大跨度复杂钢结构临时支撑卸载施工方案分析

李余鸿， 王德志， 石深文， 刘 意

(中铁建设集团有限公司，北京 100040)

0 引 言

设置临时支撑可提高结构的安全性，被广泛应用到在大跨度空间钢结构施工中，起到临时支撑、承受上部构件自重以及安装荷载的作用，为施工提供方便。本项目因结构复杂，跨度较大，成型前结构的弱刚性，为了满足更大的承载力及施工安全的要求，在东连廊钢结构安装过程中布设临时支撑。

临时支撑的卸载是结构由施工工况转向设计要求的过程，将会引起结构内力重分布，因此采用有限元分析软件，对多种卸载方案进行结构受力分析，确定最优卸载方案是十分必要的。合理的卸载顺序对保证钢结构从支撑状态过渡到工程实际状态的安全尤为重要，钢结构工程施工前均需对卸载顺序进行必要分析。

1 工程概况

依托工程为目前在施的九江鄱阳湖生态科技城科创中心工程。本工程1#楼与2#楼及1#楼与3#楼之间为大跨度钢结构连廊，共计6层；采用空中散拼法组装，东连廊钢结构重量约3 t，由下部4根φ1 400钢管柱支撑。东连廊为框架结构，由圆管柱、箱型柱、箱型梁、H型钢梁及斜撑组成。东连廊支撑采用格构式支撑形式，格构式支撑截面尺寸为1.2 m×1.2 m，主杆件为：L140×12，腹杆为L80×8，材质均为Q235B。东连廊钢结构模型如图1所示。

图1 东连廊钢结构模型

2 临时支撑卸载施工特点和施工难点

(1)本工程卸载区域主要为梁下部胎架，卸载作业主要有以下特点：

支架形式相似，结构单一，卸载点空间分布规律性相近。结构外形及临时支撑为沿中心线对称布置形式，卸载点在空间基本均衡分布。

卸载计算分析工作量大，为确保整个结构经过卸载后，平稳地从支承状态向结构自身承受荷载的状态过渡，通过MIDAS Gen对结构受力进行模拟进而对计算结果进行分析，以指导卸载过程的实施。

(2)临时支撑卸载施工难点主要为：

施工协调指挥难度大。为了确保整个卸载过程顺利实施，并且同卸载工况分析能够相结合，对于不同区域和标高位置的卸载能有序进行，协调指挥的难度较大。措施：组织素质较高的施工作业人员，在卸载前进行详细作业指导，在作业过程中采用独立的信号(对讲机使用统一频道进行统一指挥)。

卸载工况分析和实际结果可能存在差异。虽然在卸载前对卸载工况进行了详细的分析和计算，但实际卸载结果和理论数值必定会存在差异，对卸载过程中可能出现的意外情况必须做好充分准备。措施：卸载部位的构造措施要有足够的释放空间，在卸载过程中根据卸载测量控制点进行变形测量(并汇总成测量结果，如有必要上报监理单位)，确保卸载完成的状态在预计范围内；如在卸载实施过程中出现异常情况，暂停卸载，研究分析异常情况的原因，并制定相应的对策，以确保安全。

3 卸载施工方案

东连廊共包括20个卸载点，如图2所示。综合施工条件、以往经验以及成本等多方面因素，拟对临时支撑分批进行卸载，每批卸载2根临时支撑。根据临时支撑分布位置并结合结构变形计算结果，将临时支撑分组，见表1。

图2 东连廊临时支撑卸载点示意图

卸载顺序根据本工程结构形式及工程总体情况，临时支撑的卸载和拆除分别按组依次进行部署，进而从中找出最优卸载方案。本节讨论了四种临时支撑卸载方案，见表2。方案一为从对称轴由外到内(即两边向中间)对称卸载，方案二为从对称轴由内到外(即中间向两边)对称卸载，方案三为从南向北依次卸载，方案四为从设置临时支撑的反顺序进行依次卸载。考虑分批卸载过程，需注意在卸载过程中相邻支撑的受力是否出现较大变化，结构体系杆件的应力是否在容许应力范围内，结构体系受力转换是否稳定。在临时支撑的卸载拆除时，受力体系发生变化，引起荷载。本工程中，柱支撑体系和临时支撑相互作用，临时支撑卸载后，结构上部荷载由框架梁及柱承担，受力状态发生变化，需要考虑由此而来的结构安全性问题。

表2 东连廊临时支撑卸载方案

4 建议卸载方案

整体结构处于使用状态时，除了中间4根柱子组成的主体钢框架外，还有三部分悬臂结构，分别是南侧内部的悬挑以及北侧两端的圆弧悬挑。根据安装过程分析结果，内侧悬臂框架的荷载主要由内侧2根柱子承担，外侧悬臂框架的荷载主要由外侧的2根柱子承担，单侧悬臂框架的卸载施工对另一侧悬臂框架的临时支撑及结构的应力变形影响较小。

根据结构力学原理，一侧悬臂框架的临时支撑卸载影响最大的是该悬臂框架固定端上下杆件的应力及悬臂端的位移。同时，内侧悬臂框架的支撑卸载，会引起内侧悬臂框架的整体下沉，造成内侧其余支撑的反力增大；以中间主体钢框架为支撑面，也会引起外侧悬臂框架的微量上升，从而引起外侧悬挑框架下支撑的反力减小。

结合有限元分析结果，综合考虑现场施工条件，建议采用第一种卸载方案，即J(17,20)、 I(18,19)、 H(15,16)、 A(1,8)、 B(2,7)、 C(3,6)、 D(4,5)、 G(13,14)、 F(11,12)、 E(9,10)。按第一种卸载方案进行，结构各构件变形较小，受力合理，整个卸载过程中结构处于安全状态。

5 结束语

结合九江鄱阳湖生态科技城科创中心工程的大跨度钢结构东连廊临时支撑卸载施工，并考虑到其临时支撑卸载施工特点和施工难点，提出了4种临时支撑卸载方案。通过对比有限元分析结果，综合考虑现场施工条件,认为按第一种方案的卸载顺序施工，结构各构件变形较小，受力合理，整个卸载过程中结构处于安全状态，所以建议采用第一种卸载方案。