大型展馆复杂钢结构拆除方案设计与施工

雷元新，王 辉

（1．佛山科学技术学院土木工程系，广东佛山528000；2．广东琪辉建设有限公司，广东佛山528000）

大型展馆复杂钢结构拆除方案设计与施工

雷元新1，王 辉2

（1．佛山科学技术学院土木工程系，广东佛山528000；2．广东琪辉建设有限公司，广东佛山528000）

依据对展览中心的结构特征分析，有针对性地制定了大厅飘蓬分跨拆解拆除法、网架拱3机抬吊整体拆除法、门式刚架“挂篮人工分割+吊车吊挂”吊拆法，通过层级协同管理制度的执行，按时、安全地完成了拆除任务，其技术和方法有较好的工程应用价值。

钢结构；拆除；方案设计；施工

1 工程概况

某大型临时展览中心因建设规划需要拆除。展馆建筑是多部分组合成的复杂钢结构体，有单层主跨63m刚架+两边跨18m框架,14×9m柱距，2跨2层框架（2×9m跨度，8×9m柱距），19支座191m大跨径倾斜网架拱，拉吊梁式雨蓬，屋檐口超高弧形女儿墙（格构式桁架）等6种类型的钢结构和部分混凝土剪力墙结构构成，建筑物面积18 255m2。展览中心概貌如图1所示，其东、南、西、北四个方向均为广场或空地，但要高效、安全拆除仍存在较大困难。

图1 展览中心概貌图片

2 拆除难点分析

由于待拆除的展馆建筑已经历了较长时间，设计资料不全，原始施工资料、竣工图等文件都难已收集。受拆除工期和费用成本的限制，不能也不允许搭设临时性的操作平台和支撑胎架［1］，6种不同类型的钢结构混合而成的复杂结构拆除风险极高，其拆除施工难点主要有：1）拉吊梁式入口飘蓬体量大，临空16.3 m、15.3 m高，拆割吊杆让梁分体时，破坏了吊拉钢梁的结构平衡，存在飘蓬坍塌风险；2）191 m大型倾斜网架拱，在屋面梁上“依序撑拉”安装支杆和拉杆，组成联合支座支承。部分节点锈蚀严重，单个杆件的刚度、抗拉压的承载力很低，若不按逆序关系而要拆除其任意一根杆件都会牵动全拱架的稳定与安全，甚至会导致拱架空中解体、跨塌的事故发生；3）63m刚架+两边跨18m框架，14×9m柱距，体量大，受牵制构件繁多；4）预拆除项目多而复杂，与结构环环相扣；5）原始技术文件收集困难，分析找准钢结构安全切割、破拆的合理部位，拟定满足切割、吊卸构件的绑扎点、方法等问题繁多。

进行拆除技术专项研究是方案设计中不可或缺的技术环节。通过研读设计图纸，掌握拟拆结构特点，关键构件、节点受力特性、作用、安装的顺序和方法；注意将所收集的各种文件资料与现场查勘结合使用，以备多方案比选、讨论。还应依据拆除单位的技术力量、装备水平、资源配置状况，考虑各种拆除方法难易点及可操作性，研判关键环节采用人工与机械配合拆除的可行性。与施工项目负责人、专业作业班组负责人进行拆除作业技术、方法、时序、安全等方面的现场推演，明确实施难点和可行的解决办法，是提高拆除专项方案可行性的最佳途径。

3 结构拆除方案设计

本工程拆除施工分为七大部分进行：附属设施拆除、飘蓬等预拆除、191m倾斜网架拱拆除、混凝土剪力墙拆除、西端跨钢架结构拆除、门式刚架整体拆除、地面结构破除及浅层地下附属物破拆清理。按照“先易后难，先外后里，先上后下；先附属、围护后结构”的逻辑顺序组织流水拆除施工。

依据待拆结构最大起程量、起重高度和起吊半径，选用的起重设备如表1所示。

表1 起重设备选用表

3.1 预拆除专项施工方案

出于安全考虑，按“有序流水”的方式依次预拆除电器设备、电线管道、通风管道、消防管网、各种挂饰，玻璃幕墙、门窗，外立面彩钢挂瓦，二区北屋檐口超高弧形女儿墙（格构式桁架），东、西大厅入口飘蓬钢挑架，网架拱，东大厅夹层。其中以东、西大厅入口飘蓬钢挑架、网架拱的安全风险大、技术难度高，需做专项施工方案。

