大跨度鋼結構逆向同步拆除施工工藝

楊 俊 劉 星 潘 峰

上海建工五建集團有限公司 上海 200063

目前，隨著人們對城市功能和需求的變化，越來越多的城市建（構）筑物需要更新。更新中的一項重要工作便是拆除，傳統的拆除施工手段包括滿堂腳手架人工拆除、爆破拆除、大型機械拆除等一些較為綠色環保的方法。但是，對于周邊環境十分復雜、現場空間狹小等條件下的拆除作業施工研究較少，有必要進行相關研究[1-5]。

1 工程概況

本工程位于上海徐家匯社區南部，西至漕溪北路、南至中山南二路、東至天鑰橋路、北至零陵路，項目總建筑面積115 487.7 m2。工程體育館內有一座建于1999年的大舞臺鋼構架，該位置要改建為看臺，故需拆除原有的大舞臺鋼構架。該鋼構結構形式為管桁架，總質量約190 t，由13榀縱向平面管桁架和9榀橫向平面管桁架組成；桁架一端支承于E 軸的混凝土柱牛腿上，另一端通過2組錐形格構柱支撐于基礎面上（圖1）。

圖1 原有舞臺照（左）及舞臺桁架建筑立面（右）

工程難點體現在以下幾個方面：

1）舞臺中央有小基坑，無法承載大型拆除裝置，只能使用質量為25 t以下的拆除裝置。

2）上海體育館舞臺空間狹小，且在＋7.45 m處有混凝土平臺，無法一次性下放，故采用分段拆除、分段下放的方式。

3）滿堂腳手架搭設約3.5萬 m3，高空散拆困難，桁架桿件質量為90 kg/m左右，需分割再下放。另外，舞臺附屬設備、風管、橋架等需要在高空先行拆除下放。

4）倒錐形柱拆除時水平分力大，難以克服。

5）大舞臺鋼構架服役近30年，增加構件受力，安全隱患大。

基于以上難點，本文開展了鋼結構相關拆除施工工藝的研究。

2 復雜周邊環境下逆序同步拆除施工工藝流程

鑒于對現場施工條件及現有結構布置的分析，從舞臺鋼構架拆除的安全性和拆除效率等多方面考慮，本工程舞臺鋼構架采用 超大型液壓同步提升技術 ，將舞臺鋼構架采取 逆序同步下放、三次解體、五段拆除 的施工工藝進行拆除，并考慮拆除過程中引起建筑物重心變化的影響因素。

復雜周邊環境下逆序同步拆除裝備的立面和平面布置如圖2所示，施工流程如圖3所示。

圖2 拆除裝備立面及平面布置示意

圖3 館內大舞臺單體逆序同步拆除施工流程

2.1 前期準備工作

前期準備工作主要包括現場準備工作和拆除裝備的安裝等。

現場準備工作包括利用現有馬道系統搭設人員施工通道，同時拆除影響桁架下降的部分馬道。拆除提升架區域內風管；利用下弦桿搭設施工平臺，供安裝提升架使用，在上弦相關區域搭設腳手架操作平臺安全平網，安裝提升架水平連系構造系統。先鋪設C形鋼龍骨，然后在其上鋪設木板，作為操作平臺。下弦操作平臺利用桁架豎桿設置生命線及欄桿，上弦因與原大網架距離較近，原大網架的下弦桿件及吊頂龍骨可以作為操作平臺的生命線及欄桿。

拆除裝備的安裝包括支撐結構架體、動力裝置等。根據現場實測數據，安裝拆除用臨時措施，包括格構式塔架、臨時支架、導向柱、加固桿件以及水平構造等；在舞臺基坑內搭設2組格構式塔架；在2組舞臺鋼構架格構柱的主肢側面各搭設一組門形支架；設置2根垂直導向柱，與桁架連接。在塔架和支架的頂部安裝液壓提升系統，包括液壓泵源系統、提升器、傳感器等；在與塔架對應的桁架上弦處安裝下吊點臨時吊具等，舞臺鋼構架格構柱處的下吊點直接利用主肢焊接臨時牛腿；在提升上下吊點之間安裝專用底錨和專用鋼絞線。

2.2 檢查和調試

檢查鋼結構單元以及所有臨時措施是否滿足設計要求；確認無誤后，調試液壓同步提升系統，提升架上的提升器開始試加載；加載至設計荷載的30%后，暫停加載。

2.3 三次解體、五段拆除

根據結構布置，在桁架正下方的Dü E 軸范圍內有混凝土平臺，標高＋7.45 m，因此舞臺鋼構架的桁架部分共分為3次拆除，格構柱部分根據施工工藝安排，每次拆除一個節間的桿件，共分為5次拆除（圖4）。

