北京游泳馆工程钢结构施工方案(延性多面体钢框架结构)

'钢结构支撑体系卸载专项方案1前言卸载是指将结构从支撑体系受力状态转换到自由受力状态的过程，卸载过程中杆件的内应力随时变化。在选择卸载方法时，必须保证杆件内应力控制在设计允许范围内，同时应尽量保证每一个卸载点卸载动作基本同步。XX游泳中心钢结构跨度达137m，安装方法采用的是空中散装的施工工艺，支撑点多达1400多个，设计卸载支撑点135个。在结构空中组装完成后，将屋盖钢结构的支撑系统拆除，恢复到结构本身自由受力状态，如此多的支撑点在操作过程中统一协调、达到同步，同时必须保证杆件内应力控制在设计允许范围内，这对整个结构卸载的工况分析与施工组织提出了很高的要求，也是卸载技术研究的主要目的。2工程概况与特点、难点分析2.1工程概况XX游泳中心钢结构采用空间12面体与14面体组合的结构体系，包括墙体与屋面两大部分。屋盖被两道内墙分割成三个区域，跨度分别为40m、50m、137m。钢结构采用了“延性多面体钢框架结构体系”。墙体内外与屋盖上、下表面由纵横交错的箱型截面构件组成，箱型构件交点采用空心钢球冠节点。内部腹杆为圆钢管，节点采用焊接球节点。其纵横交错的杆件形成了受力良好和构造复杂的三维空间结构体系。现场安装采用的是空中小单元组装的工艺，在组装过程中使用脚手架作为支撑平台，在下弦平面上每个节点都用螺旋千斤顶支顶调整。2.2工程特点与难点分析2.2.1特点（1）卸载支撑点数量多达135个。（2）跨度大，最大净跨137m。（3）螺旋千斤顶数量多达135个，规格多从16t到50t不等。2.2.2难点（1）卸载点多，统一协调管理难度大（2）卸载跨度大，面积大，工况分析计算复杂。（3）采用螺旋千斤顶达到同步比较困难。137 3主要研究内容3.1主要研究内容3.1.1计算机同步工况模拟分析技术3.1.2多点卸载施工技术与管理3.1.3卸载同步监测3.2主要控制指标3.2.1卸载后屋盖自挠值不得大于245mm。3.2.2屋盖结构在卸载时的变形趋势应与设计计算相符。当卸载点千斤顶退出工作时，结构在该点的竖向位移值应与设计计算值基本吻合。3.2.3卸载过程中，结构杆件的应力不得超出设计值，应力比不得大于0.9。4卸载主要技术措施4.1计算机同步工况模拟分析技术XX游泳中心钢结构施工采用高空组装的工艺，施工平台采用满堂红脚手架局部加强的方式。施工平台的设计必须兼顾结构组装施工需要和屋盖卸载需要,在屋盖结构组装过程中施工平台所受的荷载为结构自重和施工活荷载，相对载荷较小,在屋盖结构组装过程节点最大的竖向荷载取值不超过9t。屋盖下弦施工支撑点1474个，研究卸载施工方法时要考虑以下几个方面的问题：4.1.1选择的卸载点所受的反力相差不能太大，以免造成杆件在卸载施工时有较大的应力变化。4.1.2选择卸载点的数量不能过多，便于施工时现场统一指挥。4.1.3选择卸载点数量与荷载应关联到脚手架搭设的方便性，尽可能减少架料的投入。在上述的原则指导下，我们采用计算机模拟技术对卸载施工不同的6种工况进行了工程模拟演算，并选择了两种最接近施工实际进展的工况进行了比较。见下表137 R2R1R3北卸载工况一卸载工况二137 卸载工况分析表序卸载工况优点缺点卸载工况一根据施工顺序由西向东分两次卸载。即R2全部施工完毕，R1与R3施工一半后，对西侧已施工完成的R2以及R3、R1的1/3屋盖结构进行卸载。保留临近施工区域千斤顶不拆除，同时屋盖结构继续施工，待屋盖施工完成后进行第2次卸载1、杆件无超应力现象2、可以提前插入后续工序在施工区与卸载区会出现结构位移值的突变，对结构整体拼装尺寸有一定影响卸载工况二在屋盖整体安装完成后，分区卸载。即施工完成后先卸载R2，及R1的1/2，再卸载R3、R1的剩余部分。1、杆件无超应力现象2、卸载平稳，无任何突变后续工序插入时间晚经过计算机模拟分析与对比，我们选择了工况二，即屋盖整体拼装完成后卸载的方法，以保证结构的拼装精度。