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        大跨度鋼結(jié)構(gòu)逆向同步拆除施工工藝

        2021-02-23 12:29:56
        建筑施工 2021年11期
        關(guān)鍵詞:腳手架舞臺結(jié)構(gòu)

        楊 俊 劉 星 潘 峰

        上海建工五建集團(tuán)有限公司 上海 200063

        目前,隨著人們對城市功能和需求的變化,越來越多的城市建(構(gòu))筑物需要更新。更新中的一項(xiàng)重要工作便是拆除,傳統(tǒng)的拆除施工手段包括滿堂腳手架人工拆除、爆破拆除、大型機(jī)械拆除等一些較為綠色環(huán)保的方法。但是,對于周邊環(huán)境十分復(fù)雜、現(xiàn)場空間狹小等條件下的拆除作業(yè)施工研究較少,有必要進(jìn)行相關(guān)研究[1-5]。

        1 工程概況

        本工程位于上海徐家匯社區(qū)南部,西至漕溪北路、南至中山南二路、東至天鑰橋路、北至零陵路,項(xiàng)目總建筑面積115 487.7 m2。工程體育館內(nèi)有一座建于1999年的大舞臺鋼構(gòu)架,該位置要改建為看臺,故需拆除原有的大舞臺鋼構(gòu)架。該鋼構(gòu)結(jié)構(gòu)形式為管桁架,總質(zhì)量約190 t,由13榀縱向平面管桁架和9榀橫向平面管桁架組成;桁架一端支承于E 軸的混凝土柱牛腿上,另一端通過2組錐形格構(gòu)柱支撐于基礎(chǔ)面上(圖1)。

        圖1 原有舞臺照(左)及舞臺桁架建筑立面(右)

        工程難點(diǎn)體現(xiàn)在以下幾個方面:

        1)舞臺中央有小基坑,無法承載大型拆除裝置,只能使用質(zhì)量為25 t以下的拆除裝置。

        2)上海體育館舞臺空間狹小,且在+7.45 m處有混凝土平臺,無法一次性下放,故采用分段拆除、分段下放的方式。

        3)滿堂腳手架搭設(shè)約3.5萬 m3,高空散拆困難,桁架桿件質(zhì)量為90 kg/m左右,需分割再下放。另外,舞臺附屬設(shè)備、風(fēng)管、橋架等需要在高空先行拆除下放。

        4)倒錐形柱拆除時水平分力大,難以克服。

        5)大舞臺鋼構(gòu)架服役近30年,增加構(gòu)件受力,安全隱患大。

        基于以上難點(diǎn),本文開展了鋼結(jié)構(gòu)相關(guān)拆除施工工藝的研究。

        2 復(fù)雜周邊環(huán)境下逆序同步拆除施工工藝流程

        鑒于對現(xiàn)場施工條件及現(xiàn)有結(jié)構(gòu)布置的分析,從舞臺鋼構(gòu)架拆除的安全性和拆除效率等多方面考慮,本工程舞臺鋼構(gòu)架采用 超大型液壓同步提升技術(shù) ,將舞臺鋼構(gòu)架采取 逆序同步下放、三次解體、五段拆除 的施工工藝進(jìn)行拆除,并考慮拆除過程中引起建筑物重心變化的影響因素。

        復(fù)雜周邊環(huán)境下逆序同步拆除裝備的立面和平面布置如圖2所示,施工流程如圖3所示。

        圖2 拆除裝備立面及平面布置示意

        圖3 館內(nèi)大舞臺單體逆序同步拆除施工流程

        2.1 前期準(zhǔn)備工作

        前期準(zhǔn)備工作主要包括現(xiàn)場準(zhǔn)備工作和拆除裝備的安裝等。

        現(xiàn)場準(zhǔn)備工作包括利用現(xiàn)有馬道系統(tǒng)搭設(shè)人員施工通道,同時拆除影響桁架下降的部分馬道。拆除提升架區(qū)域內(nèi)風(fēng)管;利用下弦桿搭設(shè)施工平臺,供安裝提升架使用,在上弦相關(guān)區(qū)域搭設(shè)腳手架操作平臺安全平網(wǎng),安裝提升架水平連系構(gòu)造系統(tǒng)。先鋪設(shè)C形鋼龍骨,然后在其上鋪設(shè)木板,作為操作平臺。下弦操作平臺利用桁架豎桿設(shè)置生命線及欄桿,上弦因與原大網(wǎng)架距離較近,原大網(wǎng)架的下弦桿件及吊頂龍骨可以作為操作平臺的生命線及欄桿。

