大跨钢桁架支撑胎架卸载施工工法

大跨度钢桁架支撑胎架卸载施工工法河北建设集团有有限公司内内蒙古分公公司王小春、王煦、程程晓利、李宾宾、张波1.前言在现行建筑行业业业的施工工中，钢钢结构以以其跨跨度大、强强度度高、自重重轻轻、刚性性好、变变形能力力强等等优点，越越来来越多的的被应应用于大跨跨度度和超高高、超超重型的的建筑筑工程当中中。鄂尔多斯市体育育育中心游游泳馆馆为2015年第十届届全全国少数数民族族运动会会主场场馆。屋屋盖采采用大跨跨钢桁桁架结构构。钢钢桁架跨跨度大大，最大大跨度度达128m。荷载重重、体体量大，用用钢钢量约为33588T。造型复复杂杂，施工工难度度高。施施工时时，采用用临时时支撑胎胎架作作为空中中支撑撑平台进进行钢钢结构组组装，在在组装完完成后后经验收收合格格再拆除除临时时支撑。在在卸卸载过程程中，支支撑胎架架和钢钢桁架的的受力力状态发发生了了根本性性的变变化，支支撑胎胎架所受受的荷荷载逐渐渐减小小至零，钢钢桁桁架由临临时胎胎架支撑撑转换换为完全全依靠靠自身受受力。若若胎架的的支承承力卸载载释放放不合理理，会会造成屋屋盖钢钢桁架结结构破破坏或胎胎架失失稳，后后果十十分严重重。因因此保证证卸载载过程的的安全全过渡至至关重重要，大大跨钢钢桁架支支撑胎胎架的卸卸载是是钢结构构施工工中最为为核心心的一个个环节节。在以往的钢结构构构卸载过过程中中，由于于施工工难度大大、不不确定因因素多多，施工工单位位不重视视等，尚尚无总结结形成成比较成成熟的的卸载经经验。本本工程采采用“分步骤多多次次循环微微量下下降”卸载方法法。在在整个卸卸载过过程中实实时监监测，检检测结结果：结结构的的实际变变形值值、实际际应力力变化值值与理理论数据据相对对比,符合结结构构设计和和相关关规范标标准要要求,卸载取取得得了圆满满成功功。本工工法是是与天津津大学学联合开开展大大跨度空空间结结构相关关课题题研究的的关键键技术之之一。采采用该工工法实实施卸载载所取取得的数数据与与研究结结果，为为同类工工程积积累了第第一手手现场资资料作作为理论论依据据，提供供了安安全、可可借鉴鉴的实践践经验验。本工工程质质量预控控目标标为中国国建筑筑工程最最高奖奖——鲁班奖，已已已于2013年4月荣获中中国国建筑钢钢结构构金奖。2.工法特点2.1通过计算算算机仿真真计算算，确定定采用用“分步骤多多次次循环微微量下下降”的卸载方方法法，支撑撑胎架架整体同同步卸卸载，避避免出出现过大大变形形、位移移，保保证受力力转换换安全且且稳定定。2.2卸载过程程程中，实实时监监测各项项数据据，做到到同步步卸载、变变形形协调、分分阶阶循环。使使应应变与应力变化平稳稳稳过渡，保保证证相邻支支撑点点受力不不会产产生突变变，确确保支撑撑胎架架及钢桁桁架的的结构安安全。2.3钢桁架杆杆杆件的应应力应应变没有有超过过相关规规范规规定的允允许范范围，避避免出出现影响响工程程的使用用功能能及安全全性能能的变形形和位位移情况况。3.适用范围本工法适用于跨跨跨度大、单单榀榀桁架重重量大大、多榀榀桁架架构造相同的空间桁架架结结构施工，尤尤其适用用于大大跨度钢钢桁架架放射状状空间间结构体体系的的中心支支撑的的卸载施施工。对对其它大大跨度度钢桁架架结构构工程，例例如如体育场场馆、展览览馆、影剧院、航航空候机大大厅及其他他大型公共共建筑和工工业生产厂厂房等工程程的施工有有着重要借借鉴意义。4.工艺原理4.1通过应用用用计算机机模拟拟仿真计计算分分析技术术进行行受力分分析，制制定出大大跨钢钢桁架支支撑胎胎架卸载载施工工专项方方案。通通过理论论分析析指导整整个卸卸载过程程,以保证杆杆件件应力应应变在在卸载过过程中中始终保保持在在控制的的允许许范围之之内。