大劇院鋼結構屋蓋卸載模擬及應力監測

余 波, 晉 惠, 郭 翔

(四川省建筑科學研究院, 四川成都 610081)

作為城市地標建筑通常大劇院建筑結構復雜包含公共音樂廳、綜合演藝廳、戲劇表演大廳等各部分組成，全鋼結構作為劇院的屋蓋部位所使用鋼結構跨徑都比較大，且是曲面結構，構件制作、安裝的難度很大。

1 工程概況

某市大劇院，是一座以大中型表演場所及市民休閑、健身、娛樂等功能于一體的大型文化設施，其中主體占地46 055 m2，建筑物的高度36 m，結構為地上3層，地下2層、剪力墻結構表現形式為鋼框架，上部屋蓋為管拱析架鋼結構，為可容納2.3萬觀眾的藝術表演建筑場館、設置臨時支撐館鋼結構在大跨度及懸挑析架下，根據安裝工藝要求安裝時在二、三層中軸線鋼柱，其余四個為大跨度架兩側懸挑部位設置12個支撐架，屋頂層共設置十六個支撐架。

2 劇院屋蓋鋼結構卸載工藝概述

屋蓋部位的結構十分復雜，所以卸載的形式復雜，需要通過計算和分析，臨時支撐在卸載前先做好，在主體建筑結構不損壞前提下才能確定進行移除。

按照審批通過的方案進行施工，可以確保卸載臨時支撐的過程的安全，并且區域臨時支撐卸載不同屋面位置和的實際情況與屋面相結合，有序進行協調指揮，卸載過程中隨時溝通，聽從調度卸載，對臨時支撐監測檢查。

卸載過程中臨時支撐或屋面的受力和實際測量數據存在誤差，必須及時有應急處理方案應對卸載過程中可能出現的意外情況。卸載臨時結構的周邊要留出足夠的空間，提前作好控制點，使得大劇院整體建筑結構完整性安全性有保障。支撐頂部進行卸載的方式是大多臨時結構卸載采用的方法，所有的施工都在空中進行，所以需要確保設備和操作人員的安全，杜絕設備掉落砸傷物造成破壞和人身傷害，通過使用保險繩的方式全部固定住所有機具；要求參與人員注意安全，具有自我保護意識，通過自身保障的安全施工作業進入施工平臺、通道等避免安全事故的發生[1]。

3 屋頂鋼結構卸載模擬

3.1 對屋頂卸載流程描述

先審批鋼桁架拆卸載方案，在卸載前進行鋼架施工質量驗收，然后進行鋼架卸載及應力應變監測點及坐標點測量，進行三層鋼析架應變監卸載及應變監測，然后進行第二層測量后進行坐標測量，最后卸載在完成后進行卸載上報工作完成后鋼析架支撐點進行測量。

3.2 卸載前的準備

卸載前首先通過經過經專家論證施工方案開展進行詳細編制的方案后，進行詳細的工作安排，接下來進行技術交底并進行交底講解。

然后對各結構面結構和各桿件進行卸載前測量，做好測量記錄工作復核工作。

計算機操作模擬通過對結構應力變形來開展分析，卸載過程中進行監測情況與變化的的計算工作，對卸載預先進行控制。

在下一步施工中，準備使用的支撐好卸載支撐架頂面螺旋中需要千斤頂。依據通過析架下距離不同弦底面的現場的千斤頂支撐點，通過選取使用高度進行支撐，自鎖性能的利用通過對其進行下降卸載逐量[2]。

然后，對每個千斤頂對結構情況進行檢查，解除各千斤頂的支承約束，通過解除接觸約束其余輔助支撐對于均已實施方法。

3.3 屋頂卸載順序描述

第一步對懸挑第四層部位中間8個支撐點進行卸載，卸載量為5 mm;接下來再進行懸挑部位兩邊個支撐點的卸載，卸載量為10 mm;再進行中間8個支撐點的卸載，卸載量為10 mm。最后進行兩個核心筒中4個支撐點的卸載。

在完成第四層卸載后，支撐架進行卸載重復操作，對第3層進行上述卸載工序，復上述卸載工序， 完成第3層的卸載完成后，再重新支撐架卸載進行第二層操作。通過按照上述順序由上向下逐層進行卸載操作，最后整體結構達到設計狀態所要求，卸載工作完畢[3]。

3.4 卸載過程控制

首先通過各千斤頂的定位高度測量未卸載前的卸載力量控，并做好記錄。其次以替換的千斤頂卸載量每次卸載標高為做好掌握進行制下一次卸載，精確控制卸載進行。允許卸載量的各次誤差控制在3 mm以內。在完成后，應對卸載點的標高進行測量以確定調整值。

4 卸載方式具體分析

屋蓋結構屬于殼拱造型，造成不規則受力跨度大結構，但臨時格構柱的卸載安裝是支撐完成的，支撐拆除時將施工階段由屋蓋鋼網格構柱受力傳遞，將會使結構大大增加臨時過渡結構受力，因此施工難點技術需要注意的。

