大跨度空间钢结构同步卸载技术

2018-09-14蒋晓洪

四川建筑 2018年4期

关键词：腹杆塔楼桁架

陈庆,蒋晓洪

(中国五冶集团有限公司,四川成都 610063)

1 工程概况

南充博物馆为大型综合性博物馆，建设内容主要包括藏品用房、陈列展览用房、技术及管理用房、观众服务设施用房以及设备配置等，项目占地面积为38 119 m2，建筑面积为49 157 m2(图1、图2)。

图1 建筑整体效果

图2 钢结构整体效果

地上四层，地下一层，地下局部设有夹层，采用钢筋混凝土筒体-钢桁架-钢筋混凝土框架组成的混合结构体系，建筑高度31.2 m。

二层设有局部悬挑桁架；三层楼面以上由4个钢筋混凝土筒体支承八榀主钢桁架形成的屋盖钢结构,钢结构部分楼板为钢筋桁架式组合楼承板。

核心筒共计有4个，采用型钢混凝土结构，核心筒钢柱采用口400×400×50箱型钢骨柱，材质Q345B，钢骨柱外裹C40混凝土。

钢屋盖总重量约7 800 t，采用地面整体拼装，4个核心筒顶设置32台350 t千斤顶计算机控制液压整体提升的施工方式，提升合龙焊接完成后，同步卸载(图3、图4)。

图3 施工效果

图4 施工实照

2 卸载总体思路

经对施工状态下结构受力体系进行计算机模拟分析，各个核心筒之间相互影响较小，为缩短工期节约人工，在完成一个塔楼焊接、卸载、拆除的全部工作后，再进行下一个塔楼施工，总体顺序按照2号核心筒→3号核心筒→4号核心筒→1号核心筒的顺序(图5)。

图5 卸载顺序

3 卸载流程

经计算桁架设计状态，桁架断面位置竖向力由上弦杆、下弦杆各承载约8 %，斜腹杆承载85 %，因此卸载时按照以上比例进行(表1)。

表1 卸载流程

提升过程中，下锚点设置在桁架上弦，首先对口下弦杆，利于第二步上弦杆对口调整，反之则不便调整。桁架断面竖向力主要通过斜腹杆传递，最后连接斜腹杆，并全部卸载，有利于接近设计状态。

4 同步卸载施工模拟

采用Sap2000程序的空间杆系有限元方法计算。桁架结构采用Frame单元，荷载作用点(铰接或刚接节点)到截面形心的偏心采用刚臂(刚体约束)模拟。结构重量采用分段计算。整体模型如图6所示。计算结果如图7～图12所示。

图6 整体模型

图7 钢绞线各阶段载荷曲线

图8 上弦杆各阶段载荷曲线

图9 下弦杆各阶段载荷曲线

图10 腹杆各阶段载荷曲线

图11 加固桁架各阶段变形曲线

图12 卸载过程中结构应力情况

经计算，卸载过程中结构应力满足要求,应力比较大的20根杆件均为临时构造(表2)。整体计算满足受力及变形要求，整个过程安全可控。

5 整体结构卸载

(1)卸载前应进行详细的卸载分析计算，根据卸载方案进行卸载工作。

(2)卸载前应进行卸载过程的模拟培训工作，确保卸载过程中的同步性。

(3)卸载前应完成主体结构所有构件安装工作，主体结构的所有焊接工作，需探伤检测的部位已全部通过自检和第三方检测并已全部合格，具备上述条件后，方可进行卸载。

(4)卸载过程中，要求做到设计统一、组织机构统一、监测统一和卸载工具统一，确保卸载安全。

(5)卸载过程中，应有可靠的测量测控措施对卸载工作进行监控，根据监测结果及时调整各支撑点的卸载位移量；并应采取可行的措施消除水平位移的累积，确保卸载安全。

(6)卸载是一个复杂的过程，为了保证结构体系的安全、平稳过渡，必须建立严格的组织管理体系。组织体系中设置一位总指挥，负责工程全面的卸载过程的指挥与协调；两个副总指挥及若干作业组长，负责卸载过程的实施及监控，每个班子都要设监测人员、安全员、协调与监视人员、指挥与调度员，下设作业队。

(7)卸载完成后提升支架、加固桁架在确认结构满足使用及设计、规范的安全状态下拆除。

6 临时加固结构拆除

为了保证提升过程中结构的变形可控、对口焊接精度符合要求，加固桁架刚度较大。在完成上、下弦杆焊接后，主桁架载荷仍通过加固桁架上、下弦杆传力，原设计主桁架上、下弦结构内力较小。因此加固桁架的拆除与一般临时结构拆除不同，这个过程是重要的受力转换过程，会很大地影响最终状态与设计状态的符合，不符合要求的拆除程序甚至可能导致结构安全隐患。