多阶循环卸载技术在屋盖卸载施工中的应用(张元春)

多阶循环卸载技术在屋盖卸载施工中的应用张元春(中建一局钢结构工程有限公司100161) 【摘要】钢结构安装工程的卸载是一个动态过程，安装施工阶段的约束条件、荷载条件和使用阶段设计约束条件、荷载条件差异较大，需做大量的空间受力计算。

必须以体系转化为原则，以变形协调为核心，实时监控为保障，建立必要的安全保障措施，才能保证钢结构安装卸载安全、可靠地进行。

本文以准格尔旗某体育中心体育场为工程背景，对典型大悬挑钢管桁架钢结构施工时所采用的钢管临时支撑系统进行分区多阶循环卸载模拟，介绍了屋盖受力体系转换过程的施工工艺及技术措施。

【关键词】大悬臂临时支撑卸载施工技术【引言】在大跨度、悬挑钢结构施工中，往往用到临时支撑。

结构施工完成后，在拆除这些临时支撑时，应对临时支撑进行卸载，使钢结构从带支撑受力状态平缓过渡到到设计要求的受力状态。

卸载是支撑逐步退出工作，结构逐步参与工作的受力转化过程。

大型钢结构支撑卸载有支撑反力大、卸载点数多、卸载点分布广等特点。

力的转化瞬间完成，在卸载时必须要有细致的工况模拟分析做基础，若支承力释放不合理，会造成结构破坏或支撑体系逐步失稳而倒塌的严重后果。

目前，常用的卸载方法有切割法、同步等距卸载法、同步等比卸载法、砂箱卸载法等，实际工程中则须根据结构施工阶段计算模拟分析结果及现场条件选用合适的卸载方法。

在内蒙古准格尔旗大陆体育中心施工中，施工单位通过大量的工况模拟计算，选择了多阶、循环分区卸载的工艺，顺利完成了该工程大悬臂钢结构屋盖体系的施工任务。

一、工程概况某体育中心体育场钢结构屋盖为大悬臂空间管桁架结构，平面宽247m ，长264m ，分为A 、B 、C 、D 、E 、B ’、C ’、D ’共8个温度区，由64榀主桁架、 其余由次桁架及各温度区间装饰桁架构成（见图1），共中A 、E 区各9榀主桁架，C 、C ’区各7榀主桁架，共它各区每区为8榀主桁架，每榀主桁架通过撑杆与支座球连接（见图2），钢结构总量2300吨。

主、次桁架及装饰桁架形式见图3所示，主桁架截面为倒三角形，主桁架最大悬挑跨度40m ，安装高度54m ，最小悬挑跨度16m ，安装高度26m ，构件最重25t ，最轻10t ,次桁架与装饰桁架均为立体桁架，次桁架安装与主桁架弦管为相贯焊接。

图1 桁架分布示意图二、临时支撑体系及结构传力分析1.临时支撑体系设计由于各主桁架及支座撑杆与下部球支座需要在各分区结构安装合拢完成后方能进行最终焊接，因此，需要对各主桁架的预设支点下部设置临时支撑，该临时支撑在各分区桁架合拢完成后即可卸载。

在施工过程中，各主-次桁架的重量全部落在临时支撑和支座球节点上（见图3）环向腰部次桁架主桁架图3 现场支撑体系布置图2.结构理论传力路线与卸载施工时传力路线(1)原设计传力路线，屋盖主要传力形式为:屋面板檩条主、次桁架座下部混凝土基础。

(2)结构卸载前传力路线,主-次桁架屋盖传力形式为：屋面结构（主、支 座和临时支撑下部混凝土基础。

三、卸载工况分析1.模型及荷载条件(1)模型：直接采用原设计提供的模型进行计算；(2)支座边界条件：桁架与下部型钢混凝土柱连接节点为铰接； (3)重力荷载：取结构自重；(4)施工荷载：考虑卸载过程中结构上部无任何活荷载，只考虑支座位移荷载； (5)温度荷载：根据初步分析，结构温度所引起的位移不会引起安全事故，故进行卸载分析时不考虑温度作用。

但为保证初始应力状态，卸载时的温度尽量在桁架拼装合拢的温度范围之内。

本施工工况分析时不考虑风荷载和地震作用，卸载时当天风力不能超过4级。

2.工况模拟结果(取C 区进行卸载模拟分析，共计7个卸载点) (1)卸载方法的选择通过模拟分析，C 区主体结构在无支撑的状态下各主桁架卸载全部完成后数据见表(一)表(一)结构主体屋盖(共64榀主桁架)的卸载后挠度基本一致，因此选用同步等距卸载法，并对各卸载分步的结构应力状况及变形状况进行分析。

在保证各支撑点反力不超过临时支撑架、千斤顶承载力及尽量使桁架结构本身应力变化均匀的前提下，经过反复指定支座位移荷载，最终确定整个卸载过程分为2步卸载比较合适。

在每个主桁架上各取1个卸载控制点，各控制点在每步卸载的卸载行程及对应的支撑架点反力见表(二)。

表（二）3．构件验算比率折线图图4 卸载过程构件最不利应力比分布图五、卸载施工工艺1.各分区卸载点布置(见图8)图5 卸载点布置图2.千斤顶的选择在施工过程中，千斤顶在长期处于受力状态，液压千斤顶易出现回油现象，这样将对结构的整个过程控制不利。