3.1.1 东、西大厅入口飘蓬拆除

飘蓬钢挑梁架为吊拉结构，吊拉在钢柱和梁上，飘蓬面盖为双层夹心压型钢板。未出现结构性裂缝，主体结构完好，如图2所示。飘蓬钢架结构尺寸特征如表2。

图2 东、西面大厅入口飘蓬图片

表2 飘蓬钢架结构尺寸特征表

（1）分跨拆解拆除方法。东面大厅飘蓬采取“拆2吊3”，按9m一节间，隔跨拆除。如图3所示。先拆第二、第五节间的盖板和檩条，再拆第一、第六节间挑梁吊杆连接件并吊拆其2节间飘蓬，接着拆第三、第四节间3根挑梁吊杆连接件，再整体吊拆其2节间飘蓬。

图3 东面大厅飘蓬拆除示意图

（2）作业顺序。飘蓬临边加防护栏杆→用2台50 t吊机分别将第一、六节间两侧挑梁的重心吊挂拉紧→对第二、第五节间，由飘蓬外边向内拆除飘蓬面盖板，切割檩条→第一、六节间两侧挑梁吊拉杆连结件拆除，并检查确认已拆解→作业人员离开现场，由技术人员指挥吊起第一、六节间两侧挑梁，脱离安装位并吊放到空地→分割解体。移动2台吊车停放于第三、四节间中前方→将第三、四节间两侧挑梁的重心吊挂拉紧→飘蓬3条挑梁吊拉杆连结件拆除，并确认各连接部都得到拆解→其余同前。

同理，西面大厅飘蓬也采取“拆2吊3”，如图4所示，方法与东面大厅飘蓬拆除相似。

图4 西面大厅飘蓬拆除示意图

3.1.2 191m倾斜网架拱的拆除

网架拱有19个支座球节点，下弦顶矢高30m，并向北与地面侧斜45°，网架拱身重量约28～30 t，191m大跨径跨越展馆屋面，高出屋面约15m。斜拱处于侧倾荷载作用下，其倾斜稳定姿态由拱跨中部的主跨钢柱（柱距9m）、屋面梁及上面的撑、拉钢杆组成17个支座与地面2个支座来保持。故网架拱与柱顶的撑、拉钢杆组成了相互支撑的空间复杂结构。

3.1.2.1 拆除方法比选

方法一，3机抬吊网架拱整体扶直、推移拆除；方法二，3机抬吊网架拱整体推移拆除；方法三，2机配合逆序分节段吊卸拆除。3种方法的比选特征见表3。

表3 191m倾斜式网架拱拆除方法比选表

如工期较紧，应优选方法一、二；如工期允许则可优先选用技术难度低的方法三。

现仅阐述方法一“采用3机抬吊拱架、扶直、推移整体吊拆”的基本作业方法和关键步骤。首先要做好拆除前准备，向各作业班组进行技术交底，对指挥员、观察员、吊机司机进行专项协同要求培训，明确层级协同管理制度，始终保持信息传递的通畅；第二，切割网架拱支座等重要技术环节，按照“先绑扎吊卸点，临时用手动葫芦拉挂于安全结构上；再切割上支座节点，后切割下支杆节点，即拆即吊卸到地面”的顺序和要求进行。拱跨中间最大支撑立杆G10d66重2 051 kg，长20 633mm；最大拉杆G10d63重2 017 kg，长20 471m，屋面结构承载力不足以支撑立杆和拉杆的堆放，必须即拆即吊卸到地面。

3.1.2.2 3机抬吊作业验算分析

选3台中联牌长臂大吨位起重机，即2台ZLJ5663JQZ150H和1台ZLJ5663JQZ200H汽车起重机，吊点和停机位如图5～6。抬吊作业前必须由专业人员进行抬吊施工方案的制订，分析包括吊点设置、起重机站位、载荷分布等关键技术参数的安全合理性，从而规范指导拆除实施的全过程，有效规避风险。

