大型复杂钢结构整体卸载技术之要点

随着当代建筑结构的发展，许多新型结构及多种复合结构越来越多地出现在建筑设计当中，给建筑施工带来了很大的挑战。

扬州体育公园游泳跳水馆工程就是其中之一，其屋盖采用双向正交不规则管桁架结构体系，与周边的劲性钢柱及埋件相连，屋盖包含的结构形式多样，由桁架结构、减震支座、球节点、铸钢节点、单层网壳、张拉索结构、张拉膜结构等，组合形成一个不规则的空间整体结构。该工程钢结构屋面安装采用搭设承重脚手架的方法，待屋面钢结构安装完毕后，方可对承重脚手架支撑的桁架进行整体卸载，从而由脚手架受力转为桁架自身受力。由于工程结构形式多样，且均为不规则构造，每一支点受力均不相同，卸载难度很大。为保证卸载时整体受力的均匀性及支点受力的稳定性，现场的支撑点采用U型螺旋顶撑支撑在脚手管上，上放4根工10工字钢，桁架支撑于工字钢上，将整体结构的受力传到承重脚手架上。卸载时，用扳手缓慢旋转U型螺旋顶撑下的旋转杆，使桁架均匀卸载，卸载过程中安排测量人员随时监测，根据事先的计算结果，对最不利的几个支撑点着重观察，随时记录测量结果，每过一个阶段均需将理论和实际数值进行对比分析，最终确保卸载万无一失。

扬州体育公园游泳跳水馆工程，主体结构为钢筋混凝土框架结构，屋盖采用双向正交不规则管桁架结构体系，与周边的劲性钢柱及埋件相连，在北侧及中间的桁架下弦设置了20个减震支座，与下部结构连接起来，屋盖中设有两个不规则气泡，气泡上覆PTFE膜材，西侧(A区)气泡采用单层网壳结构，为刚膜结构，东侧(B区)气泡采用索桁架结构，为索膜结构，主体桁架与此两种结构靠不规则形状的环桁架连接，西侧节点为球节点、东侧节点为铸钢节点，整个屋盖由不同的结构形式相互组合，形成了一个不规则的空间整体结构。

整体卸载的施工方法

现场仅在西侧(A区)网壳结构环桁架下部及内部搭设承重脚手架，东侧(B区)索结构环桁架下部搭设承重脚手架，作为安装的平台。支点设置于每榀主桁架与环桁架交汇处的正下方，待屋盖结构安装完毕，必须对由脚手架支撑的桁架进行整体卸载，由脚手架受力转为桁架自身受力。由于工程结构形式多样，且均为不规则构造，每一支点受力均不相同，卸载难度很大。

根据设计要求，卸载之前，现场的主、次桁架，铸钢，球，水平撑杆，网壳，屋面檩条必须安装完毕，验收合格。由于卸载后，整体桁架的内力将进行重分布。为保证卸载时整体受力的均匀性及支点受力的稳定性，现场的桁架支撑点采用U型螺旋顶撑支撑在脚手管上，上放4根工10工字钢，桁架支撑于工字钢上，将整体结构的受力传到承重脚手架上，卸载时，用扳手缓慢旋转U 型螺旋顶撑下的旋转杆，使桁架均匀卸载。根据现场的实际测量，U型螺旋顶撑向下旋转一圈的距离为6毫米，控制旋转的圈数就可以很好的控制桁架的卸载高度。根据现场实际操作的情况来看，此方法虽然简单，但比起油压千斤顶，更易于控制卸载的速度及高度，也就保证了卸载的安全性。由于支点较多(A区39个，B区37个)，卸载不可能达到同步，且结构复杂，每点的下挠值均不相同，这样容易导致周边卸载不同步的点的受力剧增，超过脚手架承载力，产生倾覆，所以，此施工方法的关键是卸载前必须计算出每点的受力，合理安排卸载顺序及卸载高度。卸载前运用MIDAS进行模拟分析每点的受力，经过多次的模拟计算，现场采用了分区、分步、分阶段的卸载方法，有效地避免了卸载时由于不均匀性导致个别点受力过大而失稳的问题，增加了卸载的安全性、稳定性、可靠性。

整体卸载的具体步骤

分区先卸载A区，待A区完全卸载后，再进行B区的卸载。经过MIDAS模拟计算，由于一次性分区卸载会使部分支撑点的受力过大，不能满足支撑点的受力要求，所以对于每个区域(A、B区)，可将整个卸载分为几大步(A区4步，B区2步)，每一步卸载一定的高度，保证每步卸载都能使桁架整体变形缓慢，受力均匀，易于控制。

经过MIDAS模拟计算，部分北侧和南侧支点受力较大，东侧和西侧的支点受力很小，所以又可将每一步卸载分为四个阶段。根据受力的大小不同，将环桁架分成四个阶段，按先受力较大区域后受力较小区域依次阶段卸载，每个阶段的支撑点同时卸载。这样可以很好地解决受力不均的问题，将受力较大阶段的点的受力减小，同时受力较小阶段的点的受力适当增大，保证了结构的安全性。