两种工况的计算各项指标基本一致，在保证杆件应力的前提下，选取135个点作为卸载支撑点最为合理，此时最大的支点的支座反力342kN。根据计算机模拟分析的卸载支撑点反力，将135个卸载点支撑反力划分为4t、9t、34t三种类型，在脚手架设计中根据不通的荷载提供相应的解决方案。由于采用人工操控千斤顶卸载的同步性不容易掌握，容易产生荷载分布与变化偏离设计计算值较大的情况，在模拟计算时加入了不同步的工况，在卸载点中出现40%不同步、落差在5mm以内时，杆件的应力变化仍然在设计的范围内。屋盖的变形趋势为从四周向中心呈倒穹顶变化，支撑千斤顶应从四周向中心逐渐推出工作。通过计算机模拟计算，为卸载施工方案的确定提供了科学可靠的技术支持。4.2多点卸载施工技术与管理4.2.1施工方法采用分步、等距多行程、多点同步卸载的工艺进行屋盖钢结构卸载。每次行程5mm，最大理论卸载形成245mm，分49步完成卸载工作。4.2.2千斤顶选型由于在施工过程中，千斤顶在屋架安装过程中长期处于受力状态，液压千斤顶将出现回油现象，这样将对结构的整个过程控制不利，所以本工程选用螺旋千斤顶。千斤顶的选择在卸载点最大支点反力的基础上取1.4倍安全系数。千斤顶型号与数量见下表。137 卸载点千斤顶规格表千斤顶型号(t)自重（Kg）自身高度（mm）可调高度（mm）数量（个）备注161732018021用于卸载点322839520017用于卸载点505445225087用于卸载点507061840010行程最大的卸载点同时储备10台50t千斤顶备用。4.2.3卸载准备对施工现场进行实地检查，对不利于卸载操作的部位进行整改，为工作人员创造一个畅通安全的工作面，以保证卸载时施工人员能够便捷、安全地施工。为便于工人直观掌握每次卸载行程，在千斤顶上逐一以5mm为单位做出刻度。千斤顶示意图为避免千斤顶在退出工作时失稳，用铅丝将其连接至施工平台上。同时为避免支点千斤顶荷载将构件节点反顶变形，在节点下方布置300×300×20mm的钢板。4.2.4卸载过程组织及人力安排针对卸载工作的特殊性，建立由相关方组成的统一指挥的组织机构，由总指挥统一指挥，采用对讲机联络。每个卸载工位工人按照千斤顶划格尺寸（每格5mm）严格控制行程。现场组织机构图如下：137 现场管理人员按区域划分，每人负责2～3个卸载点，各自对片区内的卸载点及脚手架支撑体系，在卸载过程中进行监测，如有问题及时与指挥人员联系。卸载过程中对20处应力比较大杆件的焊缝进行重点监测，现场管理人员分别对各自负责片区的杆件进行监测。两次卸载管理片区划分见下图：第一次卸载管理片区划分图137 第二次卸载管理片区划分图第一次卸载工划分了10个管理片区，第二次卸载划分了20个片区。人力安排见下表。卸载人员分布表总指挥副总指挥脚手架观测钢结构观测应力监测操作工应急人员第一次15101059015第二次1520205190154.2.5卸载实施（1）卸载之前对所有参加卸载的工人进行技术、质量、安全交底，保证卸载的精度和施工人员的安全。为保证卸载时施工人员操作的熟练程度和卸载质量，同时保证千斤顶下降的基本同步性，对所有参加卸载的施工人员提前进行模拟训练。即由现场总指挥统一指挥，规定下降速度，下降级别，所有施工人员按照口令在各自的区域进行千斤顶的模拟下降。做到所有指挥人员、所有操作人员心中有数。（2）卸载前对所有节点、卸载点千斤顶及支撑平台逐个检查，重点检查千斤顶吨位及行程是否能够满足卸载要求。（3）在卸载前将非卸载节点部位千斤顶高度下降20mm并拆除。137 （4）为能够进一步了解承重结构的变化情况，在卸载前一天进行预卸载，千斤顶行程5mm，预卸载完毕后对卸载部位承重架的变化情况，千斤顶的下降高度，结构焊缝的质量情况及屋架挠度的变化情况进行一次全面的检查。各项检查合格无误后，允许进行正式卸载。（5）卸载时采用等距多步的方法，每个卸载行程为5mm，卸载时统一指挥操作人员每次下降一格，卸载应尽量做到同步性。且在一个行程完毕后，各个工位操作人员应该通知总指挥，待脚手架检查组、钢结构检查组对结构检查后，再统一进行下一个行程的卸载。