史竟成
上海建科工程咨询有限公司 上海市 200032
[摘要] 杭州某新建项目主楼屋盖是由钢网架、钢封边桁架、钢分叉柱及部分钢分叉节点组成的曲面空间结构体系，整体钢结构屋盖最大安装标高为+42.050m，投影面积约13万平方米。为此整个屋盖钢结构在施工时共分为5个提升区域，并在单个提升区采用了累积提升的施工方法。而针对该屋盖的各提升分区划分设定、提升支架布设以及卸载方法都是本工程钢结构屋盖成功实施的关键环节。本文从屋盖钢结构卸载方法选择、卸载过程控制及其针对性应急措施等方面详细介绍了该项目主楼屋盖钢结构卸载的关键技术，卸载实施结果证明整套施工技术合理可行，为类似工程的施工提供了很好的借鉴。
[关键词] 屋盖钢结构；曲面空间结构体系；分区提升；分级等比卸载
[中图分类号] [文献标识码] [文章 编号]
A brief analysis of the key technology of unloading large curved steel grid roof
（Shanghai Jianke Engineering Consulting Co.,Ltd，Shi Jingcheng 200032）
Abstract: The steel structure of the roof of the main building of a newly-built project in Hangzhou is a curved spatial structure system consisting of grid, edge-sealing truss, bifurcated columns and partial bifurcated joints. The maximum installation elevation of the steel structure is +42.050 m. During the construction of the steel structure of the roof of the main building, there are five lifting areas, and the construction method of cumulative lifting is adopted in each lifting area. Division of each lifting zone, setting of lifting bracket and unloading method are the key to successful implementation of the steel structure of the main building roof of this project. This paper introduces the key technologies of unloading the roof steel structure of the main building of this project from the aspects of unloading method selection, unloading process control and targeted emergency measures. The unloading results prove that the whole set of construction technology is reasonable and feasible, which provides a reference for the construction of similar projects.
Key words: Terminal roof steel structure; Spatial structure system of curved surface; Partition promotion; Graded equal ratio unloading
0引言
杭州某新建项目其主楼屋盖钢结构采用全焊接球网架、封边桁架、分叉柱及部分分叉节点组成的曲面空间结构体系，如图1所示。该钢结构支撑体系由标准支承柱、摇摆柱两种类型组成，标准支承柱由支撑柱+分叉节点+分叉柱组成，标准支承柱底部通过预埋件与下部混凝土结构锚固，顶部分叉柱与屋盖封边桁架、屋盖封边桁架与全焊接球网架均采用相贯焊接的连接形式，如图2所示。摇摆柱为梭型钢管柱，其顶部和底部均设置抗震球型支座，底部球型支座通过预埋件与下部混凝土结构连接，顶部球型支座与屋盖下弦连接，如图3所示。由于现场施工场地条件限制及屋盖钢结构平面布置不规则这两大影响因素，决定了该屋盖钢结构必须采用分区提升施工方法，共分为5个提升区域，如图4所示。通过施工仿真计算出每个提升区域需设置的提升架和提升吊点数量及提升力，保证了屋盖钢结构顺利就位。因此如何在卸载过程中，使屋盖钢结构从提升设置的临时支撑体系安全平稳转换到永久支承体系上，是本工程屋盖钢结构卸载的关键，也是本文分析的重点。
