国家会议中心二期展览区大跨度转换桁架卸载技术

国家会议中心二期展览区平面尺寸为81 m×234 m，由2个中柱分为81 m×120 m及81 m×114 m共2个无柱大空间。展览区顶部（标高12.000~20.000 m）为转换桁架，包括18榀主桁架和4榀次桁架。主桁架跨度81 m，次桁架长234 m（图1），桁架矢高7.7 m，桁架用钢量约16 000 t，钢材材质为Q390GJC，桁架主要为箱形截面，最大截面尺寸为□1200×1500mm，最大板厚为80 mm，40 mm厚钢板及以上占比约77%。图1展览区转换桁架构造示意针对展览区施工场地有限、工期短、质量要求高等特点，经建设单位、设计单位、施工总承包单位、钢结构安装分包单位、钢结构加工厂和监理单位等多次研讨，转换桁架采用临时支撑支顶、高空原位安装、分区分级卸载的施工方案。1、卸载施工特点转换桁架卸载遵循“以计算分析为依据，以结构安全为宗旨，以变形协调为核心，以实时监控为手段”的原则，其特点如下。（1）卸载重量大。卸载时桁架时结构自重达28 000 t，包括重16 000 t的桁架层钢结构、重6 500 t的桁架层混凝土和重5 500 t的框架层钢结构。（2）卸载面积大。转换桁架平面尺寸为81 m×234 m，卸载面积达1.9万㎡。（3）卸载点位多。卸载点位多达142个。（4）卸载时楼面混凝土和上部结构参与受力。卸载前需完成桁架层混凝土的浇筑标高20.000~30.000 m框架层钢结构的安装，卸载过程中参与受力，该做法在国内尚属首次。2、卸载方案2.1卸载方案展览区转换桁架共设置142根临时支撑（图2），临时支撑位于主桁架与次桁架（或系杆）交界处，间距为9 m×12 m，以轴（中柱所在位置）为界分为北区、中区、南区（图3）；临时支撑顶部采用砂箱与转换桁架连接（图4），卸载过程中通过砂箱定量排砂控制卸载值。图2展览区转换桁架临时支撑图3展览区转换桁架临时支撑位置（a）（b）图4砂箱（a）三维图；（b）实体照片采用分区分级卸载方式，即先卸载北区再卸载南区，最后卸载中区。根据转换桁架理论下挠值，北区和南区分5级卸载，前4级每级卸载高度5 mm，第5级卸载至砂箱脱离。须严格按顺序卸载并控制每级卸载值，以保证卸载过程缓慢、均匀有序。展览区北区卸载步骤如下。第一步：中间区域（42个点位）卸载5 mm，四周区域（30个点位）卸载至计算下挠值，从中间向四周顺序卸载，如图5（a）所示。第二步：中间区域（20个点位）卸载5 mm，四周区域（22个点位）卸载至计算下挠值，从中间向四周顺序卸载，如图5（b）所示。第三步：中间区域（20个点位）卸载5 mm，从中间向四周顺序卸载，如图5（c）所示。第四步：中间区域（10个点位）卸载5 mm，四周区域（10个点位）卸载至计算下挠值，从中间向四周顺序卸载，如图5（d）所示。第五步：中间区域（10个点位）卸载至计算下挠值，从中间向四周顺序卸载，如图5（e）所示。第六步：检查所有点位卸载情况，确认所有点位卸载完成，如图5（f）所示。（a）

（b）（c）

（d）（e）

（f）图5展览区北区卸载步骤（a）第一步；（b）第二步；（c）第三部；（d）第四步；（e）第五步；（f）第六步2.2卸载边界条件根据工期计划，经研究展览区转换桁架与桁架层混凝土楼板和上部结构共同卸载，其边界条件包括：转换桁架合龙温度为10~15℃，合龙完毕方可卸载；卸载前须完成桁架层混凝土浇筑且混凝土强度达到设计规定。卸载前标高20.000~30.000 m框架层钢结构安装已完成。经调查历年气温，每年3月下旬日平均温度可达到10℃以上，因此将转换桁架合龙时间定为3月下旬，卸载时间定为4月中上旬。经多方讨论并经设计单位核算，卸载前需完成桁架层混凝土浇筑，为保证楼板混凝土参与工作且混凝土不裂缝，仅浇筑中间区域混凝土（图6），卸载时混凝土应达到设计强度；为满足框架层钢结构的内力和施工精度要求，卸载过程中仅在框架层钢构件应力变化较大位置设临时连接（图7）。图6桁架层混凝土浇筑范围图7框架层安装范围2.3卸载过程模拟采用midasGen有限元软件模拟转换桁架卸载过程，校核卸载边界条件，控制临时支撑反力并计算转换桁架理论下挠值，为卸载提供理论依据。经核算，转换桁架卸载时转换层混凝土基本处于受压状态（图8、图9），框架层钢结构应力集中状况较少（图10），卸载边界条件满足设计要求。图8卸载后桁架层混凝土应力云图（计算机截图）图9卸载后桁架层混凝土应力云图（计算机截图）图10卸载后上部结构应力云图（计算机截图）通过微调卸载顺序，将所有临时支撑的反力控制在2 600 kN以内，以保证临时支撑安全稳定。以轴/⑦轴交点处临时支撑为例（图3），其支撑反力变化曲线如图11所示。图11卸载过程中临时支撑S7的反力曲线经施工过程计算得出转换桁架卸载前后竖向位移，通过差值计算得出卸载过程中转换桁架的理论下挠值，为施工过程监测提供参考。3、卸载过程展览区转换桁架卸载的重量重，面积大，点位多，卸载边界条件复杂，卸载过程控制和监测十分关键。3.1转换桁架卸载过程控制3.1.1工作准备卸载前应组织卸载人员，准备卸载设备，布置卸载现场，对所有参与卸载的人员进行技术交底并培训卸载操作，确保卸载过程万无一失。3.1.2卸载过程卸载过程历时3 d，按北区→南区→中区顺序进行卸载，其中北区5个卸载循环、13个卸载步骤，南区5个卸载循环、13个卸载步骤，中区1个卸载步骤。卸载过程中，同步卸载的支撑点位最多18个，每个卸载点位配备1台升降车，每台升降车配备1台对讲机和1套卸载工具，由2人负责操作。为保证每个卸载步骤同步，由卸载总指挥统一发布卸载指令，所有点位均按统一指令进行操作，每个卸载步的时间控制在40~60 min。卸载施工现场如图12所示。图12 卸载施工现场3.1.3卸载后管理卸载完成后，所有临时支撑静置24 h，待转换桁架稳定后再拆除临时支撑及砂箱。3.2卸载监测系统3.2.1位移监测转换桁架卸载时，使用全站仪监测桁架挠度的变化情况，监测点设在主桁架下弦。监测结果表明，转换桁架理论下挠值与实际下挠值基本吻合。3.2.2应力监测展览区转换桁架卸载共布置应力监测点90余个，监测位置包括转换桁架、结构柱、临时支撑、转换层混凝土楼板等，通过云端平台实时传输监测数据，经大数据实时分析，转换桁架卸载过程中测点监测数据与理论值基本吻合，证明卸载过程安全可控。4、结束语2020年4月16日国家会议中心二期展览区转换桁架卸载完毕，