（6）在一个卸载行程完毕后，各个工位操作人员如实填写行程记录表，各项检查表。着重记录千斤顶推出工作行程步数，并通报总指挥与应力监测副总指挥。4.3卸载过程同步监测技术为了对结构在卸载过程中的安全状况进行评估，对本次屋盖卸载过程进行同步监测，主要对大应力杆件的应力－应变进行监测。4.3.1卸载过程中重点杆件监测卸载监测是就构件层次的安全评定而言，我们直接采用光纤光栅应变传感器实时跟踪测试现场卸载时的数据，将其与材料设计强度进行比较，确定其安全水准。为屋盖的卸载提供安全评估并对不利情况提供现场预警，预警指数为0.9（按照设计要求）。为了加强卸载过程中对杆件应力的监测，共计确定15个应力比较大的杆件作为重点监测对象。在墙体选择8根杆件进行监测，杆件编号分别为：F860、F1474、F2237、F2293、F2301、F3072、F8778、F9913；在屋面监测点中选取7根杆件应力比较大的点作为卸载过程的重点监测点，杆件编号为：F3620、F3824、F7294、F13304、F8383、F18479、F19813。对确定的15个应力比较大的重点杆件，除进行应力监测外，还派人全过程进行观察。4.3.2其他监测点布置位置根据结构计算分析的结果在上弦、下弦和腹杆分别布设了65个、60个和85个（共计210个）光栅光纤应力－应变传感器。传感器的布设位置见下图。传感器点焊在所监测杆件的端部靠近节点的位置。137 屋盖上弦节点光纤传感器布置详图光纤温度传感器光纤应变传感器上弦节点传感器安装详图137 屋盖下弦节点光纤传感器布置详图光纤温度传感器光纤应变传感器下弦节点传感器安装详图137 屋盖腹杆光纤传感器布置详图节点传感器安装详图光纤温度传感器光纤应变传感器4.3.3卸载点标高测量137 卸载前对所有卸载点标高进行测量，从中选出9个点作为卸载过程监测点，将这9个点卸载前、卸载过程中、卸载后的绝对标高值随时监测，作为屋面下挠控制数据。在R1区选择2个节点WS8017、WS8015,R2区选择两个节点WS9396、WS9405，R3区选择5个节点WS7820、WS9073、WS2194、WS2340、WS387，作为卸载观测点，卸载过程中随时监控各点位置变化情况，分布位置见下图：标高监控点布置图5实施效果通过利用计算机模拟演算技术，我们科学地组织了XX游泳中心的卸载工作，卸载全过程实施平稳顺利，其结果完全符合设计要求，卸载数据如下表：杆件应力监测对比表监测杆件位置施工监测杆件号钢材强度设计值(N/mm2)允许应力比（N/mm2）实际监测应力比（N/mm2）墙体部分8603600.310.0414743100.340.0222373100.510.1822933100.370.1123013100.320.0830723600.360.02687783100.310.1199133600.360.05137 屋盖部分36203100.310.1238243100.380.1272943100.330.1583833100.320.05133043100.330.21184793100.310.07198133600.320.06结构自挠尺寸观测对比表12356观测点初始值下弦图纸标高观测值下挠值801523.55323.52623.507-19801723.52823.52623.493-33940523.52823.52623.492+8939623.52823.52623.491-35907323.57323.52623.477-4938723.61223.52623.468-58782023.58123.52623.514-12219423.64223.52623.445-81234023.53923.52623.508-18根据图纸要求下弦标高23.526m，安装中在跨中起拱125mm，卸载完成后，屋面跨中标高下降最大值为206mm，低于设计计算的自重荷载挠度245mm，满足设计要求。137'