大型体育场馆屋架卸载施工技术

邵 暄

上海市机械施工集团有限公司 上海 200072

1 工程概况

静安体育中心项目为综合体育建筑，位于上海市静安区，东侧为规划商业服务用地、明园森林都市三期，南侧为大宁国际第一幼儿园、永和东路；西侧为人民电器厂、静安区人民法院；北侧为汶水路、中环线高架。总用地面积61 733.8 m2，总建筑面积71 291.17 m2，地上建筑面积44 880.91 m2，地下建筑面积26 410.26 m2。

本工程主体钢结构主要分为2个部分：外框钢结构区域及网架结构（图1）。外框钢结构部分由钢柱、环向钢梁、两榀倒三角管型重要桁架、径向平面主桁架以及连系构件（杆、桁架）组成，覆盖范围为214 m×99 m。径向桁架呈发散射线式分布，与外圈柱顶刚接并一一对应，最大跨度为93.7 m。桁架间采用平面桁架连接，桁架在屋脊以内高约2.5 m，为保证径向桁架面外稳定，等间距设置6道环向次桁架，最内圈一道为封边桁架。为节省用钢量，在径向桁架受压为主的上弦层额外设置多道水平支撑。构架结构桁架跨度较大，其中屋脊弧形桁架的最大跨度为146 m，径向桁架最大跨度为94 m。钢结构总质量为2 000 t。

图1 钢屋架结构形式

2 卸载分区及卸载点位设置

该项目屋架结构面积大，同时对屋架结构进行卸载，无法精确控制变形，考虑现场有效控制卸载量及结构变形，合理分配施工设备及人员。通过模型分析计算，划分构架卸载区块，根据径向桁架卸载分为3个区块（图2）。

图2 卸载分区平面布置

卸载分区1的同步卸载点位设置在轴线JHJ2a、JHJ4a、JHJ8a，单根轴线上的径向桁架设置2个卸载点，对应的支撑编号分别为1-23#、2-23#，1-25#、2-25#，1-29#、2-29#，共计6个同步卸载点，具体布置如图3所示。

图3 分区1同步卸载点位布置

卸载分区2的同步卸载点位设置在轴线JHJ12、JHJ8、JHJ6、JHJ2，单根轴线上的径向桁架设置2个卸载点，对应的支撑编号分别为1-10#、2-10#，1-14#、2-14#，1-16#、2-16#，1-20#、2-20#，共计8个同步卸载点，具体布置如图4所示。

图4 分区2同步卸载点位布置

卸载分区3的同步卸载点位设置在轴线JHJ21、JHJ17、JHJ14，单根轴线上的径向桁架设置2个卸载点，对应的支撑编号分别为1-1#、2-1#，1-5#、2-5#，1-8#、2-8#，共计6个同步卸载点，具体布置如图5所示。

图5 分区3同步卸载点位布置

环形主桁架同步卸载点设置于主桁架THJ1-7、THJ1-9、THJ1-11、THJ1-13、THJ1-15，同步卸载点利用主桁架下方原有临时支撑，对应支撑编号分别为4#、5#，6#、7#，8#、9#，10#、11#，12#、13#，具体布置如图6所示。

图6 环形主桁架同步卸载点位布置

环形桁架下方支撑主要为塔架支撑，塔架顶部为转换钢梁以及2根立柱，分别支撑于三角桁架下弦以及外侧上弦。转换钢梁规格主要为36b#工字钢，具体布置如图7、图8所示。

图7 环形主桁架支撑示意

图8 主桁架THJ2临时支撑

南北向主桁架分段安装，下方混凝土柱顶部设置2根H型钢，分别支撑于主桁架的2根上弦杆处。径向桁架为单榀分段高空拼装。每根轴线的径向桁架下方为2根临时支撑，即塔架支撑或φ609 mm圆管支撑，具体布置如图9所示。

图9 径向桁架支撑示意

径向桁架支撑，塔架支撑上方设置转换钢梁及立柱，单根立柱支撑于径向桁架下弦。φ609 mm圆管支撑上方设置转换立柱，单根立柱支撑于径向桁架下弦，具体布置如图10所示。

图10 径向桁架支撑示意

3 支撑形式选择

结合本工程钢结构特点和机械设备性能，根据外围钢柱、主要桁架及径向桁架进行分段，分段节点部位需设置临时支撑。由于分段节点下方支撑点楼层高度不同，考虑支撑稳定性，故采用2种不同形式的支撑：φ609 mm单根支撑及塔架支撑。塔架支撑上部节点采用25a#工字钢焊接，临时支承的H型钢搁置点标高必须按照设计要求进行定位。支撑下部采用2块路基箱进行荷载扩散。塔架支撑于楼板上时，采用路基箱扩散，当遇高低跨时，采用2根36#工字钢进行荷载的转换。φ609 mm单根支撑上部节点采用25a#工字钢焊接，临时支承的H型钢搁置点标高必须按照设计要求的标高进行定位。支撑下部采用单块路基箱进行荷载扩散（图11）。

