湖南中兴设备安装工程有限责任公司 湖南株洲 412002
摘要：本文着重阐述了援塞内加尔竞技摔跤场大跨度金腰带钢罩棚的卸载等关键环节施工技术在实际施工过程中的应用。卸载全过程采用同济大学的3D3S11.0（12.0）对进行模拟仿真计算，同时对部分过程采用SAP2000V17.3进行复核，对安装完毕（未卸载）与卸载完毕（全部临时支撑架拆除）两种状态进行计算比较，以此两种状态下整体结构的应力分布、位移情况及支撑反力为基础，对整个卸载方案及过程进行分步骤的有限元模拟计算；经过反复的方案优化和严格的计算、研究、分析，本工程采用整体同步等比分步的卸载方案是可行的。
关键词：大跨度 钢桁架 卸载 施工技术
0引言
高空大悬挑钢管桁架结构在施工过程中，常见做法是在钢管桁架结构下部设置临时支撑或胎架，待大悬挑钢管桁架结构整个空间受力体系形成并达到设计要求后再整体卸载。
1.工程概况
塞内加尔竞技摔跤场项目摔跤场总建筑面积为18 000m2。金腰带钢罩棚位于西侧看台上，采用大跨度空间钢管桁架体系，由主拱、后拱及径向次桁架组成，工程用钢总量约1200t。主拱为落地的倾斜空间梯形拱架，跨度为206.9m，主拱最高点标高50.466m，拱平面与水平面夹角为63°；后拱为空间三角形桁架结构，其中间段支承于看台的8根劲性钢骨混凝土柱上，柱间距约为11m，从端部柱到后拱拱脚直线距离约为80m，两个拱脚均落地，主拱及后拱拱脚间距离约为15m，前后拱跨中最大距离约为50m；主拱和后拱间设置18榀径向空间次桁架进行连接；屋面径向为弧线造型，由屋面体系中的檩条、檩托来实现自然弯弧。整个钢罩棚中间高两边底，中间宽两边窄；向外呈现为“金腰带”的形状，结构威武壮观，是西非地区跨度最大、结构最复杂的钢桁架结构工程。
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图1 钢罩棚轴侧图
2.工程施工特点与难点分析
（1）钢罩棚主拱桁架为叠层钢管桁架，所有杆件均采用高强度低合金Q345B无缝钢管，规格多达17种（见表1），总数量 2600多件，曲率半径各不相同，冷弯加工制作难度很大。
表1 各类杆件截面规格 单位：mm
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（2）钢结构安装焊接非常大、测量安装定位、卸载是本工程的重点和难点。
3.施工关键技术-钢结构卸载
1）卸载原则
卸载是大跨度钢结构施工过程中一个关键环节，是主体结构由安装状态过渡到设计受力状态的一个复杂过程，是结构受力逐渐转移和内力重分布的过程。对本工程而言，必须要保持“合理、有序、平稳、缓慢、均匀”的过渡，这就是本工程必须遵循的卸载原则。
2）卸载方案的确定
根据卸载原则，在充分考虑多方面因素的前提下，采用同济大学的3D3S11.0（12.0）对卸载全过程进行模拟仿真计算，同时对部分过程采用SAP2000V17.3进行复核。经过反复的方案优化和严格的计算、研究、分析，本工程采用整体同步等比分步的卸载方案是可行的。
3）卸载特点
① 结构复杂，卸载计算分析工作量较大。在选择卸载工况时，应力监测和应变监测同步进行，同步控制其在设计允许范围内，必须对卸载全过程进行详细周密的分析和卸载全过程模拟计算，并对理论计算结果进行分析、论证，以指导整个卸载过程的实施。
② 卸载总吨位大。本工程钢罩棚桁架总卸载吨位达800吨。为确保结构的安全和整体外形，需控制各点同步下降，理论计算过程中单点承受的最大支撑力约18吨。
③ 卸载点分布广，组织难度大。20个临时支撑架对称分布于南北看台及前后主拱的下部；为确保整个卸载过程按既定方案实施，并且切实同理论计算的分步卸载量相结合，20个卸载点的卸载顺序要按照计划进行，组织难度非常大。
④ 卸载工作均为高空操作，安全措施难度大；且与土建施工存在交叉作业，设备的坠落和操作员工的人身安全措施难度大。
