單春明 陳 標(biāo) 楊春生

(1.江蘇省鹽城市第一建筑工程有限公司，江蘇 鹽城 224005； 2.江蘇省鹽城市城南新區(qū)管委會(huì)建設(shè)局，江蘇 鹽城 224005)

大跨度鋼結(jié)構(gòu)屋面卸載過(guò)程分析

單春明1陳 標(biāo)2楊春生2

(1.江蘇省鹽城市第一建筑工程有限公司，江蘇 鹽城 224005； 2.江蘇省鹽城市城南新區(qū)管委會(huì)建設(shè)局，江蘇 鹽城 224005)

以鹽城體育館工程為背景，介紹了該工程大跨度鋼結(jié)構(gòu)屋面卸載方案，通過(guò)對(duì)桿件應(yīng)力和結(jié)構(gòu)變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，分析了卸載過(guò)程的安全性，并得出了一些有價(jià)值的結(jié)論，以供類似工程參考借鑒。

鋼結(jié)構(gòu)，卸載，監(jiān)測(cè)，應(yīng)力

0 引言

隨著各種造型復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目的增多，鋼結(jié)構(gòu)在施工過(guò)程中的安全性備受關(guān)注。在施工過(guò)程中依據(jù)仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可以幫助人們了解施工過(guò)程中相關(guān)結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作狀態(tài)，從而確保施工過(guò)程處于安全狀態(tài)。

1 工程概況

鹽城體育館位于鹽城體育中心北部，可容納觀眾3.5萬(wàn)人，建筑面積約54 432 m2。該體育館南北向長(zhǎng)約270 m，東西長(zhǎng)約239 m，如圖1所示。下部為看臺(tái)和附屬用房，采用鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)；上部為外罩棚屋蓋，采用空間桁架鋼結(jié)構(gòu)懸挑體系，由84榀桁架組成，整個(gè)罩棚外立面落于混凝土結(jié)構(gòu)上，屋面與墻體采用組合結(jié)構(gòu)。

2 卸載方案

本工程鋼結(jié)構(gòu)卸載工作主要為拆除84榀主桁架懸挑端的臨時(shí)支撐，如圖2所示為罩棚結(jié)構(gòu)平面布置圖。主體結(jié)構(gòu)材料為Q345B，臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)材料為Q235B。考慮網(wǎng)殼主體結(jié)構(gòu)和臨時(shí)支撐體系的相互作用及穩(wěn)定性，通過(guò)建立拆撐過(guò)程分析的千斤頂單元法，模擬拆撐過(guò)程中千斤頂和臨時(shí)支撐的工作機(jī)理及其與主體結(jié)構(gòu)之間的相互作用。采用分區(qū)分級(jí)同步卸載方法，將結(jié)構(gòu)劃分為四個(gè)區(qū)，如圖2所示，其中一區(qū)(54～73)和二區(qū)(12～30)為長(zhǎng)軸區(qū)域，三區(qū)(1～11,74～84)和四區(qū)(31～53)為短軸區(qū)域。根據(jù)數(shù)值計(jì)算結(jié)果，分析各區(qū)域卸載前和卸載后各支撐點(diǎn)的位移，以確定每級(jí)卸載需下降的位移。由于結(jié)構(gòu)體系發(fā)生變化，用千斤頂設(shè)備以位移法來(lái)控制整體結(jié)構(gòu)，進(jìn)行緩慢卸載。

3 施工檢測(cè)方案

鹽城體育館罩棚為空間桁架體系。罩棚結(jié)構(gòu)中間高，兩端低，高差達(dá)7.8 m，最高點(diǎn)離地約45.6 m。其中罩棚結(jié)構(gòu)中桁架的懸挑長(zhǎng)度最大達(dá)42 m，最小懸挑長(zhǎng)度為34 m。懸挑長(zhǎng)度大，結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，施工難度大。施工中，通過(guò)支撐的布置減小桁架的懸挑長(zhǎng)度。