所以，本工程选用螺旋千斤顶。

卸载时，A 区和E 区受力最大，达到了15吨，千斤顶的选择是在卸载点最大支点反力的基础上取1.4倍以上安全系数，为了合理利用设备，本工程选择16t 和25t 两种型号千斤顶供卸载时使用，其中，25t 用于A 、E 区，16吨用于B 、C 、D 、F 、G 、H 区。

3.支撑点千斤顶的布置把临时支撑上用于桁架拼装时的支撑杆一次性去掉，保留卸载点的千斤顶支撑。

千斤顶布置在临时支撑架顶部钢梁顶面，支点位置尽量靠近桁架节点处，千斤顶通过托架顶紧桁架下弦弦杆（见图9）。

图6 千斤顶支撑节点详图4.分区卸载步骤在结构分析的基础上，卸载按照分步骤多次循环、微量下降的原则来实现荷载的平稳转移。

本工程各个分区的卸载次序如下：第一次卸载C ’区，第二次卸载D ’区，第三次卸载C 区，第四次卸载D 区，第五次卸载E 区，第六次卸载B 区，第七次卸载A 区，第八次卸载B ’区（见图10）图7 各卸载区分布图在卸载前，需要对结构预验收，确保所有结构构件及节点连接情况与设计相符，并记录结果。

通过结构模拟分析，得出各个分区卸载点位置的理论挠度值，初选卸载行程值，对各个分区进行分步卸载模拟，在确定以理论行程进行结构卸载的过程中，记录各个行程的支撑点的反力，在确定反力呈递减趋势时，即可确定各行程值，及卸载步数。

各个卸载点的卸载行程需要同时完成。

实际操作时可在卸载前在千斤顶侧壁根据各行程大小情况做好每个行程值的标记，在卸载时统一进行指挥操作，确保各个点行程一致。

5.卸载测量监控(1)卸载时，应进行的测量监控包括：屋盖桁架悬挑最远端变形监测、千斤顶行程监测、屋盖铰接支座变形监测。

(2)卸载完成后，应对结构关键部位的焊缝进行分阶段监测，同时进行变形终值的观测。

此时，也要进行24小时的周期观测，在一个24小时时间段内，每2个小时观测一次，并观测大气温度和钢结构表面温度，获得钢结构工程在本身体系结构内随温度的变形情况。

(3)对观测点的施测方法与前两个阶段一样，同时保证与卸载前、后的观测条件基本相同，分析加载后观测点的变形规律。

六、卸载过程技术措施1.卸载条件为了尽量使现场实际情况与设计模型吻合，卸载条件如下：（1）屋盖每个分区的主体钢结构所有构件全部安装到位。

（2）所有节点的连接已经完成，且验收合格。

（3）各支撑点支架（包括节点）全部按设计要求完成且验收合格。

（4）屋盖外形已经过设计、监理等验收合格。

（5）卸载当天的风力不得大于4级。

2.卸载速度控制为了控制卸载速度，卸载时各千斤顶行程必须同步。

每一步卸载完成后使用全站仪监测结构的下挠值及各个支撑点处的工作稳定性。

待监测完毕判断结构是否安全后方可开始下一步的卸载工作。

3.卸载过程对连接焊缝检查卸载前对主放射状桁架与支座球连接处的焊缝、桁架撑杆与主桁架下弦球的连接焊缝等结构关键部位连接焊缝进行着色；在卸载过程中安排专人进行检查，发现问题立即报告；卸载完成后，对所有观测焊缝进行二次探伤检查。

4.预案措施整个卸载过程是在基于理论分析的基础上制定的。

在实际的操作过程中，可能会出现与理论分析数据不尽相同的情况。

对于可能出现的各种非正常情况，需提前编制相应的处理预案措施。

5.安全措施所有高空设置的器具均采用保险绳的方式将器具固定，确保器具不坠落于地面。

同时，对所有的操作工人加强安全教育和技术交底，提高安全意识，并保证所有的安全措施全部落实到位，安全管理人员同时加强整个卸载过程的安全管理力度。

七、卸载结果该体育场屋盖的八个区的分区卸载工作顺利完成。

整个卸载施工过程中下部混凝土结构及上部钢结构屋盖等均未发生任何异常情况，结构及支撑承载力均安全可靠。

八、结语对于大跨度、大吨位、超长臂钢管桁架结构，必须针对其工程特点、施工难点进行施工方案的分析比较和优化。

本工程采用整体分区同步等距卸载法对结构进行分区卸载，大大减少了现场临时支撑数量，既满足了施工质量优良的要求，同时也得到了较好的经济效益和社会效益。

综上述工程实践，提出以下观点：1、对于大型复杂结构的多点、多步卸载，需进行整体分析进行卸载模拟，以确定正确的卸载方法，并找到最优卸载步骤及卸载行程，确保在整个卸载过程中的结构安全；2、卸载的过程要监测是否和计算模拟结果相似，发现异常时应立即处理相应问题；3、卸载过程中的安全保障措施必须到位，确保结构卸载过程中的意外事故发生时有及时有效的应急预案。

4、本工程采用螺旋同步等距卸载法，所有卸载点的千斤顶分批次逐步退出工作，此时结构内力发生了重分布现象，设计人员应进行详细模拟分析，判断当部分卸载点千斤顶退出工作后，剩余卸载点的支撑受力是否安全。

参考文献① GB 50017-2003 <<钢结构设计规范>>② GB50205-2001 <<钢结构工程施工质量验收规范>>。