        拆除裝備的安裝包括支撐結(jié)構(gòu)架體、動力裝置等。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù),安裝拆除用臨時措施,包括格構(gòu)式塔架、臨時支架、導(dǎo)向柱、加固桿件以及水平構(gòu)造等;在舞臺基坑內(nèi)搭設(shè)2組格構(gòu)式塔架;在2組舞臺鋼構(gòu)架格構(gòu)柱的主肢側(cè)面各搭設(shè)一組門形支架;設(shè)置2根垂直導(dǎo)向柱,與桁架連接。在塔架和支架的頂部安裝液壓提升系統(tǒng),包括液壓泵源系統(tǒng)、提升器、傳感器等;在與塔架對應(yīng)的桁架上弦處安裝下吊點(diǎn)臨時吊具等,舞臺鋼構(gòu)架格構(gòu)柱處的下吊點(diǎn)直接利用主肢焊接臨時牛腿;在提升上下吊點(diǎn)之間安裝專用底錨和專用鋼絞線。

        2.2 檢查和調(diào)試

        檢查鋼結(jié)構(gòu)單元以及所有臨時措施是否滿足設(shè)計(jì)要求;確認(rèn)無誤后,調(diào)試液壓同步提升系統(tǒng),提升架上的提升器開始試加載;加載至設(shè)計(jì)荷載的30%后,暫停加載。

        2.3 三次解體、五段拆除

        根據(jù)結(jié)構(gòu)布置,在桁架正下方的Dü E 軸范圍內(nèi)有混凝土平臺,標(biāo)高+7.45 m,因此舞臺鋼構(gòu)架的桁架部分共分為3次拆除,格構(gòu)柱部分根據(jù)施工工藝安排,每次拆除一個節(jié)間的桿件,共分為5次拆除(圖4)。

        圖4 舞臺鋼構(gòu)架橫向解體順序及豎向支撐柱拆除順序

        在E 軸各柱邊搭設(shè)腳手架,開始切割舞臺鋼構(gòu)架E 軸處的支座;切割格構(gòu)柱與混凝土柱之間的連系梁,切割完成后,舞臺鋼構(gòu)架的格構(gòu)柱提升器加載,在第1個節(jié)點(diǎn)下方400 mm的位置處切斷。

        2.3.1 橫向三次解體

        1)第1次拆除。液壓系統(tǒng)逐級加載穩(wěn)定后拆除E 軸支座處桿件;通過腳手架系統(tǒng)拆除E 軸處支座,因7.65 m平臺為平整的混凝土樓面,不可直接進(jìn)行整體下放,故擬采用盤扣架組拼2部可移動的腳手架,用于支座及附近桿件拆除。桿件利用上方網(wǎng)架上的葫蘆下放,在腳手架內(nèi)部留置吊裝孔,方便桿件散拆后從吊裝孔運(yùn)至地面?;顒幽_手架底部為增加穩(wěn)定性而增加放大腳,腳手架頂部標(biāo)高低于舞臺桁架下方,方便移動。移動就位后,用于拆除上弦桿件、馬道等其他工作。E 軸拆除時,首先拆除軸線之間的桁架桿件,然后再切割支座及支座處桿件。拆除支座時,先切割上弦支座,然后切割下弦支座板,下弦支座板切割后仍擱置在原支座上,靜置0.5 h,待應(yīng)力充分釋放后,再拆除周圍桿件。

        2)第2次拆除。依次拆除錐形桁架柱節(jié)段,將桁架下放至7.5 m標(biāo)高平臺處,做好臨時支撐,在7.5 m平臺上,利用盤扣腳手架,拆除平臺范圍內(nèi)的通風(fēng)管、馬道等附屬結(jié)構(gòu),桿件散拆后,分批從平臺樓梯運(yùn)至一層。平臺與地面交界處的網(wǎng)格,可利用未拆除部分桁架上下弦搭設(shè)操作平臺進(jìn)行拆除,方法同前。

        3)第3次拆除。依次拆除錐形桁架柱節(jié)段,將桁架下放至地面,下弦擱置在舞臺基坑側(cè)壁上,用腳手架或其他材料(鋼管、磚等)做好臨時支撐,保證桁架在地面保持水平,利用盤扣腳手架拆除基坑以外范圍內(nèi)的通風(fēng)管、馬道等附屬結(jié)構(gòu)。拆除周邊桁架后,利用大網(wǎng)架上的葫蘆及起重機(jī),拆除提升架正負(fù)零以上節(jié)段,然后將基坑上方桁架切分成3塊后,用汽車吊吊運(yùn)到平地上拆除。

        2.3.2 豎向五段拆除

        1)第1次拆除格構(gòu)柱。液壓提升系統(tǒng)繼續(xù)按照40%、60%、80%、90%、95%、100%的順序逐級加載至設(shè)計(jì)荷載的100%,直到舞臺鋼構(gòu)架與支座分離為止,同時,格構(gòu)柱切割位置處上下分離,將桁架整體上升30 mm;停止加載后,提升系統(tǒng)靜置6~12 h;檢查臨時措施及舞臺鋼構(gòu)架自身有無異常情況,確認(rèn)正常后,開始拆除支座及與支座相連的桿件,同時,將格構(gòu)柱的第1個節(jié)間拆除(圖5)。

