大跨度鋼網格結構支撐體系高空轉換施工技術

唐正輝（安徽富煌鋼構股份有限公司，安徽 合肥 230088）

大跨度鋼網格結構支撐體系高空轉換施工技術

唐正輝（安徽富煌鋼構股份有限公司，安徽 合肥 230088）

文章以工程實例為背景，利用結構自身承載性能，設計了具有創新意義的懸空支撐體系，實現了上部大跨度鋼網格結構高空原位拼裝及卸載成型。

鋼結構；支撐；卸載

1 工程概況

淮南大劇院位于淮南市山南新區淮河大道東側，南緯一路北側。該工程建筑設計原型為五角星，總建筑面積為2.3萬m2，可容納1280人。項目建筑功能為安徽省一流的專業性、多功能、綜合性劇場和文化藝術活動中心、會議中心，建成后將成為淮南新地標性建筑。

淮南大劇院鋼結構有兩部分內容，一部分為是金屬頂鋼結構屋蓋，如圖1；一部分為劇院屋頂鋼結構。

圖1 金屬頂鋼結構三維圖

金屬頂鋼結構主要采用桁架及次梁結構，其中，桁架截面高約 2m，弦桿主要截面為 H300×300× 10/16、H310×300×10/16，腹桿主要截面為H150× 150×6/8、H100×100×6/6；鋼梁及鋼柱截面主要為H400×400×16/20、H600×600×6/8。檁條截面主要為口300×200×12×12 、口250×200×6×6。

金屬頂結構桁架梁成五角星，每榀總跨度為82.8m，分三段吊裝，3HJ1和3HJ3為一段重量約為7.7t，長度為32.5 m；3HJ5為一段重量約為4.2t，長度為17.8 m；3HJ2和3HJ4為一段重量約為7.7t，長度為 32.5m。金屬頂結構鋼柱最大重量 8.8t，長度22.6m。

2 施工總體技術路線

鋼結構施工分工程制作及現場拼裝安裝兩項主要內容。受結構體系、現場安裝條件、現場大型機械配置限制，工廠制作構件的順序、出廠分段尺寸等受控于現場拼裝安裝方案?？傮w施工以實施結構安裝為主線，同時配合現場施工進度，滿足工程總體施工要求。

綜合考慮業主、總包對現場進度安排及結構自身的結構體系特點，確定總體安裝思路：標高為21.400m的屋頂桁架采用50t汽車吊地面拼裝，然后利用300t履帶吊整體吊裝，屋面次梁及檁條采用塔吊吊裝。屋頂金屬頂桁架采用50t汽車吊地面分段拼裝，然后利用300t履帶吊分段吊裝，空中對接拼裝；鋼柱利用300t履帶吊吊裝；屋面次梁及檁條采用塔吊吊裝。

其中，屋頂金屬頂鋼結構安裝須設置臨時支撐架，支撐架布置在標高為21.400m的屋頂桁架層上實現高空轉換，從而避免從看臺底座搭設高約 30m的支撐架，提高施工安全性并有效降低措施費用。

主結構總體安裝順序：先安裝劇院屋頂桁架梁，再安裝金屬頂鋼柱，最后安裝金屬頂桁架梁。

3 臨時支撐體系高空轉換技術

3.1 胎架布置

采用由框撐式臨時支架，本支撐設計為標準節的形式，標準節尺寸為2m（長）×2m（寬）×1.5m（高），采用Q235鋼管焊接而成，標準節主肢為φ89×4鋼管，同時本標準節可以拆卸為一片片式方框，運輸極為方便，標準節之間采用法蘭連接，故本標準節具有運輸方便、拆裝方便、承載力大等優點。標準節支撐如圖2～4所示。

圖2 標準支撐架組裝示意圖

圖3 支撐平面布置圖

圖4 支撐立面布置圖

3.2 胎架拆除及卸載方案

為避免屋面桁架梁承重過大，胎架在次構件安裝前卸載，為了保證桁架結構在安裝過程中的穩定，保證結構由施工狀態緩慢過度到設計狀態，結構在拆除胎架后，保證桁架的設計初始位置相吻合，同時桁架落位過程是使屋蓋桁架緩慢協同空間受力的過程，此間，桁架結構發生較大的內力重分布，并逐漸過渡到設計狀態。因此，桁架落位工作至關重要，必須針對不同結構和支承情況，確定合理的落位順序和正確的落位措施，以確保桁架安全落位。為此，要遵循以下原則和規定。

3.2.1 拼裝支撐點（臨時胎架）拆除的原則

拆除臨時支座實際就是荷載轉移過程，在荷載轉移過程中，必須遵循“變形協調、卸載均衡”的原則。否則有可能造成臨時支撐超載失穩，或者桁架結構局部甚至整體受損。因為施工階段的受力狀態與結構最終受力狀態完全不一致，必須通過施工驗算，制定切實可行的技術措施，確保滿足多種工況要求。