4.2本工程钢钢钢桁架空空间结结构体系系的中中心加强强环下下设计布布置4个支撑胎胎架架，平均均分布布在距离离中心心半径为4m的中心加加强强环的圆圆周上上，支撑撑胎架架高度大大约为为24m。每个支支撑撑胎架荷荷载约约为115T，上面有3个支撑点点。在在10m处设计连连接接平台，24m处的设计计头头部支撑撑平台台。支撑撑胎架架模拟仿仿真图图见图4.2-1，现场实实际际支撑胎胎架见见图4.2-22。图4.2-1支支支撑胎架三三维维图图4.2-2中中中心加强环环下下钢结构构支撑撑胎架4.3在卸载过过过程中，以以理理论计算算为根根据，以以结构构安全为为宗旨旨，以实实时监监控为核核心，以以平稳过过渡为为目标，遵遵循循“变形协调调、卸卸载均衡衡”的原则。4.4分步骤多多多次循环环微量量下降，每每阶阶段下降降量按按理论计计算值值下降。根根据据理论计计算计计划分五五个阶阶段修割割支撑撑点来进进行卸卸载。4.5采用同步步步缓慢修修割支支撑点的的方法法，使桁桁架自自然平缓缓的下下降到第第一阶阶段。检检查桁桁架安全全及整整体下降降情况况。若正正常则则采用同同样的的方法，下下降降到第二二阶段段。重复复进行行，直至至桁架架完全脱脱离支支撑点。4.6严格控制制制卸载时时每一一阶段高高程精精度，卸卸载过过程实时时跟踪踪监测，通通过过计算机机对卸卸载过程程实时时分析并并指导导卸载施施工。以以确保卸卸载安安全顺利利进行行。实现现大跨跨度钢结结构体体系由临临时支支撑受力力平稳稳地过渡渡到自自身受力力的过过程。5.工艺流程及及操操作要点5.1施工工艺艺艺流程卸载前准备工作作作→卸载实施施第第一步→卸载过程程监监测→分析各项项情情况是否否正常常→若正常则则进进行下一一步卸卸载→逐级完成→直至桁架架完完全脱离离支撑撑胎架→数据分析→卸载圆满满成成功。5.2操作要点点点5.2.1卸载载载前准备备工作作1．本工程屋盖盖盖钢结构，在在卸载前必须须完成以下方方面的工作：：1）斜筒柱混凝凝凝土浇筑强强度度达到100%。2）钢桁架构件件件全部安装装完完成，节节点全全部焊接接完成成。3）构件、节点点点质量通过过验验收合格格。4）根据计算机机机模拟仿真真计计算分析析数据据编制卸卸载专专项施工工方案案。5）排查高空作作作业及高空空坠坠物的安安全隐隐患。在在卸载载区域下下拉安安全警戒戒带，并并设明显显的安安全警示示牌。6）对卸载人员员员进行安全全技技术交底底，让让每个人人员熟熟练掌握握自己己的操作作步骤骤。7）复测钢结构构构工程的高高程程及平面面控制制网，并并以此此做基准准，来来监测卸卸载过过程中钢钢桁架架及胎架架的应应力应变变等情情况。2．模拟卸载在正式卸载前进进进行模拟拟演练练，主要要调试试应力应应变检检测设备备系统统、检验验卸载载指挥小小组的的通畅运运行、检检测卸载载操作作人员的的技术术水平、检检验验专项方方案的的可行性性。总总结不足足之处处，最终终确认认是否具具备卸卸载条件件，确确保卸载载过程程零风险险。在在各项模模拟工工作完成成且确确认具备备卸载载条件后后可实实施卸载载。5.2.2卸载载载实施1．卸载过程采采采用“分步多次次循循环微量量下降降”方法来实实现现整体卸卸载，遵遵循同步步卸载载、变形形协调调、分步步循环环的原则则。通通过设计计理论论计算，屋屋盖盖钢桁架架结构构附加上上屋面面檩条及及马道道的荷载载，整整体钢结结构在在独立承承重后后将出现现不同同程度的的下沉沉，最大竖竖向向位移设设计理理论值为-69mmm，发生在在中中心加强强环上上。2．为让钢桁架架架均匀、渐渐进进地自主主受力力，防止个别别支支撑点集集中受受力，根根据计计算所得得位移移值，采采用所所有支点点每阶阶段同时时修割割最大值值不大大于15mm的下降法法直直至拆除除支撑撑架。