大跨度钢结构屋面卸载过程分析

单春明 陈 标 杨春生

(1.江苏省盐城市第一建筑工程有限公司，江苏 盐城 224005； 2.江苏省盐城市城南新区管委会建设局，江苏 盐城 224005)

大跨度钢结构屋面卸载过程分析

单春明1陈 标2杨春生2

(1.江苏省盐城市第一建筑工程有限公司，江苏 盐城 224005； 2.江苏省盐城市城南新区管委会建设局，江苏 盐城 224005)

以盐城体育馆工程为背景，介绍了该工程大跨度钢结构屋面卸载方案，通过对杆件应力和结构变形进行监测，分析了卸载过程的安全性，并得出了一些有价值的结论，以供类似工程参考借鉴。

钢结构，卸载，监测，应力

0 引言

随着各种造型复杂钢结构项目的增多，钢结构在施工过程中的安全性备受关注。在施工过程中依据仿真数据进行实时监测，可以帮助人们了解施工过程中相关结构的实际工作状态，从而确保施工过程处于安全状态。

1 工程概况

盐城体育馆位于盐城体育中心北部，可容纳观众3.5万人，建筑面积约54 432 m2。该体育馆南北向长约270 m，东西长约239 m，如图1所示。下部为看台和附属用房，采用钢筋混凝土框架剪力墙结构；上部为外罩棚屋盖，采用空间桁架钢结构悬挑体系，由84榀桁架组成，整个罩棚外立面落于混凝土结构上，屋面与墙体采用组合结构。

2 卸载方案

本工程钢结构卸载工作主要为拆除84榀主桁架悬挑端的临时支撑，如图2所示为罩棚结构平面布置图。主体结构材料为Q345B，临时支撑结构材料为Q235B。考虑网壳主体结构和临时支撑体系的相互作用及稳定性，通过建立拆撑过程分析的千斤顶单元法，模拟拆撑过程中千斤顶和临时支撑的工作机理及其与主体结构之间的相互作用。采用分区分级同步卸载方法，将结构划分为四个区，如图2所示，其中一区(54～73)和二区(12～30)为长轴区域，三区(1～11,74～84)和四区(31～53)为短轴区域。根据数值计算结果，分析各区域卸载前和卸载后各支撑点的位移，以确定每级卸载需下降的位移。由于结构体系发生变化，用千斤顶设备以位移法来控制整体结构，进行缓慢卸载。

3 施工检测方案

盐城体育馆罩棚为空间桁架体系。罩棚结构中间高，两端低，高差达7.8 m，最高点离地约45.6 m。其中罩棚结构中桁架的悬挑长度最大达42 m，最小悬挑长度为34 m。悬挑长度大，结构形式复杂，施工难度大。施工中，通过支撑的布置减小桁架的悬挑长度。

结构卸载时，需逐步拆除支撑，此时，结构体系发生改变，传力路径随之变化，悬挑长度的增大使得桁架端部杆件受力增大，该部位杆件易出现安全问题。由于结构体系的改变，局部杆件的内力也会出现由拉力转变为压力的可能，该类杆件存在着稳定问题。因此，在卸载过程中，对应力较大或变化较大的杆件进行应力检测，是安全施工的重要保证。

同时，结构在卸载阶段会发生较大变形，为了随时监控结构在卸载阶段的安全性以及后期整体结构的使用性，十分有必要在卸载阶段对结构进行变形监测。

3.1 监测手段

3.1.1 应力监测

结构在卸载阶段，杆件的应力会发生变化，体育馆桁架杆件的应力局部增大。因此，对应力进行检测可以直接反映出结构的安全性。应力监测常用工具如图3所示。

3.1.2 变形监测

在卸载阶段，结构的变形会增大。通过监测结构的变形，可直观的了解结构的总体安全状态，为结构施工过程的安全预警提供数据，同时还为后期结构的使用及健康监测提供依据。因此，对变形进行监控，可以有效的控制结构施工过程中的安全状态。变形监测的常用工具为全站仪。

3.2 测点布置

依据以上对卸载全过程的分析结果，选取每分区各级施工步中最大应力的杆件、卸载过程中应力变化较大的杆件以及可能导致结构施工系统的特征区域受力最不利的杆件，布置应力测点。同时，在各级施工步下变形最大的节点、可能导致结构失效的特征节点布置位移或变形测点。

本工程布置应力监测点如图4所示，S表示应力测点。在所布置的测点中，应力测点S1，S5和S6为监测可能导致结构及施工系统失效的特征杆件，S3和S4为短轴桁架上弦杆测点，S2，S6，和S7为各级施工步下应力较大杆件测点。

根据振弦式应变计和静态数据采集器，测得S1～S8测点在各级施工步下应力测点的最大计算值，见表1。

表1 各级施工步下测点最大计算应力

本工程布置变形测试点如图5所示，D表示变形测点。变形测点D1～D6分别为各级施工步下变形最大点，D7～D8为失效区域的特征测点，D9～D12分别为长轴和短轴桁架最外侧测点。

根据全站仪测得D1～D12测点在各级施工步下变形测点的理论计算值，见表2。

表2 各级施工步下变形测点的最大计算挠度

4 结语

1)盐城体育馆钢结构支撑卸载过程的应力实时监测为卸载的安全性提供了可靠的判断依据。

2)分区分级同步卸载过程中临时支撑塔架的设计必须具备足够的安全储备，应充分考虑各种初始缺陷和不确定性因素，例如支撑塔架的偏心受力和卸载过程中的超载等影响，避免出现不安全的情况。

3)根据以上分析可以看出，该卸载工程是一个非常复杂的施工过程，应充分考虑卸载过程中的各种不确定因素，并把仿真分析技术和现场实时监测技术密切结合是保证结构卸载成功的关键所在。施工前对结构施工过程进行分析验算，是安全施工的前提。

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Analysis on roofing unloading process of large span steel structure

SHAN Chun-ming1CHEN Biao2YANG Chun-sheng2

(1.Jiangsu Yancheng First Construction Engineering Limited Company, Yancheng 224005, China;2.Jiangsu Yancheng Chengnan New Area Administrative Committee Construction Bureau, Yancheng 224005, China)

Taking the Yancheng gymnasium project as the background, this paper introduced the large span steel structure roofing unloading plan of this project, through the monitoring to member bar stress and structural deformation, analyzed the security of unloading process, and obtained some valuable conclusions, provided good references for similar works.

steel structure, unloading, monitoring, stress

1009-6825(2014)31-0061-02

2014-08-23

单春明(1977- )，女，硕士，工程师，一级建造师； 陈 标(1973- )，男，工程师； 杨春生(1976- )，男，高级工程师

TU391

A