起重机性能及工作参数的选择：1、3号2台ZLJ5663JQZ150H汽车起重机［2］，初始停机位回转半径27m，起重机主臂长59m；起重机起吊高度38.2m，允许起重量13 t；经2机同步收索——吊臂收缩仰起，1、3号起重机回转半径18～9m，起重机起吊高度38.2m调为42.2m，允许起重量19.2～33 t，两机同向南移到竖直位相距16m停好机后作同步放索仰臂。2号1台ZLJ5663JQZ200H汽车起重机［3］，初始停机位回转半径46m，起重机起吊高度52.71m，允许起重量6.2 t；经收索——吊臂收缩仰起，2号起重机回转半径16～9m，起重机起吊高度52.71m调为48.39m，允许起重量23.6～37 t。与1、3号机作同步放索仰臂。

初始位抬吊扶直验算：2×13+1×6.2=32.2 t，大于28 t，满足扶直要求。扶直吊挂能力验算：2× 19.2+1×23.6=62.0 t，大于30 t，满足吊挂拆除要求。钢丝绳选用3～4倍倍率［2-3］。

网架拱吊卸高度验算。网架拱吊卸高度H=吊钩及钢丝绳高度（H1=3.0m）+网架拱扶直高度（H2=42.5m）+网架拱底台座至地面高度（H3=1.0m）+吊离间隙（H4=0.3m）=46.8m，小于起重机的有效起吊高度52.71m。

吊挂重量及吊卸荷载验算。起重机的实际负荷应在额定的起升能力范围内，多台起重机抬吊作业，每台起重机的任意工位实际负荷应不超过其所处工位额定起重能力的70%～85%。

3.1.2.3 关键作业步骤

按图5～6所示节点截面实施3节段绑扎、吊挂→3机抬吊拱架，吊机缓缓收紧吊绳，使各绑扎点吊挂位对称、紧张度均衡［4］，如图7→由中向两拱脚方向对称拆割支撑拱架的各根斜拉钢杆，参考图5调整、释放网架拱的不对称受力状态，检查各吊机的工作稳定性和平衡姿态→吊挂检查1、3号起重载荷13 t，2号机载荷6.2 t稳定15～20min，正常→切割竖向支杆（拆割、拆解，分离支撑拱架的各根支撑钢立杆下部节点连接）→拆割松解地面球节点支座→3吊机抬吊［5］起网架拱，保持向南面扶直，1、3号允许起重载荷各19.2 t，2号机允许起重载荷23.6 t→1、3号机同步向南移到竖直位相距16m停好机后作同步放索仰臂→吊起拱架，脱离安装支座位→3吊机向南作同步放索仰臂，实现网架向南移动［6-7］→3吊机保持匀速，同步向南吊放于地面→网架拖离放倒区到拆解区进行解体。

图6 3机抬吊网架拱停机位及工作幅度

图7 3机抬吊扶直对称吊挂位置及载荷分配示意

3.2 主体结构拆除时序及分区

主体结构拆除作业顺序分区，详见图8。一区是西端跨钢框架混凝土结构，可在预拆除、附属设施拆除之后先行同时拆除施工；二、三区为18m跨的钢架结构，可在一区施工之后同时进行拆除；四区是63m跨钢结构门式刚架结构，在一～三区拆除之后，周边场地无障碍物时进行拆除；最后拆除五～六区混凝土剪力墙结构，拆除地坪，清运残渣。

图8 主体结构拆除作业顺序分区

3.3 主体展馆63m钢结构门式刚架拆除

3.3.1 二～三区钢框架拆除

二～三区为主展馆附跨钢框架建筑，结构完好，可按2个独立的施工段，组织2个综合拆除专业队在二、三区进行平行施工，采用免搭施工胎架［1］，“4挂篮人工分割+1吊车吊挂”吊拆大梁法，二、三区钢框架拆除施工示意，如图9。

图9 二、三区钢框架拆除施工示意

拆除顺序：用100 t吊车依次吊拆横向框架节间的纵向屋面梁→拆除各榀横向钢框架所有的纵向联系（柱间支撑、连杆等）→用100 t吊车吊挂框架顶部大梁（选中间立柱两侧节间屋面梁梁端“三分之一”截面绑扎吊点进行可靠绑扎）→“砍树式”气割钢柱，使之在吊机的拉挂下向建筑物外侧（南面或北面空旷）场地放倒地面→做后续拆解处置。

