余 波, 晉 惠, 郭 翔

(四川省建筑科學(xué)研究院, 四川成都 610081)

作為城市地標(biāo)建筑通常大劇院建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜包含公共音樂(lè)廳、綜合演藝廳、戲劇表演大廳等各部分組成，全鋼結(jié)構(gòu)作為劇院的屋蓋部位所使用鋼結(jié)構(gòu)跨徑都比較大，且是曲面結(jié)構(gòu)，構(gòu)件制作、安裝的難度很大。

1 工程概況

某市大劇院，是一座以大中型表演場(chǎng)所及市民休閑、健身、娛樂(lè)等功能于一體的大型文化設(shè)施，其中主體占地46 055 m2，建筑物的高度36 m，結(jié)構(gòu)為地上3層，地下2層、剪力墻結(jié)構(gòu)表現(xiàn)形式為鋼框架，上部屋蓋為管拱析架鋼結(jié)構(gòu)，為可容納2.3萬(wàn)觀眾的藝術(shù)表演建筑場(chǎng)館、設(shè)置臨時(shí)支撐館鋼結(jié)構(gòu)在大跨度及懸挑析架下，根據(jù)安裝工藝要求安裝時(shí)在二、三層中軸線鋼柱，其余四個(gè)為大跨度架兩側(cè)懸挑部位設(shè)置12個(gè)支撐架，屋頂層共設(shè)置十六個(gè)支撐架。

2 劇院屋蓋鋼結(jié)構(gòu)卸載工藝概述

屋蓋部位的結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，所以卸載的形式復(fù)雜，需要通過(guò)計(jì)算和分析，臨時(shí)支撐在卸載前先做好，在主體建筑結(jié)構(gòu)不損壞前提下才能確定進(jìn)行移除。

按照審批通過(guò)的方案進(jìn)行施工，可以確保卸載臨時(shí)支撐的過(guò)程的安全，并且區(qū)域臨時(shí)支撐卸載不同屋面位置和的實(shí)際情況與屋面相結(jié)合，有序進(jìn)行協(xié)調(diào)指揮，卸載過(guò)程中隨時(shí)溝通，聽(tīng)從調(diào)度卸載，對(duì)臨時(shí)支撐監(jiān)測(cè)檢查。

卸載過(guò)程中臨時(shí)支撐或屋面的受力和實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)存在誤差，必須及時(shí)有應(yīng)急處理方案應(yīng)對(duì)卸載過(guò)程中可能出現(xiàn)的意外情況。卸載臨時(shí)結(jié)構(gòu)的周邊要留出足夠的空間，提前作好控制點(diǎn)，使得大劇院整體建筑結(jié)構(gòu)完整性安全性有保障。支撐頂部進(jìn)行卸載的方式是大多臨時(shí)結(jié)構(gòu)卸載采用的方法，所有的施工都在空中進(jìn)行，所以需要確保設(shè)備和操作人員的安全，杜絕設(shè)備掉落砸傷物造成破壞和人身傷害，通過(guò)使用保險(xiǎn)繩的方式全部固定住所有機(jī)具；要求參與人員注意安全，具有自我保護(hù)意識(shí)，通過(guò)自身保障的安全施工作業(yè)進(jìn)入施工平臺(tái)、通道等避免安全事故的發(fā)生[1]。

3 屋頂鋼結(jié)構(gòu)卸載模擬

3.1 對(duì)屋頂卸載流程描述

先審批鋼桁架拆卸載方案，在卸載前進(jìn)行鋼架施工質(zhì)量驗(yàn)收，然后進(jìn)行鋼架卸載及應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)點(diǎn)及坐標(biāo)點(diǎn)測(cè)量，進(jìn)行三層鋼析架應(yīng)變監(jiān)卸載及應(yīng)變監(jiān)測(cè)，然后進(jìn)行第二層測(cè)量后進(jìn)行坐標(biāo)測(cè)量，最后卸載在完成后進(jìn)行卸載上報(bào)工作完成后鋼析架支撐點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。

