大型體育場館屋架卸載施工技術

邵 暄

上海市機械施工集團有限公司 上海 200072

1 工程概況

靜安體育中心項目為綜合體育建筑，位于上海市靜安區，東側為規劃商業服務用地、明園森林都市三期，南側為大寧國際第一幼兒園、永和東路；西側為人民電器廠、靜安區人民法院；北側為汶水路、中環線高架。總用地面積61 733.8 m2，總建筑面積71 291.17 m2，地上建筑面積44 880.91 m2，地下建筑面積26 410.26 m2。

本工程主體鋼結構主要分為2個部分：外框鋼結構區域及網架結構（圖1）。外框鋼結構部分由鋼柱、環向鋼梁、兩榀倒三角管型重要桁架、徑向平面主桁架以及連系構件（桿、桁架）組成，覆蓋范圍為214 m×99 m。徑向桁架呈發散射線式分布，與外圈柱頂剛接并一一對應，最大跨度為93.7 m。桁架間采用平面桁架連接，桁架在屋脊以內高約2.5 m，為保證徑向桁架面外穩定，等間距設置6道環向次桁架，最內圈一道為封邊桁架。為節省用鋼量，在徑向桁架受壓為主的上弦層額外設置多道水平支撐。構架結構桁架跨度較大，其中屋脊弧形桁架的最大跨度為146 m，徑向桁架最大跨度為94 m。鋼結構總質量為2 000 t。

圖1 鋼屋架結構形式

2 卸載分區及卸載點位設置

該項目屋架結構面積大，同時對屋架結構進行卸載，無法精確控制變形，考慮現場有效控制卸載量及結構變形，合理分配施工設備及人員。通過模型分析計算，劃分構架卸載區塊，根據徑向桁架卸載分為3個區塊（圖2）。

圖2 卸載分區平面布置

卸載分區1的同步卸載點位設置在軸線JHJ2a、JHJ4a、JHJ8a，單根軸線上的徑向桁架設置2個卸載點，對應的支撐編號分別為1-23#、2-23#，1-25#、2-25#，1-29#、2-29#，共計6個同步卸載點，具體布置如圖3所示。

圖3 分區1同步卸載點位布置

卸載分區2的同步卸載點位設置在軸線JHJ12、JHJ8、JHJ6、JHJ2，單根軸線上的徑向桁架設置2個卸載點，對應的支撐編號分別為1-10#、2-10#，1-14#、2-14#，1-16#、2-16#，1-20#、2-20#，共計8個同步卸載點，具體布置如圖4所示。

圖4 分區2同步卸載點位布置

卸載分區3的同步卸載點位設置在軸線JHJ21、JHJ17、JHJ14，單根軸線上的徑向桁架設置2個卸載點，對應的支撐編號分別為1-1#、2-1#，1-5#、2-5#，1-8#、2-8#，共計6個同步卸載點，具體布置如圖5所示。

圖5 分區3同步卸載點位布置

環形主桁架同步卸載點設置于主桁架THJ1-7、THJ1-9、THJ1-11、THJ1-13、THJ1-15，同步卸載點利用主桁架下方原有臨時支撐，對應支撐編號分別為4#、5#，6#、7#，8#、9#，10#、11#，12#、13#，具體布置如圖6所示。

圖6 環形主桁架同步卸載點位布置

環形桁架下方支撐主要為塔架支撐，塔架頂部為轉換鋼梁以及2根立柱，分別支撐于三角桁架下弦以及外側上弦。轉換鋼梁規格主要為36b#工字鋼，具體布置如圖7、圖8所示。

圖7 環形主桁架支撐示意

圖8 主桁架THJ2臨時支撐

南北向主桁架分段安裝，下方混凝土柱頂部設置2根H型鋼，分別支撐于主桁架的2根上弦桿處。徑向桁架為單榀分段高空拼裝。每根軸線的徑向桁架下方為2根臨時支撐，即塔架支撐或φ609 mm圓管支撐，具體布置如圖9所示。

圖9 徑向桁架支撐示意

徑向桁架支撐，塔架支撐上方設置轉換鋼梁及立柱，單根立柱支撐于徑向桁架下弦。φ609 mm圓管支撐上方設置轉換立柱，單根立柱支撐于徑向桁架下弦，具體布置如圖10所示。

圖10 徑向桁架支撐示意

3 支撐形式選擇

結合本工程鋼結構特點和機械設備性能，根據外圍鋼柱、主要桁架及徑向桁架進行分段，分段節點部位需設置臨時支撐。由于分段節點下方支撐點樓層高度不同，考慮支撐穩定性，故采用2種不同形式的支撐：φ609 mm單根支撐及塔架支撐。塔架支撐上部節點采用25a#工字鋼焊接，臨時支承的H型鋼擱置點標高必須按照設計要求進行定位。支撐下部采用2塊路基箱進行荷載擴散。塔架支撐于樓板上時，采用路基箱擴散，當遇高低跨時，采用2根36#工字鋼進行荷載的轉換。φ609 mm單根支撐上部節點采用25a#工字鋼焊接，臨時支承的H型鋼擱置點標高必須按照設計要求的標高進行定位。支撐下部采用單塊路基箱進行荷載擴散（圖11）。