3.3.2 主展馆63m钢结构门式刚架拆除

四区为主展馆跨63m钢结构门式刚架建筑，共14柱间，柱网10×63m。主体结构完好，划分为2个施工段，由2个综合拆除专业队相向推进吊拆，平行施工。采用免搭施工胎架，“2挂篮人工分割+1吊车吊挂”吊拆连梁、系杆法。为满足高空屋架钢连梁、系杆的由上而下，节间依次吊拆，须选用50 t以上的长臂吊机。经验算门架中段横梁须采用100 t吊车吊挂拆除。若采取整体吊拆考虑延伸吊臂放倒整榀门架则须采用150 t吊车来吊挂拆除［4］，如图10所示。

拆除顺序：用50 t吊机吊拆横向刚架节间的纵向屋面梁上的屋架钢连梁、系杆→完全解除各榀横向主跨钢结构刚架所有的纵向联系（柱间支撑、连杆等）→用150 t吊车吊挂63m刚架顶部拼接钢大梁（选中间节间屋面梁的梁端“四分之一”截面绑扎吊点进行可靠绑扎）→分割门式刚架中部1/2拼接钢大梁→“砍树式”气割宽翼缘H型钢柱单侧两翼→倒L梁柱用吊机拉挂和挖土机牵引，向建筑物外侧（南面或北面空旷）场地放倒地面→后续拆解处置。

图10 63m钢结构门式刚架拆除

4 小结

本展览中心钢结构拆除项目复杂、繁多，需认真对待每个作业环节，按不同结构特征制定针对性的拆除技术方法，尽量使之科学合理，如网架拱联合支座的拆除牵一发动全身，拆除过程必须按“逆序”规律进行。只有对结构、节点、吊拆工艺等进行认真研判，才能化解复杂结构拆除中存在的急、难、险、重问题。

［1］王磊.国家体育场（鸟巢）钢结构桁架柱安装技术［J］.建筑技术,2010,7（41）:588-591.

［2］长沙中联重科工程起重机公司.中联牌 ZLJ5663JQZ150H汽车起重机产品介绍书［EB/OL］.（2014-07-04）［2017-03-24］.https://wenku.baidu.com/view/ee989f6b5727a5e9846a612c.html.

［3］长沙中联重科工程起重机公司.中联牌ZLJ5663JQZ200H汽车起重机产品介绍书［EB/OL］.（2013-06-09）［2017-03-24］.https://wenku.baidu.com/view/82d7d2c4c1c708a1284a44c1.htm l.

［4］林汉丁.起重吊装受力控制的数学模型［J］.南京建筑工程学院学报,1996,39（4）:72-77.

［5］王小兰.3台起重机吊装超长超重钢桁架施工技术［J］.施工技术,2013,42（20）:62-64.

［6］刘朝志.论大型吊装中的翻转作业（待续）［J］.石油工程建设,2001,6（3）:1-7.

［7］刘朝志.论大型吊装中的翻转作业（续）［J］.石油工程建设,2001,6（4）:10-12.

【责任编辑：周绍缨 410154121@qq.com】

Design and implementation of complex steel structure dismantling plan of large exhibition hall

LEI Yuan-xin1,WANG Hui2
（1.Department of Civil Engineering,Foshan University,Foshan 528000,China; 2.Guangdong Qihui Construction Co.,Ltd.,Foshan 528000,China）

Based on the analysis of structural characteristics of the exhibition center,we formulated dismantling plansaccordingly.The hallcantilevered canopywasdismantled in batches;Steelarchwashung&lifted inwhole by 3 cranes;and portal frame was manually split by cradle worker sand later removed via crane.With collaborativemanagement,we completed projectsafely&on schedule.The techniques andmethods have good engineeringapplication value.

steelsructure;dismantle;plan design;implementation

TU746

A

1008-0171（2017）04-0001-07

2017-05-16

雷元新（1963-），男，江西南昌人，佛山科学技术学院副教授。