大跨度弧拱结构卸载施工技术
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摘要：本文以某市体育中心体育馆工程为例介绍大跨度弧拱结构卸载施工技术，从卸载顺序、卸载方法、卸载工艺、卸载工况计算等多个方面进行分析，为类似工程提供技术参考。
关键词：大跨度弧拱结构卸载施工技术
中图分类号：TU74文献标识码： A
工程简介
某市体育中心体育馆工程为复杂体育建筑（体育馆），下部为混凝土框架（少量剪力墙）结构，上部钢结构为拱支空间桁架体系。该体系采用拱式正三角管桁架支承平面管桁架+实腹式工字钢梁结构受力，拱式管桁架最大跨度141m，矢高约28m，拱顶最高点标高约33.5m，单榀主拱最大重量约200t。
钢结构卸载背景介绍
主拱施工原则
根据本工程的结构特点，同时结合现场实际情况，通过对各可行方案的讨论分析，最终确定主拱 “散件加工、地面拼装、分段吊装、先主后次、顺序安装、同步卸载”的施工原则。
主拱临时支撑塔架
体育馆主拱跨度大，单榀整体重量大，采用吊机分段吊装的安装方式，根据主拱分段情况，每榀主拱设置5处10个支撑塔架，共计10处20个支撑塔架。塔架支撑在主拱下弦的两根弦杆上。
支撑塔架支撑高度
卸载概述及总体思路
卸载过程是结构体系逐步转换过程，在卸载过程中，结构本身的杆件内力和临时支撑的受力均会产生变化。卸载时，既要确保安全、方便施工，又不能改变设计意图，对构件的力学性能产生较大的影响。为了保证卸载时支撑塔架的受力不会产生过大的变化，同时保证结构体系的杆件内力不超出规定的容许应力，避免支撑塔架内力或结构体系的杆件内力过大而出现破坏现象，保证结构体系可靠、稳步形成，本工程钢结构的卸载在钢结构全部完成安装后进行，采用“同步等比卸载”的方法。卸载前，根据计算机模拟卸载过程的数值，确定胎架支撑点的卸载次数和每次卸载量，卸载点保持同步卸载，结构稳步成型。
卸载总体顺序、方法
由最终卸载值可知，20处卸载点在自重荷载状态下，竖向位移最大值出现在跨中6轴处，本着“结构安全、施工简便”的原则，卸载时以位移控制、反力控制相结合进行卸载过程控制。
卸载工艺
液压千斤顶配置
本工程共有20个卸载点，为防止顶升偏心，每个卸载点配置2台，共计40台规格型号相同的100T液压千斤顶。在设备准备时，将多预备10台千斤顶，以防在使用过程中发生损坏。
支撑塔架顶部卸载支座
考虑到钢结构整体下载，在支撑塔架设计及安装过程中，加设顶部卸载支座及卸载量度垫片，顶部卸载支座下与支撑塔架相连，上承托主拱下弦主管，具体结构、形式如下。
托座
卸载垫片及千斤顶放置位置
根据各卸载点卸载数值，在安装支撑塔架时，预先在支座下方设置卸载垫片，每处卸载点垫片由4块300*200*10mm和8块300*200*20mm钢板组成。另需准备5mm和3mm钢板块若干，作为卸载量调整使用。
为了保证主拱在安装过程中的稳定，在两部千斤顶放置的位置增加2根300*200*8*12的H型钢柱，上与支座，下与转换梁稳固焊接，在主拱全部安装、焊接完成后，卸载前，割除2根H型钢柱，打磨平整。在相应位置放置千斤顶，准备卸载。
卸载过程
（1）整体卸载前，检查所有钢结构体系，确保各焊接点、高强螺栓点施工质量达到设计及相应规范要求。
（2）检查所有卸载设备（千斤顶），确保其位置、配置准确。
（3）以各轴卸载点为卸载区域，每个区域控制2个卸载点4只千斤顶，共计10个卸载区域，每个小区域设一名指挥，通过对讲机与卸载总指挥联系，尽可能的保证顶升、卸载同步。卸载操作人员严格遵守每一步卸载值进行卸载，不允许出现超卸情况。
卸载操作步骤说明
以最大卸载值6轴的4个点为例，说明卸载操作步骤。
（1）总指挥下达顶升通知，各区域指挥指示操作人员将油顶顶升，直至垫片支撑脱离，随即停止顶升；
（2）确认各点情况；
（3）取出一块20mm垫片，放入一块1mm垫片（即本次下降19mm）；
（4）各区域指挥向总指挥汇报完成情况；
（5）当全部确认到位后，总指挥下达松油命令，完成第一步卸载，本点卸载值19mm；
（6）重复（1）的程序；
（7）重复（2）的程序；
（8）重复（3）的程序；
（9）重复（4）的程序；
（10）重复（5）的程序，共进行5次，直至卸载完成。
卸载工况验算
支撑结构卸载过程对主结构而言是加载的过程，随着支撑结构的卸载，主结构的跨度增加，受力也逐渐增大，当支撑结构完全卸载后，结构便处于最不利状态，因此需对该工况进行验算。由上述计算可知：体育馆桁架结构安装完毕后结构构件最大应力0.55，满足要求。
卸载监测
监测点选定原则
为确保结构卸载后达到预期的结果，同时控制各个卸载步骤同理论计算结果相一致，所以在卸载过程中对整个结构进行监测。监测的主要内容为主拱直观变形（卸载值）、杆件的内应力及支撑塔架的变形。
总体监测点的布置
根据本工程结构特点及施工方法，总体监测点布置在主拱上、下弦对接口的位置处（共30处），另外，还需在钢架与主拱连接的高强螺栓连接节点处布置监测点。
监测方法
应力监测：本工程采用应力监测系统对卸载过程中结构的应力变化进行监测，在监测值接近控制值时发出报警，用来保证施工的安全性。应力监测系统由传感器子系统、无线数据采集与传输子系统以及数据管理与分析子系统组成。本系统对整个卸载过程时时监测，第一步卸载完成后，对应力变化值进行分析，确定安全后再进行第二步卸载。第二步卸载完成后，即整体完成卸载，对计算中最大应力点进行监测，确保结构的安全性。
直观变形（卸载值）监测：卸载前在下弦主管处画出观测点，每一步卸载完成后利用水准仪对本步卸载值进行观测并记录。全部卸载完成后，对所有下弦点标高进行复测，做成数据表格，分析卸载成果。
支撑塔架变形观测：整个卸载过程中利用经纬仪观测支撑塔架的垂直度。并记录相关数据。
结束语
钢结构卸载施工是大跨度空间结构施工的一个重要环节，是结构主体独立受力的重要保证，在操作过程中需格外谨慎，需提前做好各种计算并编制专项方案，本次卸载积累了大跨度结构卸载的工程经验，可为后续类似工程提供有效的技术借鉴。
参考文献：
邓中美;大跨度建筑的空间形态与结构技术理念探析[D];武汉理工大学;2003年
黄群;大跨砼结构中扣件式钢管模板支架设计[D];浙江大学;2005年
张学安;体育场主看台悬挑屋盖结构的风荷载研究[D];浙江大学;2006年