大跨度空間鋼結構同步卸載技術

陳 慶,蔣曉洪

(中國五冶集團有限公司,四川成都 610063)

1 工程概況

南充博物館為大型綜合性博物館，建設內容主要包括藏品用房、陳列展覽用房、技術及管理用房、觀眾服務設施用房以及設備配置等，項目占地面積為38 119 m2，建筑面積為49 157 m2(圖1、圖2)。

圖1 建筑整體效果

圖2 鋼結構整體效果

地上四層，地下一層，地下局部設有夾層，采用鋼筋混凝土筒體-鋼桁架-鋼筋混凝土框架組成的混合結構體系，建筑高度31.2 m。

二層設有局部懸挑桁架；三層樓面以上由4個鋼筋混凝土筒體支承八榀主鋼桁架形成的屋蓋鋼結構,鋼結構部分樓板為鋼筋桁架式組合樓承板。

核心筒共計有4個，采用型鋼混凝土結構，核心筒鋼柱采用口400×400×50箱型鋼骨柱，材質Q345B，鋼骨柱外裹C40混凝土。

鋼屋蓋總重量約7 800 t，采用地面整體拼裝，4個核心筒頂設置32臺350 t千斤頂計算機控制液壓整體提升的施工方式，提升合龍焊接完成后，同步卸載(圖3、圖4)。

圖3 施工效果

圖4 施工實照

2 卸載總體思路

經對施工狀態下結構受力體系進行計算機模擬分析，各個核心筒之間相互影響較小，為縮短工期節約人工，在完成一個塔樓焊接、卸載、拆除的全部工作后，再進行下一個塔樓施工，總體順序按照2號核心筒→3號核心筒→4號核心筒→1號核心筒的順序(圖5)。

圖5 卸載順序

3 卸載流程

經計算桁架設計狀態，桁架斷面位置豎向力由上弦桿、下弦桿各承載約8 %，斜腹桿承載85 %，因此卸載時按照以上比例進行(表1)。

表1 卸載流程

提升過程中，下錨點設置在桁架上弦，首先對口下弦桿，利于第二步上弦桿對口調整，反之則不便調整。桁架斷面豎向力主要通過斜腹桿傳遞，最后連接斜腹桿，并全部卸載，有利于接近設計狀態。

4 同步卸載施工模擬

采用Sap2000程序的空間桿系有限元方法計算。桁架結構采用Frame單元，荷載作用點(鉸接或剛接節點)到截面形心的偏心采用剛臂(剛體約束)模擬。結構重量采用分段計算。整體模型如圖6所示。計算結果如圖7～圖12所示。

圖6 整體模型

圖7 鋼絞線各階段載荷曲線

圖8 上弦桿各階段載荷曲線

圖9 下弦桿各階段載荷曲線

圖10 腹桿各階段載荷曲線

圖11 加固桁架各階段變形曲線

圖12 卸載過程中結構應力情況

經計算，卸載過程中結構應力滿足要求,應力比較大的20根桿件均為臨時構造(表2)。整體計算滿足受力及變形要求，整個過程安全可控。

5 整體結構卸載

(1)卸載前應進行詳細的卸載分析計算，根據卸載方案進行卸載工作。

(2)卸載前應進行卸載過程的模擬培訓工作，確保卸載過程中的同步性。

(3)卸載前應完成主體結構所有構件安裝工作，主體結構的所有焊接工作，需探傷檢測的部位已全部通過自檢和第三方檢測并已全部合格，具備上述條件后，方可進行卸載。

(4)卸載過程中，要求做到設計統一、組織機構統一、監測統一和卸載工具統一，確保卸載安全。

(5)卸載過程中，應有可靠的測量測控措施對卸載工作進行監控，根據監測結果及時調整各支撐點的卸載位移量；并應采取可行的措施消除水平位移的累積，確保卸載安全。

(6)卸載是一個復雜的過程，為了保證結構體系的安全、平穩過渡，必須建立嚴格的組織管理體系。組織體系中設置一位總指揮，負責工程全面的卸載過程的指揮與協調；兩個副總指揮及若干作業組長，負責卸載過程的實施及監控，每個班子都要設監測人員、安全員、協調與監視人員、指揮與調度員，下設作業隊。

(7)卸載完成后提升支架、加固桁架在確認結構滿足使用及設計、規范的安全狀態下拆除。

6 臨時加固結構拆除

為了保證提升過程中結構的變形可控、對口焊接精度符合要求，加固桁架剛度較大。在完成上、下弦桿焊接后，主桁架載荷仍通過加固桁架上、下弦桿傳力，原設計主桁架上、下弦結構內力較小。因此加固桁架的拆除與一般臨時結構拆除不同，這個過程是重要的受力轉換過程，會很大地影響最終狀態與設計狀態的符合，不符合要求的拆除程序甚至可能導致結構安全隱患。

表2 應力最大桿件統計

(1)拆除前檢查各個焊接位置強度是否達到要求。

(2)1、2、3、4四個塔樓同步割除加固桁架ABCD面上弦桿；要求事先通過培訓，保證16名焊工割除速度基本一致，割除位置位于桁架上弦桿正中，按照上翼緣→腹板→下翼緣順序進行割除。

(3)1、2、3、4四個塔樓同步割除加固桁架ABCD面下弦桿，要求同上。

(4)1、2、3、4四個塔樓同步割除加固桁架ABBCCDDA面上弦桿，要求同上。

(5)1、2、3、4四個塔樓同步割除加固桁架ABBCCDDA面下弦桿，要求同上。

(6)割除其余構件，拆除提升支架。

7 結束語

南充市博物館鋼結構自重大，鋼桁架屋蓋造型復雜，運用同步提升多點同步卸載確保原結構的安全性、可靠性。施工全過程采用計算機仿真模擬計術，運用于工程實際施工過程中。成功使原結構卸載完成后最終狀態和設計狀態相符合，為以后類似工程積累了寶貴的經驗。