康勝利

福建省大學(xué)生體育場西看臺鋼屋蓋吊裝與卸載施工技術(shù)

康勝利

福建省大學(xué)生體育場鋼屋蓋跨度為261m，采用空間管桁架體系。本文主要介紹了該結(jié)構(gòu)臨時胎架支撐、吊裝及卸載施工技術(shù)。經(jīng)驗可供同類工程參考。

體育場；空間管桁架；吊裝

1　工程概況

福建省大學(xué)生體育場位于福州地區(qū)大學(xué)新校區(qū)中心共享區(qū)內(nèi)，為24000座體育場，總投資1.66億人民幣，于2013年1月竣工驗收。體育場主體結(jié)構(gòu)為現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，分為地面上完全獨立的東西南北四個看臺，其中西看臺設(shè)置跨度261m空間管桁架鋼屋蓋，結(jié)構(gòu)最大高度41.8m。桁架由內(nèi)外2道拱形桁架和沿徑向布置12榀直線形桁架組成的空間鋼管桁架體系，整個桁架結(jié)構(gòu)由看臺外緣8個型鋼混凝土柱及看臺兩端2個鋼筋混凝土墩臺支撐。拱形桁架主弦桿管徑為準(zhǔn)610mm、準(zhǔn)911mm，徑向桁架主弦桿管徑準(zhǔn)457mm，腹桿管徑準(zhǔn)躍168mm，采用采用Q345B直焊縫焊接鋼管。屋面主檁條采用Q345B方鋼焊接型鋼，總用鋼量約1376.7t。

圖1　屋蓋結(jié)構(gòu)平面布置圖

2　選取吊裝方案

土建主體結(jié)構(gòu)施工完成且滿足設(shè)計強度要求后進行西看臺桁架吊裝施工。南北墩臺預(yù)埋件及西看臺型鋼混凝土柱預(yù)埋件隨土建施工進度同步進行。結(jié)構(gòu)吊裝順序為先桁架后馬道再檁條和金屬屋面，其構(gòu)件在工廠完成散件加工后現(xiàn)場拼裝成型，構(gòu)件的現(xiàn)場拼裝與結(jié)構(gòu)安裝同步。

鋼屋蓋安裝選用大型機械吊裝施工，桁架吊裝借助臨時支撐胎架進行。選用1臺80t、1臺SC1500型150t和1臺CC200型300t履帶吊進行。80t履帶吊用于屋面檁條的吊裝，150t履帶吊用于內(nèi)拱桁架的吊裝，300t履帶吊用于外拱及徑向桁架的吊裝，所有吊機均布置在體育場內(nèi)。結(jié)構(gòu)安裝由中間向兩端進行，先進行輫輵訛和于線徑向桁架的吊裝，后進行輫輵訛耀于線間拱形桁架的補檔施工。拱形桁架補檔由外拱向內(nèi)拱進行，拱形桁架補檔完成后結(jié)構(gòu)形成相對穩(wěn)定的單元，重復(fù)以上施工步驟由中間向兩端對稱吊裝，最后與墩臺預(yù)埋件連接屋蓋結(jié)構(gòu)成型，拆除支撐胎架進行馬道和屋面檁條的安裝施工。沿軸線在看臺外側(cè)布置8榀支撐胎架，胎架與桁架的連接通過在胎架頂端設(shè)置臨時支座與徑向桁架下弦連接。結(jié)構(gòu)卸載施工采用100t液壓千斤頂進行，依據(jù)結(jié)構(gòu)計算工況確定各支撐點的位移，根據(jù)支撐點位移值確定卸載工藝。

2.1施工工序

鋼屋蓋安裝施工步驟如下：支撐胎架地基處理寅場地及吊機行走道路硬化寅支撐胎架制作和安裝寅屋蓋結(jié)構(gòu)吊裝施工寅屋蓋結(jié)構(gòu)卸載施工寅馬道安裝寅檁條安裝寅金屬屋面施工寅竣工驗收。

2.2施工部署

（1）場地硬化完成，吊機行走路線無障礙；

（2）平面控制網(wǎng)及高程控制網(wǎng)布置完成；

（3）預(yù)埋件安裝、復(fù)測定位完成；

（4）臨時支撐胎架安裝完成；

（5）輔助措施準(zhǔn)備完成，包含操作平臺、人員上下鋼梯、高空行走馬道、路基箱、纜風(fēng)繩、安全警戒標(biāo)示等；

（6）桁架分段拼裝完成，測量控制點位核對無誤；

（7）吊機進場組裝，驗收及安檢備案完成；

（8）特別檢查吊裝工具及胎架支撐的完備性、安全性、穩(wěn)定性，包括鋼絲繩、卸扣、葫蘆等吊裝工具；

（9）桁架高空試吊完成。

3　支撐胎架

3.1胎架設(shè)計

支撐胎架的受力驗算采用PKPM建模分析，計算支撐胎架各桿件在結(jié)構(gòu)自重及風(fēng)荷載作用下的穩(wěn)定性。在鋼屋蓋安裝施工前沿中部徑向桁架端部布置8榀方型格構(gòu)式支撐。支撐立柱采用H340伊250伊9伊14型鋼，水平及斜支撐為L110伊10角鋼，支撐截面尺寸3000mm伊3000mm，在支撐頂部與徑向桁架下弦桿相連部位設(shè)置臨時支座。為保證支撐穩(wěn)定在4個方向每隔9m拉設(shè)攬風(fēng)繩（如圖2）。