由于结构受力不均，A区在环桁架第二次第一阶段卸载10毫米后，阶段二处的受力很小，可不卸载10毫米，直接卸载阶段三和阶段四，等最后一步卸载时再按照顺序进行完全卸载。B区在第一步第一阶段卸载3毫米后，阶段二处的受力很小，可不卸载3毫米，直接卸载阶段三和阶段四，等整体卸载时再按照顺序进行完全卸载。卸载前将每个节点进行编号，便于记录结果和数据的整理。A区网壳卸载(由内而外)——环桁架第一次分阶段卸载5毫米——部分环桁架第二次分阶段卸载10毫米——环桁架分阶段完全卸载。B环桁架分阶段卸载3毫米——环桁架分阶段完全卸载。

整体卸载的操作方法

操作卸载时，用扳手缓慢旋转U型螺旋顶撑，使其缓慢下降，达到卸载的目的。为保证卸载的均匀性，先同时卸载桁架的一边5毫米，这时桁架下沉2.5毫米，再卸载另一边5毫米，这时桁架整体下沉5毫米。工字钢U型螺旋顶撑先同时卸载一边桁架下弦工字钢U型螺旋顶撑脚手架立杆工字钢此处下降2.5毫米此处下降5毫米此处不动一边卸载5毫米，桁架下沉2.5毫米。

根据现场的实际测量，U型螺旋顶撑旋转一圈的距离为6毫米，控制旋转的圈数就可以很好地控制桁架的卸载高度。同时，在桁架端部划线，在现场的混凝土结构上支水准仪，控制桁架端部的沉降量和脚手架的沉降。这样双控制可以很好地控制卸载的精度及脚手架的安全。从现场实际操作的情况来看，旋转U型螺旋顶撑的方法虽然简单，但能更好地控制卸载的高度，且下降缓慢，保证了受力的均匀性。

卸载时，分步之间必须有一定的时间间隔(控制在2小时左右)，待桁架整体变形完成后再进行下一步的卸载，保证结构的整体变形是缓慢进行的。卸载时，对于现场极个别不能拧动或已转到底但还没有卸载到位的U型螺旋顶撑，可以采用切割工字钢与桁架接触点的翼缘，使其产生自身屈服，达到卸载的目的。模拟计算后，可以满足卸载要求。桁架下弦工字钢U型螺旋顶撑脚手架立杆工字钢气割开口。

整体卸载的应急措施

由于整体结构的复杂性，实际的受力未必与模拟情况的受力相同，且卸载过程中人员、支撑等各种因素都有可能影响到卸载，所以在卸载之前，我们考虑了一些有可能出现的情况，制定了应急措施：每一阶段卸载后进行观测并核对测量数据，出现明显偏差时暂停卸载，分析原因及解决办法：个别点下降高度小于预定卸载高度：下部支撑已松动，该点卸载到位，撤去支撑，做好记录，下一步卸载时取消该点;下部支撑未松动，检查是否有其他支撑点并将其卸载。

个别点下降高度大于预定卸载高度：脚手架变形，暂停卸载，加固脚手架，将其他点先下降到该点高度后再同步卸载。工人操作失误，进一步交底，避免类似状况再发生，反顶至预定高度。卸载前根据计算结果，对脚手架受力较大的支撑点进行加固，每卸载一阶段观测脚手架的沉降情况，个别点沉降量过大(超过5毫米)时暂停卸载，对周边脚手架进行加固、计算，确保安全后再进行下一步卸载。

卸载时听到不正常且较大的声响时立即停止卸载，所有人员迅速撤离现场。相关人员进行认真检查，分析原因及解决办法：局部应力集中，焊缝撕裂将该处焊缝进行坡口处理、补焊、检测，检测合格后进行下一步卸载。安装时点焊的临时支点脱开：检查是否还有临时固定点，有，全部割开，然后进行下一步卸载。螺旋顶撑无法转动或已转到底卸载过程中发现螺旋顶撑无法转动或已转到底但还未卸载到位的点，按切割工字钢的方法进行卸载。

由于本工程桁架不规则性，小部分A区卸载完毕后的支点，在B区卸载完毕后挠度又有小的反弹。卸载时，部分支点未达到事先计算的卸载高度时，已经完全卸载了。切割翼缘，产生自身屈服的卸载方法，由于实际的受力与模拟的不可能完全一样，且切割后，桁架受力也不同，工字钢的下挠也与模拟情况不尽相同，必须根据现场实际测量的结果来确定切割量的多少。桁架的卸载是支座受力的均匀、缓慢、稳定的变化，不存在冲击荷载，所以计算时，桁架卸载对支座的荷载还是静荷载。考虑到可能产生的施工操作误差，A、B区第一次第一阶段卸载时受力最大，进行模拟验算，如均产生2毫米的施工误差(多卸载2毫米)，结构的各项参数也在规范之内。