        圖5 第1次拆除現(xiàn)場及分析模型

        拆除桁架錐形柱前,為安全起見,在2個錐形柱之間張拉2道水平鋼纜,用葫蘆(10 t)張緊。利用汽車吊拆除原有桁架與看臺柱之間的連系梁,然后在靠近基礎(chǔ)的位置做第1次切割,切割出5~10 mm間隙后,靜置0.5 h,檢測桁架整體穩(wěn)定性。第2步進(jìn)行第2次切割,然后準(zhǔn)備第1次整體下放。

        分析結(jié)果表明:結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力比為0.8,豎向位移為-23.50~2.46 mm,結(jié)構(gòu)的臨界荷載安全系數(shù)最小值為2.4,大于1,滿足規(guī)范的穩(wěn)定系數(shù)要求,結(jié)構(gòu)安全。

        拆除完成后,利用液壓提升系統(tǒng)開始將舞臺鋼構(gòu)架整體下放。下放過程中,通過液壓提升系統(tǒng)的流量和位移傳感系統(tǒng)控制下降速度及下降距離等。根據(jù)屋頂鋼結(jié)構(gòu)的布置以及提升工況計(jì)算的結(jié)果,提升時共設(shè)置4組吊點(diǎn),每組提升平臺布置1臺液壓提升器,共計(jì)4臺。每臺液壓提升器處各設(shè)置一套行程傳感器,用以測量提升、下降過程中各臺液壓提升器的位移同步性。主控計(jì)算機(jī)根據(jù)各個傳感器的位移檢測信號及其差值,構(gòu)成 傳感器-計(jì)算機(jī)-泵源控制閥-提升器控制閥-液壓提升器-結(jié)構(gòu)單元 的閉環(huán)系統(tǒng),控制整個提升過程的同步性。結(jié)構(gòu)下降前,需要利用液壓系統(tǒng)將結(jié)構(gòu)整體提升30 mm左右,在提升過程中對結(jié)構(gòu)單元、臨時措施、液壓設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行觀察和監(jiān)測,確認(rèn)是否符合模擬工況計(jì)算和設(shè)計(jì)的條件,保證下降過程的安全。以計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算的各吊點(diǎn)反力值為依據(jù),對結(jié)構(gòu)單元進(jìn)行分級加載(試提升),各吊點(diǎn)處的液壓提升系統(tǒng)伸缸壓力分級增加,依次為20%、40%、60%、70%、80%;在確認(rèn)各部分無異常的情況下,可繼續(xù)加載到90%、95%、100%,直到結(jié)構(gòu)單元全部脫離拼裝胎架。

        在分級加載過程中,每一步分級加載完畢,均應(yīng)暫停并檢查,如上吊點(diǎn)、下吊點(diǎn)結(jié)構(gòu),提升單元等加載前后的變形情況,以及主體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性等。若一切正常,則繼續(xù)下一步分級加載。當(dāng)分級加載至結(jié)構(gòu)單元即將離開支座時,可能存在各點(diǎn)不同時離地,此時應(yīng)降低提升速度,并密切觀查各點(diǎn)離地情況,必要時做 單點(diǎn)動 提升,確保結(jié)構(gòu)單元平穩(wěn)上升。

        在下降過程中,因空中姿態(tài)調(diào)整和格構(gòu)柱落地等需進(jìn)行高度微調(diào)。在微調(diào)開始前,將計(jì)算機(jī)同步控制系統(tǒng)由自動模式切換成手動模式。根據(jù)需要,對整個液壓提升系統(tǒng)中各個吊點(diǎn)的液壓提升器進(jìn)行同步微動(上升或下降),或者對單臺液壓提升器進(jìn)行微動調(diào)整。微動即點(diǎn)動調(diào)整精度,可以達(dá)到毫米級,完全可以滿足結(jié)構(gòu)安裝的精度需要。結(jié)構(gòu)單元每次下降至距離設(shè)計(jì)標(biāo)高約100 mm時,暫停下降;各吊點(diǎn)微調(diào)使結(jié)構(gòu)精確下降到達(dá)設(shè)計(jì)位置并確保格構(gòu)柱穩(wěn)定支撐于地面后,液壓系統(tǒng)設(shè)備暫停工作,保持結(jié)構(gòu)單元的姿態(tài),使結(jié)構(gòu)單元形成整體穩(wěn)定受力體系,液壓提升系統(tǒng)設(shè)備同步減壓,至鋼絞線完全松弛;拆除格構(gòu)柱處的下吊點(diǎn)相關(guān)臨時措施,并上移至下一個節(jié)點(diǎn),重復(fù)以上工作,直到桁架全部落位于地面后,拆除液壓系統(tǒng)及所有臨時措施,完成結(jié)構(gòu)單元的整體下降作業(yè)。

