铜陵体育场钢结构罩棚卸载方案的比较研究

杨俊斌，沈万玉，王肖，朱华

（1.安徽富煌钢构股份有限公司，安徽 合肥 238076；2.安徽省建筑科学研究设计院，安徽 合肥 230001）

1 工程概况

铜陵体育场规模为可容纳30000人的体育场，平面呈椭圆型，东西向高，南北向低，高差为17m，整体造型似绽开怒放的鲜花（如图1所示）。整个钢罩棚钢结构总用钢量约1×104t，由48榀径向主桁架、9道环向拉杆、端部一圈马道组成。单榀桁架外围由4根钢管柱支撑在承台基础上，内圈桁架除根部有Y型支撑外其余均为悬挑结构，其中悬挑长度最长约为39m，根部桁架的最高高度为48m，最重的悬挑桁架（GJ13XB）重量为39.4t。工程主要采用Φ550×20、Φ505×16、450×16、Φ550×505×16、Φ505×475×16的钢管,钢梁截面规格有H750×300×16×20、H900×500×20×20，钢柱截面为700×400×30箱型。材质主要为Q345B，部分采用Q390D。体育场结构形式如图2所示。

2 施工总体思路

本工程单榀桁架为人字形悬挑结构。考虑构件运输及现场起吊能力，将单榀大悬挑三角形钢管桁架分成4个吊装单元进行原位吊装，最大吊装单元长度为32m，重量为68t。每个吊装单元采用散件运至现场，现场进行拼装为吊装单元后进行吊装[1]。根据钢管桁架结构特点和分段吊装方案设计，每榀钢管桁架布置了2个临时支撑（如图3所示），整体个体育场罩棚钢结构共设置96个临时支撑点（如图4所示）[2]。

3 结构支撑卸载方案对比

临时支撑的拆除（永久结构的卸载）过程是永久结构和临时结构之间的一个复杂的力学状态转变过程，是永久结构受力逐渐转移和内力重分布的过程，如果卸载过程受力过渡不平稳，构件内力会发生突变，可能导致安全事故。因此保证卸载过程中结构体系的受力状态平稳，选择合适的卸载方案、有序地转换，是大跨度悬挑钢结构安全卸载的关键[3]。

3.1 原卸载方案

图1 体育场鸟瞰图

图2 体育场钢结构平面图

图3 悬挑段支撑架布置立面图

图4 临时支撑平面布置图

图5 分区卸载布置图

钢罩棚结构卸载顺序采用南、北区（Ⅰ区）先卸载，然后进行东、西区（Ⅱ区）卸载，采取分区卸载（如图5所示）。此方案优点是可以减少卸载操作人员和机具数量。缺点：①分区卸载可能会造成不均匀沉降导致的荷载重新分配不均匀、拉杆变压杆（或压杆变拉杆），这会导致受力情况非常复杂无法预测；②由于分区不均匀沉降，可能会造成边界处的杆件出现变形或焊缝拉伤，甚至拉裂；③由于分区不均匀沉降，可能会导致不可复原的结构位移和二次应力。

3.2 优化后的卸载方案

钢罩棚结构采用分级同步卸载的方法，以减小分区卸载而产生的二次应力叠加对结构不利的影响。方案优点：结构整体卸载，杆件的受力情况会重新分配但是比较均匀容易预测，避免分区卸载会出现的二次应力，使结构的实际受力情况与计算模型更一致。缺点：整体卸载投入人员和机具较多、指挥困难、卸载的协同性难以掌握。经综合对比，该工程卸载采取分级同步卸载方案，如图6所示。

图6 整体卸载布置图

图7 卸载工艺流程图

卸载采用千斤顶型号 表1

4 卸载过程中的控制与监测

卸载工作中检测并确认各个系统性能良好，没有不良影响因素后，方可开始下一步骤的卸载工作[4]。在结构分析计算的基础上，卸载按照等比例微量下降的原则，来实现荷载平稳转移。在卸载前，需要用千斤顶把支撑点处的型钢垫块顶起，割掉相应高度的型钢支座[5]，各个支撑点的顶升高度不能大于20mm。各点顶升后，检查每个点的间隙情况、记录结果，卸载流程如图7所示。