3.2支撐胎架的制作與安裝

為方便加工、安裝及周轉(zhuǎn)使用，支撐胎架分標(biāo)準(zhǔn)節(jié)組合高度和非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)高度。支撐胎架標(biāo)準(zhǔn)節(jié)長度為9m，非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)設(shè)置在塔架頂部，連接采用法蘭連接。臨時胎架基礎(chǔ)的連接采用地腳螺栓連接，胎架節(jié)點連接采用高強度螺栓連接。

圖2　77（2）線徑向桁架剖面

臨時支撐胎架采用場內(nèi)主吊機安裝，安裝前先放線定位并在預(yù)埋鋼筋上焊接鋼板和轉(zhuǎn)換梁支座。安裝時先安裝轉(zhuǎn)換梁后安裝支撐胎架。支撐胎架安裝就位后，頂部、中部及底部沿四個方向拉設(shè)準(zhǔn)15mm側(cè)向攬風(fēng)繩。

4　桁架吊裝施工

4.1構(gòu)件吊裝單元劃分

鋼屋蓋主桁架為18榀拱形鋼管桁架和12榀直線型徑向桁架，其分布及構(gòu)件特征見圖3。

圖3　桁架分布示意圖

4.1.1拱形桁架構(gòu)件特征

表1　

以內(nèi)拱桁架第一段150t和300t履帶雙機抬吊施工進行分析，吊裝最小工作半徑分別為24.0m和20m，對應(yīng)額定起重量為50.1和26.6t，抬吊施工時單機的額定起重量不能超過同等工況下單臺吊機作業(yè)時的75%，Q’=（50.1+26.8）伊0.75=57.68t，額定起重量Q’=57.68t躍56.13t，工況滿足。

4.1.2吊點設(shè)置與吊具選用

吊點的選擇要考慮起吊時構(gòu)件本身的受力情況，包括局部受力、整體受力及變形，還要便于構(gòu)件的平衡調(diào)節(jié)。根據(jù)桁架的分段形式，采用不設(shè)吊耳捆綁式四點吊裝，設(shè)置構(gòu)件和鋼絲繩的保護措施（如橡膠墊），防止損傷。

根據(jù)最大吊裝單元的重量設(shè)計設(shè)計通用的鋼絲繩，減少鋼絲繩的種類及數(shù)量。為保證桁架吊裝時的平衡以及便于調(diào)整就位，可采用手拉葫蘆來調(diào)節(jié)輔助吊點的繩長。

4.1.3吊裝就位

首先安裝中部徑向桁架，隨后進行端部桁架抬吊施工。徑向桁架安裝就位后，根據(jù)偏差情況通過支撐胎架上設(shè)置的千斤頂進行調(diào)整，直到達(dá)到要求。臨時固定時在桁架上、下弦對接口位置裝定位板、卡馬及防風(fēng)防雨措施，上弦設(shè)置側(cè)向穩(wěn)定攬風(fēng)繩，待卡馬有效連接并確保安全后，吊車方可松鉤。

4.2吊裝驗算

根據(jù)結(jié)構(gòu)特點與構(gòu)件受力性能結(jié)合吊裝工藝，對結(jié)構(gòu)構(gòu)件在高空安裝過程中各桿件的應(yīng)力和變形（撓度及角位移）進行分析。構(gòu)件吊裝過程中在自重、風(fēng)力及施工因素的影響下進行內(nèi)拱桁架吊裝驗算，第一段最大位移1.3mm，最大應(yīng)力15N/mm2，第五段桁架最大位移0.82mm，最大應(yīng)力15N/mm2，第六段桁架最大位移7.7mm，最大應(yīng)力15N/mm2，經(jīng)驗算最大應(yīng)力為15N/mm2，最大變形7.7mm，吊裝時構(gòu)件的變形和應(yīng)力及穩(wěn)定性滿足安裝要求。

5　結(jié)構(gòu)卸載

5.1組織機構(gòu)

建立以總指揮為核心、以作業(yè)層為指令對象的組織機構(gòu)，將卸載組織機構(gòu)分三大層面：指揮決策層；信息處理層；監(jiān)測、操作管理及實施層。卸載指令直接由總指揮通過口令形式傳遞到卸載系統(tǒng)控制操作中心指揮，再由操作中心指揮通過對講機下達(dá)到液壓卸載系統(tǒng)區(qū)域控制器和作業(yè)班組。液壓系統(tǒng)區(qū)域控制器和作業(yè)班組的信息則通過操作指揮傳遞到信息處理中心，同時結(jié)構(gòu)健康安全監(jiān)視、溫度監(jiān)測、支撐變形及應(yīng)力監(jiān)測、質(zhì)量安全檢查、記錄等人員要對卸載全過程跟蹤和協(xié)調(diào)，及時將信息數(shù)據(jù)傳遞到信息處理中心，信息處理中心對信息數(shù)據(jù)進行分析后，向總指揮提供決策依據(jù)。

