現(xiàn)問題向所在區(qū)域分指揮報告，由分指揮向總指揮報告，由總指揮統(tǒng)一處理問題。

③用千斤頂落位時，千斤頂每次下降時間間隔應(yīng)大于10min為宜，以確保結(jié)構(gòu)各桿件之間內(nèi)力的調(diào)整與重分布。

④5級風(fēng)以上、中雨以上或雷雨天氣禁止進(jìn)行卸載工作；夜間暫時停止卸載作業(yè)，并做好技術(shù)交底、安全交底等各項工作。

⑤因設(shè)計值不一樣，所以每一軸線的卸載數(shù)值均不一樣，在卸載過程中，對每一級每一軸線均進(jìn)行變形監(jiān)控。

⑥在全部卸載完后，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行高程監(jiān)控，做好變形測控，保證結(jié)構(gòu)安全和符合設(shè)計要求。

3.2.4 卸載測量監(jiān)控

卸載監(jiān)測以變形監(jiān)測為主，包括對主體結(jié)構(gòu)的監(jiān)測及對臨時支撐的監(jiān)測。

現(xiàn)場設(shè)置測量控制點(diǎn)，對現(xiàn)場進(jìn)行動態(tài)實(shí)時監(jiān)測。同時采用刻度對比的方法觀測每個胎架的卸載量。卸載完畢后再采用全站儀進(jìn)行全面測量。

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(jìn)行加密。

考慮到胎架最大承重在 HJ-1桁架梁上，故以HJ-1作為驗算分析對象，HJ-1在施工荷載作用下，桿件最大應(yīng)力比約0.58，豎向最大位移約48.7mm，滿足設(shè)計要求。為確保設(shè)計標(biāo)高，根據(jù)卸載最大位移量，在構(gòu)件制作及安裝前提前考慮起拱，以抵消卸載位移量。

3.2.5 卸載模擬計算

屋面主體結(jié)構(gòu)按同時卸載計算，卸載后最大位移為50.9mm，約為1/1650，滿足設(shè)計要求。為確保設(shè)計標(biāo)高，根據(jù)卸載最大位移量，在構(gòu)件制作及安裝前提前考慮起拱，以抵消卸載位移量。

圖5 有限元計算

4 結(jié) 論

以淮南大劇院屋蓋鋼結(jié)構(gòu)施工為背景，利用原設(shè)計結(jié)構(gòu)自身承載性能，設(shè)計了具有創(chuàng)新意義的懸空支撐體系，實(shí)現(xiàn)了上部大跨度鋼網(wǎng)格結(jié)構(gòu)高空原位拼裝及高空體系轉(zhuǎn)換，極大地節(jié)約了施工成本，順利地完成了復(fù)雜條件下大跨度鋼網(wǎng)格結(jié)構(gòu)施工。

［1］潘多忠.大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工力學(xué)分析及應(yīng)用研究［D］.廣州：華南理工大學(xué)，2011.

［2］崔曉強(qiáng)，郭彥林，葉可明.大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工過程的結(jié)構(gòu)分析方法研究［J］.工程力學(xué)，2006（5）：83-88

TU391

B

1007-7359（2016）02-0042-03

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.02.015

唐正輝（1979-），男，安徽巢湖人，畢業(yè)于安徽建筑工業(yè)學(xué)院，工程師。