⑤ 卸载过程中存在一定概率的不确定性。实际卸载过程中所有的卸载步骤，有可能会出现与理论计算数据不尽相同的情况，因此，卸载过程中必须实时进行跟踪测量和监控。一旦发现监测数据与理论数据不一致时，应及时按既定的应急处理预案进行处置，确保卸载能顺利实施。
4）卸载工艺方法选择
通过几种卸载方法的工艺优缺点分析及工程实际情况，决定采用机械螺旋千斤顶卸载工艺。其优点：工艺操作简便、投入较少。不存在液压千斤顶缓回油的情况，卸载千斤顶可调整用作施工千斤顶，从结构拼装到卸载不用更换，但应注意调整行程。
卸载工艺流程：在工况验算的基础上选择螺旋千斤顶型号→在临时支撑架上布置千斤顶、预留卸载行程→在千斤顶上或辅助工装上标识行程刻度→预卸载一个行程、观察→正式卸载（分步），每个卸载点同步下落预定行程，各工位与检查组通报工况并记录，重点记录千斤顶退出工作行程→卸载完成。
螺旋千斤顶型号选择，通过对各临时支撑点理论计算得知：单点承受的最大支撑力约18吨。考虑施工安全性，选择QL50螺旋千斤顶，其承载能力50吨，行程250mm，本体结构高度452mm，能完全满足卸载要求。
5）卸载准备
① 变形监测点的设置：整个结构上按既定方案对称设置28个变形监测点，每一个点均需认真检查，确保上面的小棱境或反光片安装到正确位置，且各地面观测点均设置完毕且保持通视。
② 卸载应力监测点设置：按既定方案设置88个监测点的电阻应变计，安装、检查到位，且连接线信号良好。
③ 卸载操作人员、变形观测人员、卸载工具、测量仪器、通讯设备、安全防护用品等准备就位。
④ 卸载技术与安全交底：卸载工艺、卸载分步行程、卸载指挥信号、异常情况处置措施、安全技术措施等交底。
6）卸载安全技术措施
在卸载过程中，支撑系统和结构体系中的受力十分复杂；卸载过程既是释放支撑架中的内力和拆除支撑架的过程，也是钢罩棚产生变形和结构体系稳步成型的过程。为防止发生意外，确保卸载的顺利进行，在卸载过程中应采取特殊的安全技术措施：
（1）卸载时要统一指挥，保证同步，且严格按照分步卸载量大小进行。
（2）卸载前先计算好支撑点处的结构变形量，通过变形量确定千斤顶的行程，如变形量超出千斤顶的最大行程，则要在卸载过程中更换千斤顶，或者卸载到一定的位置时，将结构临时固定，待更换千斤顶后继续卸载。
（3）卸载点水平位移较大时，在卸载步骤之间需要把千斤顶松掉调整其垂直度，释放其水平位移。千斤顶松掉时利用垫块代替支撑。
（4）卸载前要仔细检查各支撑点的连接情况，此时应让钢结构处于自由状态，不要有附加约束，特别要避免支撑系统与钢罩棚之间的固接。
（5）卸载时因不确定因素，必须进行跟踪测量和监控。
（6）卸载前要清理钢结构上的杂物和一切无关的荷载，卸载过程中，钢结构上下不得进行其他的作业。
（7）卸载前要做好一切安全的措施，并检查好千斤顶的使用性能。
（8）卸载条件具备，应通知总包及时协调其他的交叉作业班组，不得在钢罩棚区域之内施工。卸载期间钢罩棚区域周围30米范围之内严禁无关人员进入，并拉好警戒线。
4.施工技术实施效果分析
在钢罩棚的卸载过程中，科学的卸载技术确保卸载一次成功。对卸载后的监测数据分析，钢结构最大挠度值（40mm）远低于设计值（206mm），满足钢结构设计要求。
5.结语
在整个钢结构安装过程中，充分发挥了以科技创新为引领的作用，克服了工期紧张、施工难度大，取得了预期的经济效益；各分部分项工程一次验收合格率100%，确保了工程质量、安全和工期全面达到优良标准，取得了十分显著的效果。
参考文献：
1 《钢结构设计规范》 GB 50017-2003
2 《钢结构工程施工质量验收规范》 GB 50205-2001
3 《建筑钢结构施工手册》 中国钢结构协会编著
4 《超大跨度钢桁架安装、卸载技术研究与应用》 王海涛 等编著
2008 《全国钢结构学术年会论文集》【2008·10】
5 《济南市奥体中心体育场罩棚钢结构工程的卸载施工技术》 孙会社 等编著
《工程质量》 第28卷 2010年 第3期