結(jié)構(gòu)卸載時(shí)，需逐步拆除支撐，此時(shí)，結(jié)構(gòu)體系發(fā)生改變，傳力路徑隨之變化，懸挑長(zhǎng)度的增大使得桁架端部桿件受力增大，該部位桿件易出現(xiàn)安全問(wèn)題。由于結(jié)構(gòu)體系的改變，局部桿件的內(nèi)力也會(huì)出現(xiàn)由拉力轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫Φ目赡?，該類桿件存在著穩(wěn)定問(wèn)題。因此，在卸載過(guò)程中，對(duì)應(yīng)力較大或變化較大的桿件進(jìn)行應(yīng)力檢測(cè)，是安全施工的重要保證。

同時(shí)，結(jié)構(gòu)在卸載階段會(huì)發(fā)生較大變形，為了隨時(shí)監(jiān)控結(jié)構(gòu)在卸載階段的安全性以及后期整體結(jié)構(gòu)的使用性，十分有必要在卸載階段對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)。

3.1 監(jiān)測(cè)手段

3.1.1 應(yīng)力監(jiān)測(cè)

結(jié)構(gòu)在卸載階段，桿件的應(yīng)力會(huì)發(fā)生變化，體育館桁架桿件的應(yīng)力局部增大。因此，對(duì)應(yīng)力進(jìn)行檢測(cè)可以直接反映出結(jié)構(gòu)的安全性。應(yīng)力監(jiān)測(cè)常用工具如圖3所示。

3.1.2 變形監(jiān)測(cè)

在卸載階段，結(jié)構(gòu)的變形會(huì)增大。通過(guò)監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)的變形，可直觀的了解結(jié)構(gòu)的總體安全狀態(tài)，為結(jié)構(gòu)施工過(guò)程的安全預(yù)警提供數(shù)據(jù)，同時(shí)還為后期結(jié)構(gòu)的使用及健康監(jiān)測(cè)提供依據(jù)。因此，對(duì)變形進(jìn)行監(jiān)控，可以有效的控制結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中的安全狀態(tài)。變形監(jiān)測(cè)的常用工具為全站儀。

3.2 測(cè)點(diǎn)布置

依據(jù)以上對(duì)卸載全過(guò)程的分析結(jié)果，選取每分區(qū)各級(jí)施工步中最大應(yīng)力的桿件、卸載過(guò)程中應(yīng)力變化較大的桿件以及可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)施工系統(tǒng)的特征區(qū)域受力最不利的桿件，布置應(yīng)力測(cè)點(diǎn)。同時(shí)，在各級(jí)施工步下變形最大的節(jié)點(diǎn)、可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效的特征節(jié)點(diǎn)布置位移或變形測(cè)點(diǎn)。

本工程布置應(yīng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)如圖4所示，S表示應(yīng)力測(cè)點(diǎn)。在所布置的測(cè)點(diǎn)中，應(yīng)力測(cè)點(diǎn)S1，S5和S6為監(jiān)測(cè)可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)及施工系統(tǒng)失效的特征桿件，S3和S4為短軸桁架上弦桿測(cè)點(diǎn)，S2，S6，和S7為各級(jí)施工步下應(yīng)力較大桿件測(cè)點(diǎn)。

根據(jù)振弦式應(yīng)變計(jì)和靜態(tài)數(shù)據(jù)采集器，測(cè)得S1～S8測(cè)點(diǎn)在各級(jí)施工步下應(yīng)力測(cè)點(diǎn)的最大計(jì)算值，見(jiàn)表1。

表1 各級(jí)施工步下測(cè)點(diǎn)最大計(jì)算應(yīng)力

本工程布置變形測(cè)試點(diǎn)如圖5所示，D表示變形測(cè)點(diǎn)。變形測(cè)點(diǎn)D1～D6分別為各級(jí)施工步下變形最大點(diǎn)，D7～D8為失效區(qū)域的特征測(cè)點(diǎn)，D9～D12分別為長(zhǎng)軸和短軸桁架最外側(cè)測(cè)點(diǎn)。