3.2 卸載前的準(zhǔn)備

卸載前首先通過(guò)經(jīng)過(guò)經(jīng)專家論證施工方案開(kāi)展進(jìn)行詳細(xì)編制的方案后，進(jìn)行詳細(xì)的工作安排，接下來(lái)進(jìn)行技術(shù)交底并進(jìn)行交底講解。

然后對(duì)各結(jié)構(gòu)面結(jié)構(gòu)和各桿件進(jìn)行卸載前測(cè)量，做好測(cè)量記錄工作復(fù)核工作。

計(jì)算機(jī)操作模擬通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)應(yīng)力變形來(lái)開(kāi)展分析，卸載過(guò)程中進(jìn)行監(jiān)測(cè)情況與變化的的計(jì)算工作，對(duì)卸載預(yù)先進(jìn)行控制。

在下一步施工中，準(zhǔn)備使用的支撐好卸載支撐架頂面螺旋中需要千斤頂。依據(jù)通過(guò)析架下距離不同弦底面的現(xiàn)場(chǎng)的千斤頂支撐點(diǎn)，通過(guò)選取使用高度進(jìn)行支撐，自鎖性能的利用通過(guò)對(duì)其進(jìn)行下降卸載逐量[2]。

然后，對(duì)每個(gè)千斤頂對(duì)結(jié)構(gòu)情況進(jìn)行檢查，解除各千斤頂?shù)闹С屑s束，通過(guò)解除接觸約束其余輔助支撐對(duì)于均已實(shí)施方法。

3.3 屋頂卸載順序描述

第一步對(duì)懸挑第四層部位中間8個(gè)支撐點(diǎn)進(jìn)行卸載，卸載量為5 mm;接下來(lái)再進(jìn)行懸挑部位兩邊個(gè)支撐點(diǎn)的卸載，卸載量為10 mm;再進(jìn)行中間8個(gè)支撐點(diǎn)的卸載，卸載量為10 mm。最后進(jìn)行兩個(gè)核心筒中4個(gè)支撐點(diǎn)的卸載。

在完成第四層卸載后，支撐架進(jìn)行卸載重復(fù)操作，對(duì)第3層進(jìn)行上述卸載工序，復(fù)上述卸載工序， 完成第3層的卸載完成后，再重新支撐架卸載進(jìn)行第二層操作。通過(guò)按照上述順序由上向下逐層進(jìn)行卸載操作，最后整體結(jié)構(gòu)達(dá)到設(shè)計(jì)狀態(tài)所要求，卸載工作完畢[3]。

3.4 卸載過(guò)程控制

首先通過(guò)各千斤頂?shù)亩ㄎ桓叨葴y(cè)量未卸載前的卸載力量控，并做好記錄。其次以替換的千斤頂卸載量每次卸載標(biāo)高為做好掌握進(jìn)行制下一次卸載，精確控制卸載進(jìn)行。允許卸載量的各次誤差控制在3 mm以內(nèi)。在完成后，應(yīng)對(duì)卸載點(diǎn)的標(biāo)高進(jìn)行測(cè)量以確定調(diào)整值。

4 卸載方式具體分析

屋蓋結(jié)構(gòu)屬于殼拱造型，造成不規(guī)則受力跨度大結(jié)構(gòu)，但臨時(shí)格構(gòu)柱的卸載安裝是支撐完成的，支撐拆除時(shí)將施工階段由屋蓋鋼網(wǎng)格構(gòu)柱受力傳遞，將會(huì)使結(jié)構(gòu)大大增加臨時(shí)過(guò)渡結(jié)構(gòu)受力，因此施工難點(diǎn)技術(shù)需要注意的。

4.1 原設(shè)計(jì)卻載方案

用整體卸載的施工方案，,這是根據(jù)本工程結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對(duì)中心區(qū)鋼結(jié)構(gòu)屋蓋及施工情況后做出的決定，分批、分片待整個(gè)高空成型鋼結(jié)構(gòu)屋面進(jìn)行同步卸載鋼結(jié)構(gòu)，按照先后次序進(jìn)行，每個(gè)卸載批次確保步驟同步，通過(guò)安排若干批次拆除支撐胎架。