4.1 卸载准备工作

序号 位置桁对轴号架应线卸载顶 升卸载 卸载st ep 1累 计 卸载st ep 2累 计 卸载st ep 3累 计 卸载st ep 4累 计 卸载st ep 5累 计 卸载st ep 6累 计备注1 内圈 S20 / 2 10 10 10 20 12 32 12 44 15 59 2 内圈 S21 / 2 10 10 10 20 12 32 12 44 12 56 3 内圈 S22 / 2 10 10 10 20 12 32 10 44 10 50 4 内圈 S23 / 2 10 10 10 20 11 32 12 43 5 内圈 S24 / 2 10 10 10 20 12 30 11 41 6 内圈 S25 / 2 10 10 10 20 12 30 10 40……

卸载前，必须对钢结构进行预验收，检查构件安装、焊接、高强螺栓、防腐涂装等质量是否达到规范和设计要求，检查结构的标高和轴线。拆除临时约束和移除作用在钢屋盖上的临时荷载，在临时支撑的顶部布置卸载设备和工具，确定位移监测点的位置，记录位移监测点的初始值，在主结构上的预定位置安装用于应力监测的传感器。

4.2 卸载方法

临时支撑的卸载采用手动螺旋千斤顶卸载法，即在卸载之前，将支撑架顶部的钢梁支撑转换为螺旋千斤顶支撑，再根据卸载步骤中确定的卸载位移值，安排操作人员逐级回落千斤顶行程，直至临时支撑与桁架完全脱离。卸载采用千斤顶型号如表1所列。

4.3 卸载量值控制

掌握各级卸载量值，每一步都要严格按照规定的卸载量值进行卸载，并对卸载量值进行精确控制。卸载时，需要同步协调卸载量值，防止由于个别点急速超量导致结构局部受力过大。每次卸载后，测量卸载点的标高，以确定下一次卸载的调整值。卸载过程及卸载后要定时监测结构主要变形点位移变化及应力变化，不得超过后表所规定的安全预警值[6]。卸载量值控制如表2所列。

4.4 卸载监测

在卸载过程中，指定安全监控员全过程监测，尤其应做好临时支撑变形等监测，发现异常情况及时报告，以便采取相应的应对措施，监测以肉眼观测和仪器监测同时进行。在卸载过程中，要通过监测随时掌握各控制点的变形情况，防止钢结构在卸载过程中出现较大偏差；出现异常情况时，应立即停止卸载，查找原因，待查明原因后再决定是否继续卸载。

4.5 卸载过程中的位移实测值

卸载时的位移值对于整个卸载工作十分关键，它是控制整个卸载的依据，各卸载点计算变形值均应验算。经检测，钢罩棚桁架计算最大位移值为86.76mm，实际卸载实测最大位移值为46.78mm，满足设计要求[7]。

5 结 语

①本文分析了大悬挑钢管桁架结构卸载施工的特点，确定了分级同步卸载方案对卸载施工采用全过程的技术控制，达到预定效果。

②采用了分级同步卸载方案，解决了因分区卸载而会对结构产生二次应力叠加对结构受力不利的问题。

③采用了分级同步卸载方案，对今后类似大型空间结构的卸载施工有一定的借鉴意义。

[1]李正华，等.大悬挑结构临时支撑卸载施工技术[J].建筑钢结构进展，2012(5).

[2]周观根，等.大连国际会议中心钢结构工程施工关键技术[J].建筑钢结构进展，2012(5).

[3]GB50755-2012，钢结构工程施工规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.

[4]JGJ7-2010,空间网格结构技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社,2010.

[5]JGJ81-2002，建筑钢结构焊接技术规程[M].北京:中国建筑工业出版社，2002.

[6]周在杞，等.金属（钢）结构质量控制与检测技术[M].北京：中国水利水电出版社，2008.

[7]GB50017-2003，钢结构设计规范[S].北京：中国计划出版社，2003.