根據(jù)全站儀測(cè)得D1～D12測(cè)點(diǎn)在各級(jí)施工步下變形測(cè)點(diǎn)的理論計(jì)算值，見(jiàn)表2。

表2 各級(jí)施工步下變形測(cè)點(diǎn)的最大計(jì)算撓度

4 結(jié)語(yǔ)

1)鹽城體育館鋼結(jié)構(gòu)支撐卸載過(guò)程的應(yīng)力實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)為卸載的安全性提供了可靠的判斷依據(jù)。

2)分區(qū)分級(jí)同步卸載過(guò)程中臨時(shí)支撐塔架的設(shè)計(jì)必須具備足夠的安全儲(chǔ)備，應(yīng)充分考慮各種初始缺陷和不確定性因素，例如支撐塔架的偏心受力和卸載過(guò)程中的超載等影響，避免出現(xiàn)不安全的情況。

3)根據(jù)以上分析可以看出，該卸載工程是一個(gè)非常復(fù)雜的施工過(guò)程，應(yīng)充分考慮卸載過(guò)程中的各種不確定因素，并把仿真分析技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)密切結(jié)合是保證結(jié)構(gòu)卸載成功的關(guān)鍵所在。施工前對(duì)結(jié)構(gòu)施工過(guò)程進(jìn)行分析驗(yàn)算，是安全施工的前提。

[1] 范 重,劉先明,范學(xué)偉,等.大跨度空間結(jié)構(gòu)卸載過(guò)程仿真計(jì)算方法分析[J].土木工程學(xué)報(bào),2011(12):19-25.

[2] 周 明,高 杰,尤盛志,等.深圳灣體育中心大跨屋蓋鋼結(jié)構(gòu)卸載分析[J].施工技術(shù),2011(7):9-11.

[3] 王宗兵,劉 剛,張炳旭.上海東方體育中心綜合體育館卸載施工[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì),2011(51):15-18.

[4] 劉學(xué)武，郭彥林，郭宇飛.千斤頂單元法在大跨度鋼屋蓋拆撐過(guò)程數(shù)值模擬中的應(yīng)用[J].施工技術(shù),2010(39):24-28.

[5] 盧家森，黃明鑫.國(guó)家體育場(chǎng)卸載過(guò)程支撐塔架的應(yīng)力監(jiān)測(cè)[J].結(jié)構(gòu)工程師,2010，26(2):158-162.

[6] 郭彥林，劉學(xué)武.大跨度鋼結(jié)構(gòu)屋蓋拆撐過(guò)程數(shù)值模擬的千斤頂—間隙單元法[J].西安建筑科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2008，40(1):1-7.

[7] 郭彥林，劉學(xué)武.大型復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)施工力學(xué)問(wèn)題及分析方法[J].工業(yè)建筑,2007，37(9):1-8.

[8] 羅永峰,郭小農(nóng).鹽城體育館鋼結(jié)構(gòu)工程卸載過(guò)程驗(yàn)算報(bào)告[R].2012.

Analysis on roofing unloading process of large span steel structure

SHAN Chun-ming1CHEN Biao2YANG Chun-sheng2

(1.Jiangsu Yancheng First Construction Engineering Limited Company, Yancheng 224005, China;2.Jiangsu Yancheng Chengnan New Area Administrative Committee Construction Bureau, Yancheng 224005, China)

Taking the Yancheng gymnasium project as the background, this paper introduced the large span steel structure roofing unloading plan of this project, through the monitoring to member bar stress and structural deformation, analyzed the security of unloading process, and obtained some valuable conclusions, provided good references for similar works.

steel structure, unloading, monitoring, stress

1009-6825(2014)31-0061-02

2014-08-23

單春明(1977- )，女，碩士，工程師，一級(jí)建造師； 陳 標(biāo)(1973- )，男，工程師； 楊春生(1976- )，男，高級(jí)工程師

TU391

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