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图4 主楼屋盖钢结构提升分区示意图
1 临时支撑体系设计分析
本工程由于屋面钢结构最大宽度为291m，纵向长度466m，最大提升高度约为38.7m，为满足施工进度要求，屋盖钢结构共分为5个提升区域，每个区域分别采用累积提升的施工方法。临时支撑体系设计除应考虑荷载分布不均匀性、提升不同步性、施工荷载、风荷载、动荷载等因素的影响，在计算模型的建立过程以及荷载分项系数选取时充分考虑以上因素，还对相关永久结构的加固以及临时支撑体系与永久结构的连接要有充分的考虑。保证提升过程中不出现结构安全隐患。
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图5 主楼屋盖平面示意图
2 各提升分区临时支撑体系和吊点的设置
屋盖钢结构依据施工现场进度要求，按照提升一区→提升四区→提升二区→提升三区→提升五区顺序依次进行提升和卸载。各提升分区提升重量和提升吊点信息，见表1，各提升吊点的设备配置以提升一区为例，见表2。
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2.1提升支架构造说明
提升支架主肢材料规格为P203*8，缀条规格为P114*4，分配梁规格为B400*20，提升梁规格为B1300*700*20*40。提升支架底部转换梁，结合跨度和提升支架主肢应力比进行设置，规格主要为B400*20、B500*400*20、B700*400*25。提升支架示意图如图6所示。
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屋盖钢结构提升到位后，补装杆件：与水平加固杆干涉的杆件，待水平加固杆拆除后补装；网架卸载后，补装洋红色杆件。
2.2提升支架底部构造说明
提升支架底部构造按照与土建结构的位置关系分为以下三类。
（1）位于楼面区域的提升支架通过转换钢梁与混凝土主次梁连接，转换梁规格主要为B400*20。
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图8楼面区域提升支架底部构造示意图
（2）位于地面区域的提升支架底部浇筑混凝土基础，结合提升支架的布置尺寸及提升点反力，设计三类混凝土基础, 基础尺寸13.5×7m×0.6m，埋深2m。基础尺寸11.5×6m×0.6m，埋深1.5m，基础尺寸4.8m×4.8m×0.6m，埋深1.5m。
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图9 地面区域提升支架底部构造示意图
（3）主楼西侧结构有高架桥，部分高架桥桥墩平面位置与提升支架冲突，通过在高架桥桥墩及结构外墙上预埋埋件，在设置相应的立柱和转换梁的方式，进行处理。
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图10 高架桥桥墩区域提升支架底部构造示意图
2.3提升支架主肢底部加固措施
为保证提升支架主肢与埋件及转换钢梁连接的可靠性，提高主肢底部单肢承载力，在主肢底部加设4块劲板，劲板构造如下：
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图11 提升支架主肢底部加固措施示意图
3 卸载施工过程
3.1 卸载施工原则及安装情况确认
临时支撑体系卸载即为对屋面钢结构支撑力释放的过程，卸载时，屋面钢结构下部永久支撑体系逐渐开始承重。为确保结构安全，避免出现结构损伤，保证钢结构安装质量，应制定详细的卸载工艺，且卸载工艺必须遵循以下四点：
（1）屋盖钢结构分区提升到位后，涉及的后补杆件主要有三类需要安装完成：分叉节点下部支承柱和成品支座、提升分区与分区之间的网架杆件、受提升支架影响，须在提升支架拆除后安装的网架杆件和天窗杆件。
（2）确保屋盖钢结构自身安全和变形协调，各提升区的焊接工作全部完成，焊缝质量检测全部合格。
（3）屋面钢结构的线形测量检查时，要附安装和焊接过程中的测量检测数据，检查合格并有测量工程师签字确认后，将整体线形测量数据报监理公司审核确认，合格后方能进行临时支撑体系的卸载工作。
（4）以理论计算为依据、以变形控制为核心、以测量监测为手段、以安全平稳为目标，确保卸载过程中临时支撑体系及屋盖钢结构自身的稳定和安全。
