山西某体育场罩棚钢结构支撑塔架卸载与拆除

陆元和

山西体育中心主体育场位于山西省太原市晋源区,南环高速公路以北,机场大道以南3 km处,西侧为新晋祠路,东侧为滨河西路,为山西体育中心建筑群的主体育场,其设计规模为6万人,属大型甲类体育建筑。体育场外侧一周+6.00 m标高以下为裙房,裙房最宽处达17 m。

山西体育中心主体育场的上部钢结构为钢结构罩棚,呈弧形状,东西高、南北低,覆盖看台观众席。罩棚最宽处约68 m,最窄处约49 m,罩棚外边缘南北向最长处约293 m,东西向最宽约275 m。整个罩棚外立面落于混凝土结构上,屋面与墙体浑为一体。罩棚中间高,两端低,高差9.3 m,罩棚最高点离地面约55.45 m。

整个罩棚钢结构由32榀三角形主桁架组成主体承力体系,以体育场中心向外呈椭圆形发射状分布。主桁架由外环支撑点和内环支撑点支撑,最大悬挑长度约为52 m,桁架根部最大高度7.8 m,最小悬挑长度约为 34.7 m,根部高度 5 m,每榀桁架内支座间距约26 m。主桁架之间由三道环形桁架、两道次桁架及一道边桁架相互连接,外立面上桁架之间设置钢管网格结构。

1 概述

本工程罩棚钢结构由主桁架、环桁架及次桁架组成主承力体系,并将屋面荷载通过主桁架下部的内、外支撑柱传递到下部混凝土结构上。主桁架为三角形空间管桁架,由于主桁架悬挑长度长,单榀重量重,根据总体施工方案,需分段进行吊装。分段吊装时,主桁架下方必须设置足够强度和刚度的支撑塔架,以确保安装过程中桁架的空中稳定性及整个施工过程的安全。待整个屋面钢结构安装、焊接完毕,并形成整体稳定结构体系以后,再进行支撑塔架的卸载和拆除。卸载过程中,结构体系逐步转换,杆件内力和临时支撑的受力发生变化,由于支撑塔架数量多、受力大、高度高,支撑胎架的卸载难度相当大,必须制订严格的施工工艺、组织体系及一系列的保证措施。

2 卸载原则

本工程的卸载过程既是拆除支撑塔架的过程,又是结构体系逐步转换的过程,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。为了保证卸载时相邻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,必须制订详细的施工方案,且卸载方案必须遵循以下原则:

1)确保结构自身安全和变形协调。2)确保支撑塔架安全。3)以理论计算为依据、以变形控制为核心、以测量监测为手段、以安全平稳为目标。4)便于现场施工组织和操作。

3 卸载总体思路

由于本工程支撑塔架数量众多,且相邻支撑塔架在卸载过程中互相影响,不可能同时一起卸载,也不可能逐个进行拆除,必须分批、分级、同步进行。这样既可以避免大量的人力和物力需求,又便于组织协调。根据结构本身的受力情况、传力途径、变形情况、体系形成过程及支撑塔架的实际情况,通过计算分析决定采用分批、分级同步卸载。卸载时,分批、分级同步进行,卸载的先后顺序及分级大小根据结构计算和工况分析得出的结果进行,即以变形量控制分级大小、以支撑塔架的内力变化控制卸载先后顺序,以保证卸载时相邻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。

4 卸载顺序与流程

卸载时,根据分批、分级、同步卸载原则循环进行,先内圈,后外圈,内外交替进行,直到所有塔架卸载完成为止,具体卸载步骤如下:1)拆除所有V形支撑柱上的加固支撑;2)割除所有主桁架的上弦支撑;3)内圈塔架卸载10%;4)外圈塔架卸载15%;5)内圈塔架卸载10%;6)外圈塔架卸载15%;7)内圈塔架卸载15%;8)外圈塔架卸载15%;9)内圈塔架卸载15%;10)外圈塔架卸载15%;11)内圈塔架卸载15%;12)外圈塔架卸载20%;13)内圈塔架卸载15%;14)外圈塔架卸载完毕;15)内圈塔架卸载完毕。