本本工法法计划分分五个个阶段修修割支支撑点来来进行行卸载，具具体体卸载方方法如如下：第一步：按预定定定卸载方方案进进行精确确的控控制各次次卸载载量，在在桁架架下的临临时支支撑胎架架上画画上标记记线，标标出每次次下降降量的控控制线线。第二步：采用同同同时缓慢慢修割割支撑点点的方方法，使使桁架架自然平平缓的的下降到到第一一阶段，下下降降量为9mm。第三步：检查桁桁桁架焊接接节点点及与斜斜筒柱柱连接处处的情情况，监监测桁桁架整体体下降降情况。若若无无非正常常情况况出现则则进行行下一步步。第四步：采用同同同时缓慢慢修割割支撑点点的方方法，使使桁架架自然平平缓的的下降到到第二二阶段，下下降降量15mm。第五步:重复第第第三步。第六步:采用用用同时缓缓慢修修割支撑撑点的的方法，使使桁桁架自然然平缓缓的下降降到第第三阶段段，下下降量15mm。第七步:重复第第第三步。第八步:采用用用同时缓缓慢修修割支撑撑点的的方法，使使桁桁架自然然平缓缓的下降降到第第四阶段段，下下降量15mm。第九步:重复第第第三步。第十步:采用用用同时缓缓慢修修割支撑撑点的的方法，使使桁桁架自然然平缓缓的下降降到第第五阶段段，下下降量15mm。3.在第五阶段段完完成后，观观观察屋盖盖钢桁桁架中心心加强强环是否否完全全脱离支支撑点点支点，若若脱脱离，则则卸载载情况正正常。钢钢桁架静静置1天，然后后对对主桁架架的焊焊缝逐个个认真真检查，同同时时用全站站仪对对主桁架架进行行检测，变变形形满足设设计要要求后再再进行行支撑胎胎架支支点的拆拆除。5.2.3卸载载载过程监监测1.为了在卸载载过过程中的对对对结构安安全状状况进行行评定定，与设设计方方共同确确定，选选择中心心加强强环、支支撑胎胎架及实实际应应力最大大的杆杆件进行行应力力应变监监测。2．采用光纤传传传感器实时时跟跟踪检测测现场场实际数数据，及及时准确确地获获取各项项参数数的变化化实况况。传感感器安安装见图5.2..33-1、图5.2..33-2。3.把获取的实实时时监测数据据据与模拟拟仿真真计算值值进行行对比分分析，用用来指导导下一一步施工工。实实现全过过程的的信息化化管理理，以确确保整整个卸载载过程程在安全全掌控控之内。4．给每位卸载载载施工人员员配配备一把把钢尺尺，严格格按照照支撑胎胎架上上先前画画好的的标记线线，精精确的量量取并并控制每每个阶阶段的卸卸载量量。5．在卸载实施施施前，用全全站站仪测量量胎架架各支撑撑点的的坐标。每每次次卸载后后，测测量卸载载点的的标高，以以确确定下一一次卸卸载量的的调整整值。若若标高高与理论论设计计相符，则则下下一次卸卸载量量不需要要做出出调整，仍仍按按原计划划进行行。6．在卸载的过过过程中，对对胎胎架基座座标高高、胎架架垂直直度、胎胎架节节点焊缝缝在每每个卸载载阶段段都要进进行监监测，发发现问问题及时时处理理。5.2.3-111传感器安安装装图（一一）5.2..33-2传感器安安装装图（二二）5.2.4卸载载载数据比比较与与分析1．施工过程中中中的结构受受力力与设计计状态态不完全全一样样，整个个结构构体系受受力是是个逐步步建立立的过程程，特特别是在在卸载载过程中中，存存在着结结构转转换，受受力状状态发生生根本本变化，桁桁架架结构受受力从从临时支支撑胎胎架转换换到工工作状态态受力力，部分分杆件件受力特特性可可能发生生改变变，因此此对施施工过程程中的的若干关关键工工况需要要进行行计算，对对可可能发生生的不不利因素素进行行提前预预警，以以保证结结构施施工的安安全。2．确保卸载安安安全的关键键是是全过程程监测测各项数数据的的变化情情况，并并与设计计理论论计算值值进行行对比分分析，及及时反馈馈数据据指挥现现场卸卸载施工工。