圖11 塔架及φ609 mm單根支撐節點

2種支撐形式各有優劣，φ609 mm圓管搭設便利，工人操作熟練，但為保證正常焊接需另行搭設腳手架，腳手架工作量大；且本工程為長細比控制，故φ609 mm支撐形式需設置八字撐以保證斜柱及支撐穩定。塔架支撐穩定性能好，易于拼裝，由于內部有登高措施，故無需搭設腳手架，安全性高。2種支撐形式在項目上皆有應用，為保障危險性較大的工程安全性提供了有力的技術支持。

4 卸載前結構施工狀態

卸載前完成以下結構的安裝：所有鋼柱、環形主桁架、南北向主桁架；JHJ22軸線與JHJ9a軸線之間所有徑向桁架以及相應的次桁架與連系桿；陰影區域內為2條施工縫，陰影區域內的次桁架、連系桿待徑向桁架卸載完成后安裝；外框斜柱臨時支撐全部卸載并拆除。

5 卸載流程

總體卸載流程：先分區卸載徑向桁架，然后同步卸載環形主桁架。徑向桁架卸載流程：跳幫卸載非同步卸載點位的所有臨時支撐；徑向桁架分3塊區域依次同步卸載；安裝施工縫內次桁架及連系桿件。環形主桁架卸載流程：非同步卸載點位支撐卸載；同步卸載點位三角桁架外側上弦桿對應支撐拆除；環形主桁架同步卸載[1]。

6 卸載方案

6.1 非同步卸載點位卸載

主桁架、徑向桁架中非同步卸載點位支撐按照“多次循環、微量下降”的原則，使用氧氣割刀切割的方法進行卸載。分區內非同步卸載點的徑向桁架按照跳幫順序進行卸載，單根軸線2個支撐同時卸載。

6.2 徑向桁架卸載

單個同步卸載點支撐兩側設置2個千斤頂，通過置換的方式逐步割除支撐底部，直至卸載完成。支撐翼緣兩側各設置1個20 t手壓千斤頂，對應翼緣位置設置牛腿，通過兩側千斤頂共同頂升，使支撐底部脫開并氣割底部翼緣及腹板。同步卸載前，各同步點位千斤頂頂升并抵住牛腿，隨后將支撐底部與下部橫梁之間割開（圖12）。

圖12 單個卸載點位示意

操作流程：各卸載點同步頂升，直至各支撐底部脫離鋼梁，隨后分級割除卸載量，控制在10～20 mm，隨后千斤頂縮缸，支撐抵住下部鋼梁，千斤頂脫離牛腿。重復上述流程，直至完成卸載。徑向桁架同步卸載理論最大豎向位移為110 mm，實際操作考慮一定的余量。

6.3 環形桁架卸載

卸載點設置同徑向桁架，弧形桁架臨時支承在施工過程中的最大反力為457 kN，采用30 t千斤頂。同步卸載前，各同步點位千斤頂頂升并抵住牛腿，隨后將支撐底部與下部橫梁之間割開。操作流程同徑向桁架操作流程。環向桁架同步卸載理論最大豎向位移為152.82 mm，實際操作考慮一定的余量。

7 卸載施工要點

準備工作：在支撐下方地上及支撐節點處標記支撐編號→檢查分區內桁架構件是否安裝到位→檢查支撐加固是否到位→支撐纜風繩拉緊→解鎖所有主桁架的球形支座限位，主桁架臨時支撐拆除。針對徑向桁架：第1次卸載5 mm，第2次卸載10 mm，待監測穩定后卸載120 mm。針對環向桁架：第1次卸載5 mm，第2次卸載10 mm，第3次卸載20 mm，第4次卸載50 mm，待監測穩定后卸載50 mm。

8 現場實際效果

由于設計需求，外框鋼架十分輕巧，構件截面小，板厚薄，最薄的板厚為6 mm。根據計算分析，桁架中心由于自重變形就將高達30 cm，為保證現場結構安全，前期根據變形量對構件采取現場預起拱的方案，施工過程中進行分批分級多步卸載，并對構件的內力進行監測，明確荷載傳力路徑為徑向桁架→弧形桁架→結構立柱。由于傳力路徑明確、合理，結構內力及變形分布情況與設計狀態基本一致。最終工程卸載歷時4 d順利完成，監測數據與方案中的數據基本一致，達到了技術指導施工的效果。

9 結語

本工程中結構跨度大，傳力體系復雜，結構最終成型前的卸載工作量大。通過采用本文所述的方法對該結構支撐體系進行卸載施工，順利解決了結構變形大的技術難題，施工過程簡便、安全，效果良好，促進了空間鋼結構安裝施工的發展。

[1] 蘇英強,王留成,段先軍,等.北京新機場航站樓屋蓋鋼結構卸載技術研究[J].建筑技術,2018,49(9):951-955.