5 卸载工艺

1)根据卸载步骤及分级情况,先在支撑塔架顶部H型钢梁上、主桁架下弦杆的下方垫设规格为δ 3,δ 5,δ 10不同厚度的垫板。2)在支撑塔架顶部H型钢梁上、主桁架下弦下架设50 t螺旋千斤顶,每个支架2台。为确保卸载过程中的安全,千斤顶应固定牢靠,防止高空滑落。3)先将千斤顶反顶1 mm～2 mm,使垫板上部脱空,然后根据每次预定的卸载量,抽掉相应厚度的垫板。4)千斤顶统一下降,开始卸载。5)千斤顶下降到预定位置,即垫板紧顶主桁架下弦管后,开始另一批支撑塔架的卸载工作。6)循环反复,直至卸载完毕。

6 卸载技术措施

1)卸载采用液压千斤顶,通过千斤顶的回程来实现罩棚的变形,当罩棚变形全部完成后,罩棚即自成体系,此时罩棚的重量就可以由罩棚本身来承担,支撑塔架不再承受罩棚荷载,卸载即全部完成。2)卸载前先计算好支撑点的罩棚变形量,通过变形量确定千斤顶的行程,如变形量超出千斤顶的最大行程,则要在卸载过程中更换千斤顶,或者卸载到一定位置时,将罩棚临时固定,待更换千斤顶位置后继续卸载。3)卸载时,每个支点下都要安排人员测量同步下沉数据。4)卸载时要统一指挥,保证同步,且严格按分批和分级大小进行。5)卸载前要仔细检查各支撑点的连接情况,此时应让罩棚处于自由状态,不要有附加约束,特别要避免支撑塔架与罩棚之间的固结。6)卸载时要进行跟踪测量和监控。7)卸载前要清理罩棚上的杂物,卸载过程中,罩棚上下不得进行其他作业。8)卸载前要做好一切安全措施,并检查好千斤顶。

7 测量监测

1)卸载监测说明。卸载监测以变形监测为主,包括对主体结构的监测及对支撑塔架的监测。2)监测手段。全场共设置2个测量控制点,每个点架设1台仪器,这2台仪器能覆盖东区、南区的测量观测点,进行动态实时监测。同时采用刻度对比的方法观测每个塔架的卸载量。卸载完毕后再采用2台全站仪进行全面测量。3)监测的时机和步骤。在卸载过程中,每一个卸载步骤前后测试一次。如果有特殊需要,可以对测试时间进行加密。4)监测的数据处理。采用计算机技术,对各种数据进行处理,并将测试结果绘制在一张图上,以便直观反映结构的变形过程。

8 卸载中可能出现的问题和应对措施

1)卸载时,可能出现有的千斤顶受力,有的千斤顶不受力的情况,为此,采取如下措施:千斤顶架设后,每个千斤顶必须反向施加部分反力,确保每一个千斤顶能够顶紧构件,承受一定荷载。2)卸载时,可能出现雨天,由于雨天监视和操作困难,且存在安全隐患,故雨天停止卸载。同时,卸载时选择在白天进行。3)卸载时,为防止组织指挥混乱,必须掌握操作人员的分布情况和操作细节,并加强通信联系,具体措施如下:操作时,操作人员听从指挥人员的指令,如果指挥人员命令下降2 mm,操作人员根据千斤顶的性能(例如每转动一圈,行程约为4.5 mm),将千斤顶旋转半圈(180°u65289X)为卸载行程的控制单元,转动速度控制在约5 s完成,动作完成以后,操作人员停止操作,等待监控人员的检测,监控人员此时对螺杆高度进行测量,测量完毕以后,将数据记录,并将实测数据与理论数据进行对照处理。卸载量的允许误差控制在2 mm以内,如果出现较大的误差,还须进行修正处理,然后才可以转到第二轮。为了便于联系,监控人员直接口头将信息反馈到指挥人员,指挥人员则通过对讲机将信息反馈给总指挥。

9 支撑塔架拆除方案

支撑塔架在卸载完成后分段拆除,拆除用吊机为150 t履带吊,卷扬机和手拉葫芦进行配合。拆除时要注意以下事项:

1)在确认拆除段与下段或锚固件彻底脱离后,才能起吊和移动;2)拆除过程中,拆除段拉设溜绳,防止与已安构件或混凝土结构发生碰撞;3)未拆除段及时拉设缆风绳,防止倾翻。

[1] 王建会.张弦梁钢结构无柱雨棚施工技术[J].山西建筑,2008,34(32):147-148.