3.2 卸载方法及总体卸载顺序的选择
屋面钢结构较复杂，考虑到各提升区相对吊点较多，整体跨度大、变形大的特点，通过多次模拟验算，提升支架和结构的强度、变形值和应力比均满足规范和设计要求，最终确定了采用以下卸载原则：靠近分区合拢位置的提升点位不卸载，其余分区提升点位采用等比分级卸载的方法进行卸载，单次最大卸载量控制在50mm，分多次等比卸载到位。
吊点卸载过程中，若位移值超过计算值时，须暂停卸卸载，经计算确定，提升一区卸载最大位移值为-102.6mm，提升五区卸载最大位移值为-128.4mm，提升四区卸载最大位移值为-273.9mm，提升一区卸载最大位移值为64.8mm，提升二区卸载最大位移值为86.2mm。
卸载过程中主体为计算机控制液压提升器卸载，卸载量可控性及同步性较好，整体卸载量精度可以控制在1mm，卸载不会对主体产生较大的应力及应变，故整个卸载进行如下：
（1）所有构件在提升到位后，根据构件设计条件，对部分杆件进行置换，保证所有安装杆件顺利到位。
（2）所有提升吊点为电脑控制，在开始卸载前，必须将所有卸载单元进行整合，统一到同一电脑操作平面上。
（3）卸载开始后，根据卸载的顺序依次对提升吊点进行卸载，卸载量由电脑控制，缓缓下降。
3.3 各提升分区卸载后需保留吊点
（1）提升一区与四区合拢位置的提升吊点，在一区、四区各自提升至设计标高并先行卸载到位后，进行合拢缝1施工；
（2）提升一区与五区、提升二区与三区合拢位置的提升吊点，在各自提升分区提升到位后，保留合拢位置提升吊点，待合拢缝2、合拢缝4完成后，再进行卸载。
（3）提升一、五区与二区，在一、五区提升到位后，除合拢缝处的提升吊点外，其余提升吊点先行卸载到位。二区提升到位后，保留合拢缝提升吊点，待合拢缝3完成后，再进行卸载。
各提升分区卸载后需要保留吊点，如下图所示。
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图17 合拢缝位置处提升吊点全部卸载分布图
3.4 卸载的关键技术措施
（1）合拢温度控制
屋盖钢结构主要包含4条合拢缝，合拢施工时间在2020年11月到2021年4月。设计要求钢屋盖结构施工时，合拢温度为16±4℃。为保证合拢作业温度与最佳合拢温度接近，合拢施工在上午11点至下午2点间，当天气温较高时间段（温度控制在12℃以上）进行合拢作业。在施工合拢缝之前（主要是合拢缝杆件焊接前），对结构温度进行持续监测。
（2）合拢杆件安装要点
为确保合拢缝施工过程中的安全，合拢缝杆件安装就位后，先焊接一端焊缝，另一端先可用玛板临时固定（临时焊缝和玛板强度应大于杆件合拢后的应力），待所有合拢杆件安装完成后再焊接。
为确保合拢口在施工过程中因温度变化而自由伸缩，合拢杆件一端采用卡马搭接连接，卡马的大小和数量需根据该接口部位的受力计算确定。?
图18 合拢缝断面示意图
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图19 合拢节点图
3.5 卸载施工有限元分析
临时支撑体系卸载过程对屋面钢结构而言是加载的过程，随着临时支撑体系的卸载，屋盖钢结构提升区域的扩大，受力也逐渐增大，当临时支撑体系完全卸载后，结构便处于设计的受力状态，通过卸载施工有限元分析，可模拟出卸载过程中的各种变形及受力情况，有利于卸载顺序的分析和荷载工况的验算。各提升分区卸载计算模型及结果如图20所示。
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图20 有限元分析计算
经现场实际测量监控，最大卸载理论位移值为-273.9mm＜最大卸载实际位移值为-263.0mm，整体结构应力比变形0.85＜1，符合规范及设计要求。
4 卸载注意事项
执行同步卸载的原则，在规定的时间内，在对应卸载高度范围内，在统一指挥下，同时缓慢下降，同时达到规定的卸载值。
施行卸载过程测量监测的原则，通过卸载前的测量和卸载过程中的测量，计算出下降值，再与设计起拱值进行比较，从而采取有针对性的措施。
执行卸载前后测量控制的原则。通过卸载前和卸载后的测量，计算出实际的最终沉降值，再与设计起拱值比较，若超出设计起拱值，必须找出原因、采取处理对策。
5 结语
本项目从卸载工况的验算分析、临时支撑体系的设计与施工、卸载思路及顺序的确定、及具体的支撑力释放实施操作等方面全面实施了预设的所有卸载施工技术。而卸载实施结果也充分证明了本次采用的整套施工技术是成功可行的，结构的质量、安全均得到了保证，也为今后类似工程留存了有用案例和可参考的经验。
参考文献：
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