【获奖QC】大跨钢桁架支撑胎架卸载施工工法

大跨度钢桁架支撑胎架卸载施工工法

1.前言

在现行建筑行业的施工中，钢结构以其跨度大、强度高、自重轻、刚性好、变形能力强等优点，越来越多的被应用于大跨度和超高、超重型的建筑工程当中。

鄂尔多斯市体育中心游泳馆为2015年第十届全国少数民族运动会主场馆。屋盖采用大跨钢桁架结构。钢桁架跨度大，最大跨度达128m。荷载重、体量大，用钢量约为3358T。造型复杂，施工难度高。施工时，采用临时支撑胎架作为空中支撑平台进行钢结构组装，在组装完成后经验收合格再拆除临时支撑。在卸载过程中，支撑胎架和钢桁架的受力状态发生了根本性的变化，支撑胎架所受的荷载逐渐减小至零，钢桁架由临时胎架支撑转换为完全依靠自身受力。若胎架的支承力卸载释放不合理，会造成屋盖钢桁架结构破坏或胎架失稳，后果十分严重。因此保证卸载过程的安全过渡至关重要，大跨钢桁架支撑胎架的卸载是钢结构施工中最为核心的一个环节。

在以往的钢结构卸载过程中，由于施工难度大、不确定因素多，施工单位不重视等，尚无总结形成比较成熟的卸载经验。本工程采用“分步骤多次循环微量下降”卸载方法。在整个卸载过程中实时监测，检测结果：结构的实际变形值、实际应力变化值与理论数据相对比, 符合结构设计和相关规范标准要求, 卸载取得了圆满成功。本工法是与天津大学联合开展大跨度空间结构相关课题研究的关键技术之一。采用该工法实施卸载所取得的数据与研究结果，为同类工程积累了第一手现场资料作为理论

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依据，提供了安全、可借鉴的实践经验。本工程质量预控目标为中国建筑工程最高奖——鲁班奖，已于2013年4月荣获中国建筑钢结构金奖。

2.工法特点

2.1通过计算机仿真计算，确定采用“分步骤多次循环微量下降”的卸载方法，支撑胎架整体同步卸载，避免出现过大变形、位移，保证受力转换安全且稳定。

2.2卸载过程中，实时监测各项数据，做到同步卸载、变形协调、分阶循环。使应变与应力变化平稳过渡，保证相邻支撑点受力不会产生突变，确保支撑胎架及钢桁架的结构安全。

2.3钢桁架杆件的应力应变没有超过相关规范规定的允许范围，避免出现影响工程的使用功能及安全性能的变形和位移情况。

3.适用范围

本工法适用于跨度大、单榀桁架重量大、多榀桁架构造相同的空间桁架结构施工，尤其适用于大跨度钢桁架放射状空间结构体系的中心支撑的卸载施工。对其它大跨度钢桁架结构工程，例如体育场馆、展览馆、影剧院、航空候机大厅及其他大型公共建筑和工业生产厂房等工程的施工有着重要借鉴意义。

4.工艺原理

4.1通过应用计算机模拟仿真计算分析技术进行受力分析，制定出大跨钢桁架支撑胎架卸载施工专项方案。通过理论分析指导整个卸载过程,以保证杆件应力应变在卸载过程中始终保持在控制的允许范围之内。

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4.2本工程钢桁架空间结构体系的中心加强环下设计布置4个支撑胎架，平均分布在距离中心半径为4m的中心加强环的圆周上，支撑胎架高度大约为24m。每个支撑胎架荷载约为115T，上面有3个支撑点。在10m处设计连接平台，24m处的设计头部支撑平台。支撑胎架模拟仿真图见图4.2-1，现场实际支撑胎架见图4.2-2。

图4.2-1 支撑胎架三维图

图4.2-2 中心加强环下钢结构支撑胎架

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4.3在卸载过程中，以理论计算为根据，以结构安全为宗旨，以实时监控为核心，以平稳过渡为目标，遵循“变形协调、卸载均衡”的原则。

4.4分步骤多次循环微量下降，每阶段下降量按理论计算值下降。根据理论计算计划分五个阶段修割支撑点来进行卸载。

4.5采用同步缓慢修割支撑点的方法，使桁架自然平缓的下降到第一阶段。检查桁架安全及整体下降情况。若正常则采用同样的方法，下降到第二阶段。重复进行，直至桁架完全脱离支撑点。

4.6严格控制卸载时每一阶段高程精度，卸载过程实时跟踪监测，通过计算机对卸载过程实时分析并指导卸载施工。以确保卸载安全顺利进行。实现大跨度钢结构体系由临时支撑受力平稳地过渡到自身受力的过程。

5.工艺流程及操作要点

5.1施工工艺流程

卸载前准备工作→卸载实施第一步→卸载过程监测→分析各项情况是否正常→若正常则进行下一步卸载→逐级完成→直至桁架完全脱离支撑胎架→数据分析→卸载圆满成功。

5.2操作要点

5.2.1卸载前准备工作

1．本工程屋盖钢结构，在卸载前必须完成以下方面的工作：

1）斜筒柱混凝土浇筑强度达到100%。

2）钢桁架构件全部安装完成，节点全部焊接完成。

3）构件、节点质量通过验收合格。

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4）根据计算机模拟仿真计算分析数据编制卸载专项施工方案。

5）排查高空作业及高空坠物的安全隐患。在卸载区域下拉安全警戒带，并设明显的安全警示牌。

6）对卸载人员进行安全技术交底，让每个人员熟练掌握自己的操作步骤。

7）复测钢结构工程的高程及平面控制网，并以此做基准，来监测卸载过程中钢桁架及胎架的应力应变等情况。

2．模拟卸载

在正式卸载前进行模拟演练，主要调试应力应变检测设备系统、检验卸载指挥小组的通畅运行、检测卸载操作人员的技术水平、检验专项方案的可行性。总结不足之处，最终确认是否具备卸载条件，确保卸载过程零风险。在各项模拟工作完成且确认具备卸载条件后可实施卸载。

5.2.2卸载实施

1．卸载过程采用“分步多次循环微量下降”方法来实现整体卸载，遵循同步卸载、变形协调、分步循环的原则。通过设计理论计算，屋盖钢桁架结构附加上屋面檩条及马道的荷载，整体钢结构在独立承重后将出现不同程度的下沉，最大竖向位移设计理论值为-69mm，发生在中心加强环上。

2．为让钢桁架均匀、渐进地自主受力，防止个别支撑点集中受力，根据计算所得位移值，采用所有支点每阶段同时修割最大值不大于15mm的下降法直至拆除支撑架。本工法计划分五个阶段修割支撑点来进行卸载，具体卸载方法如下：第一步：按预定卸载方案进行精确的控制各次卸载量，在桁架下的临时支撑胎架上画上标记线，标出每次下降量的控制线。

第二步：采用同时缓慢修割支撑点的方法，使桁架自然平缓的下降到第一阶段，

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