5.2施工準(zhǔn)備

5.2.1技術(shù)準(zhǔn)備

（1）進行卸載時的工況分析和對比分析，選擇合理的卸載順序，確定卸載流程。

（2）胎架上端的節(jié)點構(gòu)造設(shè)計，確定千斤頂?shù)募茉O(shè)方案。

（3）確定卸載方案、測量控制方案，制訂施工作業(yè)設(shè)計，做好技術(shù)交底、安全交底等工作。

（4）制作工序卡，明確每個胎架的作業(yè)人員。

5.2.2資源準(zhǔn)備

根據(jù)卸載支撐胎架數(shù)量設(shè)置8個卸載點，每個卸載點配備2 臺50t油壓千斤頂，每個油泵控制2臺50t液壓千斤頂。

5.2.3現(xiàn)場準(zhǔn)備

（1）千斤頂安裝、調(diào)試

卸載前進行支撐胎架上端的構(gòu)造處理，將油泵、千斤頂全部組裝完畢并驗收。

（2）胎架標(biāo)識

支撐胎架的分批及編號，明確每個胎架的作業(yè)人員和卸載過程。在每個支撐胎架上懸掛標(biāo)示牌。

（3）油泵、控制器操作規(guī)程

油泵操作程序主要內(nèi)容為油泵操作規(guī)程、注意事項、操作程序及責(zé)任人，并懸掛在醒目位置。

（4）防物體墜落保護措施

千斤頂應(yīng)與支撐胎架柱頂有臨時固定措施，對講機和測位移鋼尺隨身放入口袋里。

5.3卸載施工

5.3.1卸載步驟

本工程相鄰支撐胎架在卸載過程中互相影響，胎架不能逐個進行拆除，必須分批、分階段進行卸載。根據(jù)卸載工況分析結(jié)果，屋蓋卸載完后計算最大位移量87mm，最大應(yīng)力141N/mm2，胎架支座變形70mm，故采用三步卸載。每步分別卸載為15mm、25mm、30mm。

5.3.2卸載工藝

卸載前吊裝就位，拼裝完成，桁架計算的最大位移量5.3mm，最大應(yīng)力35N/mm2。

第一次卸載：采用50t液壓千斤頂進行卸載，每個卸載點布置2臺50t液壓千斤頂，液壓千斤頂由油泵控制，每臺油泵控制2臺千斤頂，共設(shè)置8個卸載點，在卸載點上布置千斤頂，將支撐胎架頂部定位卡板上螺栓去掉后，將卸載點千斤頂微微頂起，使結(jié)構(gòu)安裝時的過渡支撐短柱與結(jié)構(gòu)脫離，鎖緊千斤頂旋轉(zhuǎn)開關(guān)，取下過渡短柱換上限位短柱，按照卸載行程在限位短柱上配好鋼墊板，結(jié)構(gòu)與限位短柱上鋼墊板間隙15mm，準(zhǔn)備卸載，松開千斤頂旋轉(zhuǎn)開關(guān)，結(jié)構(gòu)下降至鋼墊板或與支撐胎架完全脫離，將定位卡板螺栓恢復(fù)并擰緊，卸載后構(gòu)件最大位移量20mm，最大應(yīng)力96N/mm2，第一次卸載完成。

第二次卸載：結(jié)構(gòu)在第一次同步卸載施工完成后，檢查各卸載點同步情況，在第二次卸載時補差，調(diào)整結(jié)構(gòu)與鋼墊板位移間距為20mm，重復(fù)第一次卸載過程。卸載后構(gòu)件最大位移量48.7mm，最大應(yīng)力120N/mm2。

第三次卸載：方法同上，第三步卸載即為完全卸載，結(jié)構(gòu)與支撐胎架完全脫離，卸載完成。

6　結(jié)論

本工程采用臨時胎架支撐，利用大型履帶吊裝施工技術(shù)，保證施工期間的安全，通過同步、分級卸載后，桁架撓度滿足設(shè)計規(guī)定的要求。其經(jīng)驗可供類似工程借鑒。

[1]丁蕓孫，劉羅靜，等.網(wǎng)架網(wǎng)殼設(shè)計施工.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006.

[2]盧偉煌，任彧.莊水發(fā)福建大學(xué)生體育場261m跨度鋼罩棚非線性分析.福建建筑，2013，11.

[3]龐京輝，路克寬.鋼結(jié)構(gòu)支撐體系卸載技術(shù).建筑技術(shù)，2011，11.

TU758.11

A

1673-0038（2015）49-0048-03

2015-11-12

康勝利（1979-），男，福州地區(qū)大學(xué)新校區(qū)后勤服務(wù)管理中心工程師，工程師，一級注冊建造師。