确确保构件件在最最终进入入使用用状态后后的应应力应变变在预预计范围围内。3．大跨度钢桁桁桁架屋盖按按预预定步骤骤载完完成后，杆杆件件应力比比如下下图、表表所示示：图5.2.4---1施工状态态杆杆件最大大应力力比图5.2.4-222设计状态态杆杆件最大大应力力比图5.2.4---3施工状态态与与设计状状态应应力比差差值表5.2.4---1应力监测测结结果汇总总表表5.2.4---2中心环挠挠度度监测汇汇总表表序号观测点位置卸载累计下挠值值值（mm）124轴65.93233轴60.54328轴65.24415轴67.93511轴62.224．结论：1）施工状态最最最大应力比比为为0.2330，设计状状态态最大应应力比比为0.2227。结构杆杆件件在施工工状态态与设计计状态态的最大大正差差值为0.0334。目前所所测测最大应应力为为95.7788Mpaa,为设计值值（300MMpa）的32%，结构应应力力处于安安全状状态。2）监测结果表表表明钢桁架架结结构最大大竖向向位移发发生在在中心加加强环环上，与与理论论设计相相符。在在模拟仿仿真计计算中，屋屋盖盖钢结构构附加加上屋面面檩条条及马道道的荷荷载后，最最大大竖向位位移设设计理论论值为为-69mmm。卸载后后实实测最大大下挠挠值67.9933mm。各项监监测测数据技技术指指标表明明：偏偏差在允允许范范围之内内，实实测值与与理论论计算值值能够够较好的的吻合合，满足足设计计要求和和相关关规范标标准，结结构下挠挠处于于安全状状态。图5.2.4---4支撑胎架架卸卸载完成成图（一一）图5.2.4---5支撑胎架架卸卸载完成成图（二二）5.3劳动力组组组织表5.3卸卸卸载人员组组织织情况一一览表表：序号单项工程所需人数备注1总、副总指挥32专家33指挥员44卸载操作员125监测员36结构检查员67安全应急员38调度员39技术员2合计39人6.材料和机具具设设备本工法无需特别别别说明的的材料料，采用用的机机具设备备见下下表。表6卸载主主主要设备和和仪仪器统计计表：：序号名称型号数量备注1应力、应变监测测测设备UCAM-6000B1套2水准仪DS31台3全站仪GTS—10222N1台4经纬仪SZ.2—DTTT20002台5割枪QG4—100004付6对讲机T54286部7.质量控制7.1工程质量量量控制标标准7.1.1本工工工程施工工质量量应符合:1.屋盖钢桁架架结结构体系中中中心加强强环竖竖向位移移最大大不超过过设计计理论值-69mmm。2.在整个安装装以以及卸载过过过程中，结结构构应力比比最大大不超过0.2330。结构在在安安装完成成后杆杆件应力力比最最大损失失不超超过0.0334。7.1.2施工工工质量控控制应应严格执执行的的国家及及行业业标准：：《钢结构设计规规规范》（GB5000017--20003）；《钢结构工程施施施工质量量验收收规范》（GB5002205--20001)；《建筑结构荷载载载规范》(GB5000099-220122)；《建筑变形测量量量规程》(JGJ88-200077)；《工程测量规范范范》(GB5000266-220077)。7.2质量保证证证措施7.2.1在卸卸卸载过程程中，钢钢结构由由临时时支撑受受力逐逐步转换换为依依靠自身身受力力，转换换过程程中支撑撑胎架架系统及及钢桁桁架结构构的受受力十分分复杂杂。为了了保证证整个卸卸载过过程的安安全，力力的平稳稳过渡渡，必须须建立立严格的的组织织管理体体系。7.2.2复测测测钢结构构工程程的高程程及平平面控制制网，并并以此做做基准准，来监监测卸卸载过程程中钢钢桁架及及胎架架的应力力应变变等情况况。7.2.3卸载载载前钢结结构施施工验收收合格格,并经业主主、设设计、监监理等等相关单单位签签字确认认。