4.2 實(shí)際施工方案

原整體卸載方式不能滿足工期安排，為了使分段流水在鋼結(jié)構(gòu)單元實(shí)現(xiàn)施工，幕墻作業(yè)提前介入屋面，分區(qū)卸載的方式通過(guò)分階段采用。即將三個(gè)大區(qū)分為屋蓋現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，在安裝區(qū)卸載區(qū)多一跨前提下，卸載可在局部區(qū)域屋蓋開(kāi)展施工作業(yè)。

4.3 分析計(jì)算卸載過(guò)程

鋼拱的柱腳均為剛接柱腳，通過(guò)進(jìn)行模擬分析采用國(guó)際計(jì)算軟件通用MIDAS對(duì)卸載周期計(jì)算。其中，荷載為構(gòu)件自重，格構(gòu)柱柱腳采用鉸接柱腳。自重取值1.0，施工過(guò)程中主要目的。卸載區(qū)域分別為E-D區(qū)按照實(shí)施垂直的Z工部署分區(qū)和A-C區(qū)位移量，所需考慮除平面外還需考慮X向、Y向位移空問(wèn)向位移。

5 分段卸載施工技術(shù)流程

5.1 劇院屋蓋卸載工藝描述

本工程中不同荷載屋蓋跨度在與鋼結(jié)構(gòu)不規(guī)則屋蓋支撐拱，卸載方法對(duì)于不同節(jié)點(diǎn)需要因此使用不相同方案制定。采用對(duì)屋蓋卸載直接切割法通過(guò)模擬計(jì)算結(jié)果，采用油缸卸載法進(jìn)行支撐拱卸載。卸載前在柱頭支撐上標(biāo)記5 mm刻度線，通過(guò)直接切割法工藝流程，卸載完工，拱自然下落用氣割緩慢削割5 mm，接下來(lái)階段卸拱5 mm再按上述步驟進(jìn)行。

5.2 觀測(cè)點(diǎn)布置選取

測(cè)點(diǎn)布置按計(jì)算結(jié)果，所有的節(jié)點(diǎn)對(duì)于屋蓋鋼結(jié)構(gòu)的定位上測(cè)點(diǎn)設(shè)置。施工過(guò)程中布置原則為屋蓋、桿件的應(yīng)力變化最大、關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)布置測(cè)點(diǎn)。

5.3 與預(yù)應(yīng)力配合完成施工

粘結(jié)鋼筋陸空側(cè)預(yù)應(yīng)力側(cè)對(duì)稱4對(duì)和中央大廳與巨型拱腳承臺(tái)間設(shè)置了，時(shí)現(xiàn)上部鋼結(jié)構(gòu)抵消目的是為了水平推力屋蓋產(chǎn)生的，區(qū)兩側(cè)拱梁結(jié)合部位為粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋有預(yù)應(yīng)力EH一區(qū)，張拉拱腳位置配有16條12孔波紋管有粘結(jié)，管內(nèi)臨時(shí)布設(shè)126根有;A一C區(qū)拱腳內(nèi)配有8條7孔有粘結(jié)波紋管。支撐向支撐拱鋼結(jié)構(gòu)安裝分區(qū)圖中A一C區(qū)及E一H管內(nèi)布設(shè)48根有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋。受力進(jìn)程進(jìn)行隨著情況漸由過(guò)程在卸載中，承臺(tái)傳力對(duì)象拱腳內(nèi)逐底部基礎(chǔ)的的轉(zhuǎn)變，也是一個(gè)充分抵消掉卸載變化的過(guò)程。因此不同時(shí)期的分階段張拉，變形水平卸載所產(chǎn)生與推力隨承臺(tái)應(yīng)根據(jù)的預(yù)應(yīng)力鋼筋。