4.1 原設計卻載方案

用整體卸載的施工方案，,這是根據本工程結構特點對中心區鋼結構屋蓋及施工情況后做出的決定，分批、分片待整個高空成型鋼結構屋面進行同步卸載鋼結構，按照先后次序進行，每個卸載批次確保步驟同步，通過安排若干批次拆除支撐胎架。

4.2 實際施工方案

原整體卸載方式不能滿足工期安排，為了使分段流水在鋼結構單元實現施工，幕墻作業提前介入屋面，分區卸載的方式通過分階段采用。即將三個大區分為屋蓋現場應用，在安裝區卸載區多一跨前提下，卸載可在局部區域屋蓋開展施工作業。

4.3 分析計算卸載過程

鋼拱的柱腳均為剛接柱腳，通過進行模擬分析采用國際計算軟件通用MIDAS對卸載周期計算。其中，荷載為構件自重，格構柱柱腳采用鉸接柱腳。自重取值1.0，施工過程中主要目的。卸載區域分別為E-D區按照實施垂直的Z工部署分區和A-C區位移量，所需考慮除平面外還需考慮X向、Y向位移空問向位移。

5 分段卸載施工技術流程

5.1 劇院屋蓋卸載工藝描述

本工程中不同荷載屋蓋跨度在與鋼結構不規則屋蓋支撐拱，卸載方法對于不同節點需要因此使用不相同方案制定。采用對屋蓋卸載直接切割法通過模擬計算結果，采用油缸卸載法進行支撐拱卸載。卸載前在柱頭支撐上標記5 mm刻度線，通過直接切割法工藝流程，卸載完工，拱自然下落用氣割緩慢削割5 mm，接下來階段卸拱5 mm再按上述步驟進行。

5.2 觀測點布置選取

測點布置按計算結果，所有的節點對于屋蓋鋼結構的定位上測點設置。施工過程中布置原則為屋蓋、桿件的應力變化最大、關鍵節點布置測點。

5.3 與預應力配合完成施工

粘結鋼筋陸空側預應力側對稱4對和中央大廳與巨型拱腳承臺間設置了，時現上部鋼結構抵消目的是為了水平推力屋蓋產生的，區兩側拱梁結合部位為粘結預應力筋有預應力EH一區，張拉拱腳位置配有16條12孔波紋管有粘結，管內臨時布設126根有;A一C區拱腳內配有8條7孔有粘結波紋管。支撐向支撐拱鋼結構安裝分區圖中A一C區及E一H管內布設48根有粘結預應力筋。受力進程進行隨著情況漸由過程在卸載中，承臺傳力對象拱腳內逐底部基礎的的轉變，也是一個充分抵消掉卸載變化的過程。因此不同時期的分階段張拉，變形水平卸載所產生與推力隨承臺應根據的預應力鋼筋。

6 卸載過程監測描述

6.1監測方式和內容各種監測方式通常有聯合自動以及人工監測。聯合監測是配合人工監測將上述兩個方法結合起來。本工程監測對比上述方法，主要監測采用方式中監測費時、準確性高費力不大。監測設備在自動監測采用多種多類的小型的自動化程度傳感器和實時在線利用平臺系統對進行結構的監測。內容包含:

重點幾何監測:混凝土挑架監測各層懸支承鋼管樓的組合柱的側移撓度。

應力桿件監測:重點應變監測應變各樓層懸挑架上、下截面腹桿弦、根部狀態、吊桿及樓層間應力。

6.2 卸載監測方案

(1)根據工程鋼結構施工受力、對及現場實際性能情況，懸挑析架應力析架吊桿選取2層、3層及4層，作為應力測上、下翼緣點應選對于監測測點應選根據結構受力特點，構件中點處力懸挑析架在上在析架根部節間。

可靠性是應力監測結構長期監測監測析架桿件是一個的過程，至關重要的對于監測儀器。本工程現場情況考慮復雜設備監測儀器到振弦式弧焊型施工監控穩定性、數據連續性、經濟性等因素、構件應力振弦式讀數儀數監測應力采用應變計，鋼結構持續時間數據采集裝置應用。

(2)變形監測選用全站儀對懸挑架進行，變形特點結構根據，卸載前懸挑架采用全站儀對監測點布置在鋼架鋼結構位置模型的位移、倒算鋼架采用全站儀結構位移監測本工程變形的懸挑端節點。支撐點三維坐標點位置上的鋼析架的支撐點，上弦點進行測量并出絕對坐標，二次對拆除支撐點鋼架同時對維坐標點測量計算出拆除驗算進行支撐后結構，在的位置進行最后進行監控點位移與卸載完成后位移計算、對比實際位移。

7 結束語

通過對大劇院鋼結構鋼結構屋蓋卸載模擬及應力進行監測，在模擬拆卸中使用分區拆卸的方法，對過程做好質量管控和流程規范，同時對應力的分析發現，整個鋼結構屋蓋受力實現平穩過渡，模擬結果與實際變形量基本相符。