7.2.4卸载载载前进行行仔细细的前期期准备备工作，对对所所有参加加卸载载人员进进行专专项方案案和应应急预案案交底底。7.2.5卸载载载前进行行模拟拟卸载，总总结结并整改改模拟拟卸载中中可能能出现的的问题题。7.2.6卸载载载过程中中，要要时刻保保证指指挥、操操作、检检测协调调一致致，实时时跟踪踪测量和和监控控信息传传递及及反馈快快速准准确。7.2.7每个个个支撑点点上修修割要听听从统统一指挥挥，统统一操作作，禁禁止任何何一点点支点修修割量量过大。7.2.8卸载载载过程中中,要做到同同步步卸载、变变形形协调、分分步步骤多次次循环环、微量量下降降。7.2.9为实实实现荷载载的平平稳转移移，卸卸载前先先计算算好支撑撑点的的应力应应变，通通过变形形量确确定每各各阶段段的修割割量，确确保所有有支点点每阶段段同时时修割最最大值值不大于15mm，通过多多次次循环微微量下下降，实实现荷荷载的平平稳转转移。7.2.10桁桁桁架与支支撑点点支点完完全脱脱离后静静置1天，然后后对对桁架认认真检检查，满满足设设计要求求后再再拆除支支撑胎胎架支点点。8.安全措施8.1认真贯彻彻彻“安全第一一，预预防为主”的方针，根根根据国家家有关关规定，结结合合工程具具体特特点，组组成专专职安全全应急急管理体体系，加加强安全全管理理和安全全教育育，严格格执行行各项安安全生生产规章章制度度。8.2卸载前仔仔仔细检查查节点点焊缝、构构件件，并且且通过过第三方方检验验合格，才才可可进行卸卸载。8.3检查高空空空作业和和高空空坠物等等安全全隐患，检检查查安全网网的完完善性。卸卸载载前清理理钢结结构上面面的杂杂物。卸卸载过过程中严严禁高高空抛物物。8.4应对无关关关人员清清场，保保证卸载载过程程中没有有其他他专业进进行施施工作业业。8.5在卸载区区区域拉设设安全全警戒线线，作作好安全全警示示标识。8.6对卸载人人人员进行行技术术交底，让让每每个人员员熟悉悉自己的的操作作步骤。8.7严格遵守守守施工用用火审审批制度度。凡凡从事电电焊修修割作业业的人人员必须须持特特种作业业证上上岗，实实行持持证上岗,并应使用用面面罩或护护目镜镜，佩戴戴相应应的劳保保用品品。8.8所有施工工工人员必必须戴戴好安全全帽、穿穿好防滑滑鞋、系系好安全全带。8.9卸载过程程程中，安安全人人员加强强钢结结构的安安全检检查，确确保卸卸载作业业安全全进行。8.10如遇意意意外情况况，应应立即启启动应应急预案案：8.10.1情情情况：在在卸载载过程的的每个个阶段中中，部部分支撑撑点不不能同时时达到到标高要要求。处理：若是施工工工人员技技术水水平问题题，要要及时更更换不不能胜任任的人人员。若若是理理论计算算偏差差，则重重新制制定卸载载专项项方案。8.10.2情情情况：卸卸载过过程中，未未达达到设计计要求求的标高高位置置，单点点失去去支撑力力或者者达到了了设计计要求的的标高高位置，仍仍有有较大的的支撑撑力。处理：参建各方方方共同分分析，找找出原因因，如如：是构构件制制作安装装误差差，还是是理论论计算有有误等等。针对对具体体原因，制制定定措施。8.10.3情情情况：钢钢桁架架结构屋屋盖出出现明显显异常常响声。处理：对出现异异异常部位位进行行检查,确认无误误后继续续卸载载。否则则进行行加固处处理。8.10.4情情情况：支支撑胎胎架发生生较大大垂直度度和侧侧弯偏差差。处理：对胎架进进进行补强强加固固，使其其满足足继续使使用的的要求。9.环保措施9.1成立对应应应的施工工环境境卫生管管理机机构，在在工程程施工过过程中中严格遵遵守国国家和地地方的的有关环环境保保护的法法律、法法规和规规章，9.2在卸载区区区域拉设设安全全警戒带带，设设立安全全警示示牌。做做到醒醒目、齐齐全、布布置合理理，施施工场地地整洁洁文明。