        當(dāng)格構(gòu)柱穩(wěn)定支撐于地面上后,暫停下放;格構(gòu)柱處的2組吊點(diǎn)分級卸載,直到液壓提升系統(tǒng)的壓力為零;將格構(gòu)柱處的下吊點(diǎn)拆除;在格構(gòu)柱的下一節(jié)點(diǎn)處再次安裝臨時牛腿。

        2)第2次拆除格構(gòu)柱。安裝完成后,格構(gòu)柱處的液壓提升系統(tǒng)重新逐級加載,直到格構(gòu)柱與地面的支撐脫開后,停止加載;切割并拆除格構(gòu)柱第2個節(jié)間的桿件等;利用液壓系統(tǒng)整體下放至下一個節(jié)點(diǎn),并穩(wěn)定支撐于地面上。另外,對該工況進(jìn)行仿真分析,分析結(jié)果表明:結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力比為0.8,豎向位移為-24.05~2.46 mm,結(jié)構(gòu)的臨界荷載安全系數(shù)最小值為2.4,大于1,滿足規(guī)范的穩(wěn)定系數(shù)要求,結(jié)構(gòu)安全(圖6)。

        圖6 第2次拆除現(xiàn)場照及分析模型

        3)第3次拆除格構(gòu)柱。拆除完成后,繼續(xù)利用計(jì)算機(jī)同步液壓提升系統(tǒng)按照以上順序每次下放1個節(jié)間;拆除格構(gòu)柱第3個節(jié)間的桿件。另外,對該工況進(jìn)行相關(guān)的仿真分析,仿真分析的結(jié)果表明:結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力比為0.67,豎向位移為-71.99~5.40 mm,結(jié)構(gòu)的臨界荷載安全系數(shù)最小值為9.6,大于1,滿足規(guī)范的穩(wěn)定系數(shù)要求,結(jié)構(gòu)安全(圖7)。

        圖7 第3次拆除現(xiàn)場照及分析模型

        利用液壓系統(tǒng)整體下放至桁架部分與+7.45 m的平臺沖突時,暫停下放。在二層施工區(qū)域,利用腳手架做好臨時支撐,零散拆除桁架桿件。

        4)第4次拆除格構(gòu)柱。拆除平臺范圍內(nèi)舞臺桁架后,繼續(xù)拆除格構(gòu)柱第4節(jié)間的桿件。利用液壓系統(tǒng)整體下放至下一個節(jié)點(diǎn),并穩(wěn)定支撐于地面上。另外,對該工況進(jìn)行仿真分析,分析結(jié)果表明:結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力比為0.63,豎向位移為-72.60~5.45 mm,結(jié)構(gòu)的臨界荷載安全系數(shù)最小值為9.8,大于1,滿足規(guī)范的穩(wěn)定系數(shù)要求,結(jié)構(gòu)安全(圖8)。

        圖8 第4次拆除現(xiàn)場照及分析模型

        5)第5次拆除格構(gòu)柱。繼續(xù)拆除格構(gòu)柱第5節(jié)間的桿件。另外,對該工況進(jìn)行仿真分析,分析結(jié)果表明:結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力比為0.59,豎向位移為-85.50~6.55 mm,結(jié)構(gòu)的臨界荷載安全系數(shù)最小值為10.1,大于1,滿足規(guī)范的穩(wěn)定系數(shù)要求,結(jié)構(gòu)安全。

        利用液壓系統(tǒng)整體下放桁架部分到地面后再進(jìn)行拆解,完成舞臺鋼構(gòu)架的拆除。拆除平臺范圍內(nèi)桁架后,繼續(xù)下放,直到舞臺鋼構(gòu)架全部下放至地面,搭設(shè)活動腳手架,利用25 t汽車吊進(jìn)行拆解,拆除液壓提升系統(tǒng)及臨時措施,完成舞臺鋼構(gòu)架的拆除作業(yè)(圖9)。

        圖9 第5次拆除現(xiàn)場及分析模型

        3 結(jié)語

        本工程順利采用了逆序同步拆除施工工藝,完成對館內(nèi)大舞臺鋼構(gòu)架單體的拆除,表明此次采用的 逆序同步下放、三次解體、五段拆除 的工藝流程可行實(shí)用,能有效克服傳統(tǒng)拆除工藝難以滿足復(fù)雜周邊環(huán)境下施工要求的難題,實(shí)現(xiàn)整個施工過程的安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、高效,可為類似工程提供一定的借鑒。

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