圖4 舞臺鋼構架橫向解體順序及豎向支撐柱拆除順序

在E 軸各柱邊搭設腳手架，開始切割舞臺鋼構架E 軸處的支座；切割格構柱與混凝土柱之間的連系梁，切割完成后，舞臺鋼構架的格構柱提升器加載，在第1個節點下方400 mm的位置處切斷。

2.3.1 橫向三次解體

1）第1次拆除。液壓系統逐級加載穩定后拆除E 軸支座處桿件；通過腳手架系統拆除E 軸處支座，因7.65 m平臺為平整的混凝土樓面，不可直接進行整體下放，故擬采用盤扣架組拼2部可移動的腳手架，用于支座及附近桿件拆除。桿件利用上方網架上的葫蘆下放，在腳手架內部留置吊裝孔，方便桿件散拆后從吊裝孔運至地面。活動腳手架底部為增加穩定性而增加放大腳，腳手架頂部標高低于舞臺桁架下方，方便移動。移動就位后，用于拆除上弦桿件、馬道等其他工作。E 軸拆除時，首先拆除軸線之間的桁架桿件，然后再切割支座及支座處桿件。拆除支座時，先切割上弦支座，然后切割下弦支座板，下弦支座板切割后仍擱置在原支座上，靜置0.5 h，待應力充分釋放后，再拆除周圍桿件。

2）第2次拆除。依次拆除錐形桁架柱節段，將桁架下放至7.5 m標高平臺處，做好臨時支撐，在7.5 m平臺上，利用盤扣腳手架，拆除平臺范圍內的通風管、馬道等附屬結構，桿件散拆后，分批從平臺樓梯運至一層。平臺與地面交界處的網格，可利用未拆除部分桁架上下弦搭設操作平臺進行拆除，方法同前。

3）第3次拆除。依次拆除錐形桁架柱節段，將桁架下放至地面，下弦擱置在舞臺基坑側壁上，用腳手架或其他材料（鋼管、磚等）做好臨時支撐，保證桁架在地面保持水平，利用盤扣腳手架拆除基坑以外范圍內的通風管、馬道等附屬結構。拆除周邊桁架后，利用大網架上的葫蘆及起重機，拆除提升架正負零以上節段，然后將基坑上方桁架切分成3塊后，用汽車吊吊運到平地上拆除。

2.3.2 豎向五段拆除

1）第1次拆除格構柱。液壓提升系統繼續按照40%、60%、80%、90%、95%、100%的順序逐級加載至設計荷載的100%，直到舞臺鋼構架與支座分離為止，同時，格構柱切割位置處上下分離，將桁架整體上升30 mm；停止加載后，提升系統靜置6～12 h；檢查臨時措施及舞臺鋼構架自身有無異常情況，確認正常后，開始拆除支座及與支座相連的桿件，同時，將格構柱的第1個節間拆除（圖5）。

圖5 第1次拆除現場及分析模型

拆除桁架錐形柱前，為安全起見，在2個錐形柱之間張拉2道水平鋼纜，用葫蘆（10 t）張緊。利用汽車吊拆除原有桁架與看臺柱之間的連系梁，然后在靠近基礎的位置做第1次切割，切割出5～10 mm間隙后，靜置0.5 h，檢測桁架整體穩定性。第2步進行第2次切割，然后準備第1次整體下放。

分析結果表明：結構的最大應力比為0.8，豎向位移為－23.50～2.46 mm，結構的臨界荷載安全系數最小值為2.4，大于1，滿足規范的穩定系數要求，結構安全。

拆除完成后，利用液壓提升系統開始將舞臺鋼構架整體下放。下放過程中，通過液壓提升系統的流量和位移傳感系統控制下降速度及下降距離等。根據屋頂鋼結構的布置以及提升工況計算的結果，提升時共設置4組吊點，每組提升平臺布置1臺液壓提升器，共計4臺。每臺液壓提升器處各設置一套行程傳感器，用以測量提升、下降過程中各臺液壓提升器的位移同步性。主控計算機根據各個傳感器的位移檢測信號及其差值，構成 傳感器－計算機－泵源控制閥－提升器控制閥－液壓提升器－結構單元 的閉環系統，控制整個提升過程的同步性。結構下降前，需要利用液壓系統將結構整體提升30 mm左右，在提升過程中對結構單元、臨時措施、液壓設備系統進行觀察和監測，確認是否符合模擬工況計算和設計的條件，保證下降過程的安全。以計算機仿真計算的各吊點反力值為依據，對結構單元進行分級加載（試提升），各吊點處的液壓提升系統伸缸壓力分級增加，依次為20%、40%、60%、70%、80%；在確認各部分無異常的情況下，可繼續加載到90%、95%、100%，直到結構單元全部脫離拼裝胎架。