9.3卸载操作作作人员佩佩戴个个人安全全防护护用品,采取必要要的措施施保证证卸载切切割时时产生的的火花花不会伤伤及其其他人员员。9.4在卸载前前前，管理理机构构应对所所有参参加卸载载人员员进行安安全环环保教育育，卸卸载成功功以后后要组织织人员员及时清清理卸卸载废弃弃物。9.5在施工工工工程中，严严格格执行工工地环环境管理理方案案严格，控控制制施工过过程中中的环境境污染染。10.效益分析析析本工法解决了鄂鄂鄂尔多斯斯市体体育中心心游泳泳馆大跨跨钢桁桁架屋盖盖工程程施工最最关键键的技术术难题题。采用用分步步骤多次次循环环、微量量下降降、缓慢慢修割割胎架支支撑点点的卸载载技术术。简化化了施施工工序序，保保证了施施工质质量，确确保了了施工进进度，提提高了工工作效效率，节节省了了设备开开支，从从而降低低了工工程造价价。形形成了良良好的的经济、社社会会等效益益。10.1经济效效效益分析析与采用液压千斤斤斤顶卸载载方法法相比，采采用用本工法法施工工经济效效益分分析:10.1.1本本本工法简简单科科学，施施工速速度快，保保证证了工程程施工工进度的的正常常进行，避避免免了由于于工期期延误而而造成成的直接接的巨巨大经济济损失失。10.1.2节节节约成本本具体体如下：：液压千斤顶费用用用节约：12个×1877000元/个=18990000元泵站费用节约：：：1个×10万元/个=10000000元累计节约:188890000++10000000=22899000元本工法施工费用用用明细：：人工费：2人×××200元/人.天×89==3356000元支撑点钢型材等等等材料费费约为为：12个支撑点×14116元/点=1700000元按本工法施工总总总费用：：3556000+1170000==5266000元结论：本工法总总总计可节节约成成本：288990000-5526000==23664000。采用用本本工法施施工既既达到了了设计计要求，又又节节约了施施工成成本。10.2社会效效效益分析析10.2.1采采采用“分步骤多多次次循环微微量下下降”的卸载，保保保证了结结构受受力的安安全过过渡，提提高操操作工人人施工工安全性性，保保证了生生命、财财产的安安全。10.2.2支支支撑胎架架的成成功卸载载，证证明了我我公司司施工质质量的的优质，技技术术水平的的高超超。提高高了企企业信誉誉，取取得了良良好的的质量技技术效效益。10.2.3本本本工法采采用的的卸载措措施完完全符合合绿色色文明施施工的的要求，有有效效的节约约了资资源，不不会对对环境造造成任任何影响响，环环保效益益十分分显著。10.2.4在在在鄂尔多多斯的的城市建建设史史上书写写了浓浓墨重彩彩的一一笔。为为第十十届全国国少数数民族运运动会会如期举举行做做出了应应有的的贡献，得得到到了业主主、监监理、设设计等等社会各各界的的高度好好评。10.2.5其其其成果具具有重重要的理理论意意义和工工程实实用价值值，为为今后的的同类类大跨钢钢桁架架空间结结构体体系工程程提供供了宝贵贵的理理论依据据和实实践经验验，促促进钢结结构行行业卸载载技术术的进步步，有有着很广广阔的的应用前前景，取取得的社社会效效益十分分明显显。11.应用实例例例11.1工程实实实例概况况11.1.1鄂鄂鄂尔多斯斯市体体育中心心游泳泳馆工程程地下下一层，地地上上三层，总总建建筑面积积：4.8万㎡。檐檐口口最高点27.00000m，巨型斜斜柱柱最高点点标高高36.77000m。游泳比比赛赛池50×2255×3m，跳水比比赛赛池25×2255×6m，热身池50×1155×1..8mm。看台坐坐席席共4042座。游泳泳馆馆主体结结构类类型为钢钢筋混混凝土框框架结结构，屋屋盖为为大跨钢