3.2.2 臨時胎架的卸載方案

根據“變形協調，卸載均衡”的原則，將通過放置在支架上的可調節點支撐裝置千斤頂，多次循環微量下降來實現“荷載平衡轉移，卸載的順序為由中間向兩邊，中心對稱進行?！?/p>

①在卸載過程中由于無法做到絕對同步，胎架支撐點卸載先后次序不同，其軸力必然造成增減，應根據設計要求或計算結果，在關鍵支架支撐點部位，必要時放置檢測裝置（如貼應變片）等，檢測胎架支點軸力變化，確保臨時支架和桁架的安全。

②在卸載過程中，必須嚴格控制循環卸載時的每一級高程控制精度，設置測量控制點，在卸載全過程進行監測，并與計算結果對照，實行信息化施工管理。

③桁架增設臨時胎架（拼裝支點），其狀況相當于給桁架增加節點荷載，而臨時支座分批逐步下降，其狀況相當于支座的不均勻沉降。這都將引起桁架結構內力的變化和調整。對少量桿件可能超載的情況應事先采取措施，局部加強或根據計算可事先換加強桿件。為防止個別支撐點集中受力，宜根據各支撐點的結構自重撓度值，采用分區、分階段按比例下降或用每步不大于10mm的等步下降法拆除支撐點（臨時支座）。

④卸載步驟：

a.先在支撐胎架底部的槽鋼下墊好規格為δ20、δ30不同厚度的墊板；

b.在支撐胎架上的槽鋼上架設千斤頂；

c.根據支撐胎架每步的卸載量，將支撐胎架的下端割除；

d.根據每次的卸載量，抽掉相應厚度的墊板；

e.千斤頂統一下降，開始卸載；

f.卸到預定位置，即墊板緊頂胎架下端槽鋼后移走千斤頂，開始另一批支撐胎架的卸載工作；

g.循環反復，直至卸載完畢。

3.2.3 卸載應注意事項

①落位前需檢查可調節支承裝置（千斤頂）的下降行程量是否符合該點撓度值的要求、計算千斤頂行程時要考慮由于支架下沉引起行程增大的值，據此余留足夠的行程余留量（應大于 50mm）。關鍵支撐點要增設備用千斤頂，以防應急使用。

②落位過程中要“精心組織、精心施工”，要編制專門的“落位責任制”，設總指揮和分指揮分區把關；整個落位過程在總指揮統一指揮下進行工作。操作人員要明確崗位職責，上崗后按指定位置“對號入座”。發現問題向所在區域分指揮報告，由分指揮向總指揮報告，由總指揮統一處理問題。

③用千斤頂落位時，千斤頂每次下降時間間隔應大于10min為宜，以確保結構各桿件之間內力的調整與重分布。

④5級風以上、中雨以上或雷雨天氣禁止進行卸載工作；夜間暫時停止卸載作業，并做好技術交底、安全交底等各項工作。

⑤因設計值不一樣，所以每一軸線的卸載數值均不一樣，在卸載過程中，對每一級每一軸線均進行變形監控。

⑥在全部卸載完后，對結構進行高程監控，做好變形測控，保證結構安全和符合設計要求。

3.2.4 卸載測量監控

卸載監測以變形監測為主，包括對主體結構的監測及對臨時支撐的監測。

現場設置測量控制點，對現場進行動態實時監測。同時采用刻度對比的方法觀測每個胎架的卸載量。卸載完畢后再采用全站儀進行全面測量。

在卸載過程中，每一個卸載步驟前后測試一次。如果有特殊需要，可以對測試時間進行加密。

考慮到胎架最大承重在 HJ-1桁架梁上，故以HJ-1作為驗算分析對象，HJ-1在施工荷載作用下，桿件最大應力比約0.58，豎向最大位移約48.7mm，滿足設計要求。為確保設計標高，根據卸載最大位移量，在構件制作及安裝前提前考慮起拱，以抵消卸載位移量。

3.2.5 卸載模擬計算

屋面主體結構按同時卸載計算，卸載后最大位移為50.9mm，約為1/1650，滿足設計要求。為確保設計標高，根據卸載最大位移量，在構件制作及安裝前提前考慮起拱，以抵消卸載位移量。

圖5 有限元計算

4 結 論

以淮南大劇院屋蓋鋼結構施工為背景，利用原設計結構自身承載性能，設計了具有創新意義的懸空支撐體系，實現了上部大跨度鋼網格結構高空原位拼裝及高空體系轉換，極大地節約了施工成本，順利地完成了復雜條件下大跨度鋼網格結構施工。

［1］潘多忠.大跨度鋼結構施工力學分析及應用研究［D］.廣州：華南理工大學，2011.

［2］崔曉強，郭彥林，葉可明.大跨度鋼結構施工過程的結構分析方法研究［J］.工程力學，2006（5）：83-88

TU391

B

1007-7359（2016）02-0042-03

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.02.015

唐正輝（1979-），男，安徽巢湖人，畢業于安徽建筑工業學院，工程師。