图11 塔架及φ609 mm单根支撑节点

2种支撑形式各有优劣，φ609 mm圆管搭设便利，工人操作熟练，但为保证正常焊接需另行搭设脚手架，脚手架工作量大；且本工程为长细比控制，故φ609 mm支撑形式需设置八字撑以保证斜柱及支撑稳定。塔架支撑稳定性能好，易于拼装，由于内部有登高措施，故无需搭设脚手架，安全性高。2种支撑形式在项目上皆有应用，为保障危险性较大的工程安全性提供了有力的技术支持。

4 卸载前结构施工状态

卸载前完成以下结构的安装：所有钢柱、环形主桁架、南北向主桁架；JHJ22轴线与JHJ9a轴线之间所有径向桁架以及相应的次桁架与连系杆；阴影区域内为2条施工缝，阴影区域内的次桁架、连系杆待径向桁架卸载完成后安装；外框斜柱临时支撑全部卸载并拆除。

5 卸载流程

总体卸载流程：先分区卸载径向桁架，然后同步卸载环形主桁架。径向桁架卸载流程：跳帮卸载非同步卸载点位的所有临时支撑；径向桁架分3块区域依次同步卸载；安装施工缝内次桁架及连系杆件。环形主桁架卸载流程：非同步卸载点位支撑卸载；同步卸载点位三角桁架外侧上弦杆对应支撑拆除；环形主桁架同步卸载[1]。

6 卸载方案

6.1 非同步卸载点位卸载

主桁架、径向桁架中非同步卸载点位支撑按照“多次循环、微量下降”的原则，使用氧气割刀切割的方法进行卸载。分区内非同步卸载点的径向桁架按照跳帮顺序进行卸载，单根轴线2个支撑同时卸载。

6.2 径向桁架卸载

单个同步卸载点支撑两侧设置2个千斤顶，通过置换的方式逐步割除支撑底部，直至卸载完成。支撑翼缘两侧各设置1个20 t手压千斤顶，对应翼缘位置设置牛腿，通过两侧千斤顶共同顶升，使支撑底部脱开并气割底部翼缘及腹板。同步卸载前，各同步点位千斤顶顶升并抵住牛腿，随后将支撑底部与下部横梁之间割开（图12）。

图12 单个卸载点位示意

操作流程：各卸载点同步顶升，直至各支撑底部脱离钢梁，随后分级割除卸载量，控制在10～20 mm，随后千斤顶缩缸，支撑抵住下部钢梁，千斤顶脱离牛腿。重复上述流程，直至完成卸载。径向桁架同步卸载理论最大竖向位移为110 mm，实际操作考虑一定的余量。

6.3 环形桁架卸载

卸载点设置同径向桁架，弧形桁架临时支承在施工过程中的最大反力为457 kN，采用30 t千斤顶。同步卸载前，各同步点位千斤顶顶升并抵住牛腿，随后将支撑底部与下部横梁之间割开。操作流程同径向桁架操作流程。环向桁架同步卸载理论最大竖向位移为152.82 mm，实际操作考虑一定的余量。

7 卸载施工要点

准备工作：在支撑下方地上及支撑节点处标记支撑编号→检查分区内桁架构件是否安装到位→检查支撑加固是否到位→支撑缆风绳拉紧→解锁所有主桁架的球形支座限位，主桁架临时支撑拆除。针对径向桁架：第1次卸载5 mm，第2次卸载10 mm，待监测稳定后卸载120 mm。针对环向桁架：第1次卸载5 mm，第2次卸载10 mm，第3次卸载20 mm，第4次卸载50 mm，待监测稳定后卸载50 mm。

8 现场实际效果

由于设计需求，外框钢架十分轻巧，构件截面小，板厚薄，最薄的板厚为6 mm。根据计算分析，桁架中心由于自重变形就将高达30 cm，为保证现场结构安全，前期根据变形量对构件采取现场预起拱的方案，施工过程中进行分批分级多步卸载，并对构件的内力进行监测，明确荷载传力路径为径向桁架→弧形桁架→结构立柱。由于传力路径明确、合理，结构内力及变形分布情况与设计状态基本一致。最终工程卸载历时4 d顺利完成，监测数据与方案中的数据基本一致，达到了技术指导施工的效果。

9 结语

本工程中结构跨度大，传力体系复杂，结构最终成型前的卸载工作量大。通过采用本文所述的方法对该结构支撑体系进行卸载施工，顺利解决了结构变形大的技术难题，施工过程简便、安全，效果良好，促进了空间钢结构安装施工的发展。

[1] 苏英强,王留成,段先军,等.北京新机场航站楼屋盖钢结构卸载技术研究[J].建筑技术,2018,49(9):951-955.