在分級加載過程中，每一步分級加載完畢，均應暫停并檢查，如上吊點、下吊點結構，提升單元等加載前后的變形情況，以及主體結構的穩定性等。若一切正常，則繼續下一步分級加載。當分級加載至結構單元即將離開支座時，可能存在各點不同時離地，此時應降低提升速度，并密切觀查各點離地情況，必要時做 單點動 提升，確保結構單元平穩上升。

在下降過程中，因空中姿態調整和格構柱落地等需進行高度微調。在微調開始前，將計算機同步控制系統由自動模式切換成手動模式。根據需要，對整個液壓提升系統中各個吊點的液壓提升器進行同步微動（上升或下降），或者對單臺液壓提升器進行微動調整。微動即點動調整精度，可以達到毫米級，完全可以滿足結構安裝的精度需要。結構單元每次下降至距離設計標高約100 mm時，暫停下降；各吊點微調使結構精確下降到達設計位置并確保格構柱穩定支撐于地面后，液壓系統設備暫停工作，保持結構單元的姿態，使結構單元形成整體穩定受力體系，液壓提升系統設備同步減壓，至鋼絞線完全松弛；拆除格構柱處的下吊點相關臨時措施，并上移至下一個節點，重復以上工作，直到桁架全部落位于地面后，拆除液壓系統及所有臨時措施，完成結構單元的整體下降作業。

當格構柱穩定支撐于地面上后，暫停下放；格構柱處的2組吊點分級卸載，直到液壓提升系統的壓力為零；將格構柱處的下吊點拆除；在格構柱的下一節點處再次安裝臨時牛腿。

2）第2次拆除格構柱。安裝完成后，格構柱處的液壓提升系統重新逐級加載，直到格構柱與地面的支撐脫開后，停止加載；切割并拆除格構柱第2個節間的桿件等；利用液壓系統整體下放至下一個節點，并穩定支撐于地面上。另外，對該工況進行仿真分析，分析結果表明：結構最大應力比為0.8，豎向位移為－24.05～2.46 mm，結構的臨界荷載安全系數最小值為2.4，大于1，滿足規范的穩定系數要求，結構安全（圖6）。

圖6 第2次拆除現場照及分析模型

3）第3次拆除格構柱。拆除完成后，繼續利用計算機同步液壓提升系統按照以上順序每次下放1個節間；拆除格構柱第3個節間的桿件。另外，對該工況進行相關的仿真分析，仿真分析的結果表明：結構最大應力比為0.67，豎向位移為－71.99～5.40 mm，結構的臨界荷載安全系數最小值為9.6，大于1，滿足規范的穩定系數要求，結構安全（圖7）。

圖7 第3次拆除現場照及分析模型

利用液壓系統整體下放至桁架部分與＋7.45 m的平臺沖突時，暫停下放。在二層施工區域，利用腳手架做好臨時支撐，零散拆除桁架桿件。

4）第4次拆除格構柱。拆除平臺范圍內舞臺桁架后，繼續拆除格構柱第4節間的桿件。利用液壓系統整體下放至下一個節點，并穩定支撐于地面上。另外，對該工況進行仿真分析，分析結果表明：結構最大應力比為0.63，豎向位移為－72.60～5.45 mm，結構的臨界荷載安全系數最小值為9.8，大于1，滿足規范的穩定系數要求，結構安全（圖8）。

圖8 第4次拆除現場照及分析模型

5）第5次拆除格構柱。繼續拆除格構柱第5節間的桿件。另外，對該工況進行仿真分析，分析結果表明：結構最大應力比為0.59，豎向位移為－85.50～6.55 mm，結構的臨界荷載安全系數最小值為10.1，大于1，滿足規范的穩定系數要求，結構安全。

利用液壓系統整體下放桁架部分到地面后再進行拆解，完成舞臺鋼構架的拆除。拆除平臺范圍內桁架后，繼續下放，直到舞臺鋼構架全部下放至地面，搭設活動腳手架，利用25 t汽車吊進行拆解，拆除液壓提升系統及臨時措施，完成舞臺鋼構架的拆除作業（圖9）。

圖9 第5次拆除現場及分析模型

3 結語

本工程順利采用了逆序同步拆除施工工藝，完成對館內大舞臺鋼構架單體的拆除，表明此次采用的 逆序同步下放、三次解體、五段拆除 的工藝流程可行實用，能有效克服傳統拆除工藝難以滿足復雜周邊環境下施工要求的難題，實現整個施工過程的安全、環保、經濟、高效，可為類似工程提供一定的借鑒。