6 卸載過(guò)程監(jiān)測(cè)描述

6.1監(jiān)測(cè)方式和內(nèi)容各種監(jiān)測(cè)方式通常有聯(lián)合自動(dòng)以及人工監(jiān)測(cè)。聯(lián)合監(jiān)測(cè)是配合人工監(jiān)測(cè)將上述兩個(gè)方法結(jié)合起來(lái)。本工程監(jiān)測(cè)對(duì)比上述方法，主要監(jiān)測(cè)采用方式中監(jiān)測(cè)費(fèi)時(shí)、準(zhǔn)確性高費(fèi)力不大。監(jiān)測(cè)設(shè)備在自動(dòng)監(jiān)測(cè)采用多種多類的小型的自動(dòng)化程度傳感器和實(shí)時(shí)在線利用平臺(tái)系統(tǒng)對(duì)進(jìn)行結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)。內(nèi)容包含:

重點(diǎn)幾何監(jiān)測(cè):混凝土挑架監(jiān)測(cè)各層懸支承鋼管樓的組合柱的側(cè)移撓度。

應(yīng)力桿件監(jiān)測(cè):重點(diǎn)應(yīng)變監(jiān)測(cè)應(yīng)變各樓層懸挑架上、下截面腹桿弦、根部狀態(tài)、吊桿及樓層間應(yīng)力。

6.2 卸載監(jiān)測(cè)方案

(1)根據(jù)工程鋼結(jié)構(gòu)施工受力、對(duì)及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際性能情況，懸挑析架應(yīng)力析架吊桿選取2層、3層及4層，作為應(yīng)力測(cè)上、下翼緣點(diǎn)應(yīng)選對(duì)于監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)應(yīng)選根據(jù)結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)，構(gòu)件中點(diǎn)處力懸挑析架在上在析架根部節(jié)間。

可靠性是應(yīng)力監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè)析架桿件是一個(gè)的過(guò)程，至關(guān)重要的對(duì)于監(jiān)測(cè)儀器。本工程現(xiàn)場(chǎng)情況考慮復(fù)雜設(shè)備監(jiān)測(cè)儀器到振弦式弧焊型施工監(jiān)控穩(wěn)定性、數(shù)據(jù)連續(xù)性、經(jīng)濟(jì)性等因素、構(gòu)件應(yīng)力振弦式讀數(shù)儀數(shù)監(jiān)測(cè)應(yīng)力采用應(yīng)變計(jì)，鋼結(jié)構(gòu)持續(xù)時(shí)間數(shù)據(jù)采集裝置應(yīng)用。

(2)變形監(jiān)測(cè)選用全站儀對(duì)懸挑架進(jìn)行，變形特點(diǎn)結(jié)構(gòu)根據(jù)，卸載前懸挑架采用全站儀對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置在鋼架鋼結(jié)構(gòu)位置模型的位移、倒算鋼架采用全站儀結(jié)構(gòu)位移監(jiān)測(cè)本工程變形的懸挑端節(jié)點(diǎn)。支撐點(diǎn)三維坐標(biāo)點(diǎn)位置上的鋼析架的支撐點(diǎn)，上弦點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量并出絕對(duì)坐標(biāo)，二次對(duì)拆除支撐點(diǎn)鋼架同時(shí)對(duì)維坐標(biāo)點(diǎn)測(cè)量計(jì)算出拆除驗(yàn)算進(jìn)行支撐后結(jié)構(gòu)，在的位置進(jìn)行最后進(jìn)行監(jiān)控點(diǎn)位移與卸載完成后位移計(jì)算、對(duì)比實(shí)際位移。

7 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)大劇院鋼結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)屋蓋卸載模擬及應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在模擬拆卸中使用分區(qū)拆卸的方法，對(duì)過(guò)程做好質(zhì)量管控和流程規(guī)范，同時(shí)對(duì)應(yīng)力的分析發(fā)現(xiàn)，整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)屋蓋受力實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)過(guò)渡，模擬結(jié)果與實(shí)際變形量基本相符。