異形大跨度鋼結(jié)構(gòu)臨時支撐施工技術(shù)
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潘忠慶
上海市機械施工集團有限公司 上海 200072
摘要：上海東方體育中心綜合體育館由1 0榀高低錯落的異形鋼拱架排列構(gòu)成，猶如多層次波浪，其優(yōu)美的造型被公眾譽為“海上王冠”，但卻給建筑施工帶來了不少難題。異形鋼拱架最大跨度達151 m，施工采用了設(shè)置剛性1臨時支撐的分段綜合安裝法，圓滿地完成了桁架安裝。重點介紹異形大跨度鋼結(jié)構(gòu)臨時支撐施工技術(shù)，供同類工程借鑒。
關(guān)鍵詞：體育建筑 異形結(jié)構(gòu) 大跨度鋼拱架 分段安裝 I臨時支撐
中圖分類號：TU758 文獻標(biāo)志碼：B DOI: 10.14144/j .cnki.jzsg．2015.1 1 .013
1 I程概況
上海東方體育中心工程位于黃浦江以東、川楊河以南、濟陽路以西，總用地面積3.48×105 1112，投資約20億元人民幣。
整個工程包括綜合體育館、游泳館、室外跳水池、服務(wù)中心、大平臺及室外大平臺等單體工程。其中綜合體育館結(jié)構(gòu)高43 m，長166 m，寬172 m。地下2層，地上3層。
鋼結(jié)構(gòu)體系主要由10榀跨度達151 m的鋼架組合而成，10榀鋼架截面均為空間倒三角形，單榀鋼架質(zhì)量逾550 t。整個綜合體育館工程總用鋼量約6 000 t。綜合體育館效果圖、三維結(jié)構(gòu)模型如圖1所示：
2 總體施工技術(shù)路線
綜合體育館鋼架結(jié)構(gòu)采用2臺大型履帶吊跨外分段節(jié)間綜合安裝，跨中鋼架分段則采用地面原位拼裝、逐段提升到位。鋼架分段臨時支撐根據(jù)結(jié)構(gòu)特點采用格構(gòu)式組合剛性支撐。
大跨度異形鋼架分成5-7段由兩端向跨中對稱安裝。鋼架分段由鋼架柱、鋼架梁分段組成，知圖2所示。
鋼架柱為鋼管交匯而成的棱臺形鋼架，頭重腳輕，質(zhì)量最大分段達148 t；鋼架梁為空間倒三角管桁架，質(zhì)量最大分段達68 t。
3 工程的特點、難點及應(yīng)對措施
1)鋼架柱、鋼架梁構(gòu)件分段均超大、超寬、超重，構(gòu)件無法由工廠預(yù)制直接運輸至現(xiàn)場吊裝，必須設(shè)置拼裝胎架在現(xiàn)場臥拼：其中鋼架柱構(gòu)件為空間不規(guī)則棱臺，高重心且偏心，臨時支撐設(shè)置難度相當(dāng)大。因此，必須精確計算每1榀鋼架柱的重心位置，并結(jié)合已完成的平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計做出既滿足豎向穩(wěn)定又滿足側(cè)向穩(wěn)定的支撐體系。同時還要考慮支撐系統(tǒng)無法事先設(shè)立，須隨鋼架柱吊裝同步設(shè)置的特點：臨時支撐點受力亦須采用計算軟件分析，并采用受力轉(zhuǎn)換手段來確保平臺結(jié)構(gòu)的安全性。
2)鋼架梁為空間異形倒三角桁架體系，安裝時，構(gòu)件一端與已完成的鋼架柱或鋼架梁上下弦桿對接，另一端采用臨時支撐系統(tǒng)擱置。由于看臺結(jié)構(gòu)已經(jīng)完成，臨時支撐的設(shè)計難度相當(dāng)大。因臨時支撐之下利用看臺結(jié)構(gòu)架設(shè)，支撐高度高低不一，最大支撐高度達33.80 m，故臨時支撐下部構(gòu)造須架設(shè)轉(zhuǎn)換鋼平臺，將豎向受力傳遞至看臺柱上，其上部構(gòu)造還須滿足構(gòu)件進檔和標(biāo)高控制的要求。
3)受看臺結(jié)構(gòu)的影響和部分桁架梁提升的要求，臨時支撐的設(shè)計須類型多樣，分成二肢格構(gòu)體系、三肢格構(gòu)體系以及四方架格構(gòu)體系。格構(gòu)體系的設(shè)計既要滿足自身的強度要求，又要確保其臨時穩(wěn)定。因此，結(jié)合計算軟件分析，對應(yīng)設(shè)計的臨時支撐側(cè)向拉結(jié)需與看臺結(jié)構(gòu)梁有效連接：
4)臨時支撐系統(tǒng)卸載是實現(xiàn)結(jié)構(gòu)由施工工況向設(shè)計要求的最終轉(zhuǎn)換，結(jié)構(gòu)受力將重分布。支撐卸載是一個復(fù)雜的受力過程，不合理的卸載順序容易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)局部應(yīng)力超大、支撐受力過大等不利工況。因此，必須采用有限元施工模擬軟件進行多工況的反復(fù)比對，以確定最優(yōu)方案。同時采用應(yīng)力應(yīng)變檢測的方法實時掌握支撐卸載過程中的變形和受力的動態(tài)舊。
4 異形大跨度鋼結(jié)構(gòu)臨時支撐施工技術(shù)
4.1 異形鋼架柱臨時支撐設(shè)置
因單榀鋼架柱安裝時，構(gòu)件頭重腳輕且向內(nèi)側(cè)偏心，故臨時支撐設(shè)置既要考慮構(gòu)件的豎向穩(wěn)定，又要考慮構(gòu)件的側(cè)向穩(wěn)定。因此，支撐體系設(shè)置成為由豎向支撐和側(cè)向斜支撐組成的空間格構(gòu)剛性支撐體系。
臨時支撐的上部節(jié)點采用刀板與鋼架主弦桿焊接固定，根部節(jié)點則通過路基箱將力傳遞至混凝土平臺梁柱上。
4.2異形鋼架梁臨時支撐設(shè)置
鋼架跨度從中間向兩邊次第減小，自136 m減小至73 m，其中中間8榀覆蓋整個場館2層看臺區(qū)域，邊上2榀覆蓋結(jié)構(gòu)平臺區(qū)域。鋼架梁臨時支撐設(shè)置須滿足以下要求：滿足鋼架梁臨時穩(wěn)定要求；滿足局部鋼架梁提升要求；由于看臺結(jié)構(gòu)已經(jīng)完成，支撐點須通過合理轉(zhuǎn)換傳力至看臺柱上；臨時支撐自身結(jié)構(gòu)須滿足強度和穩(wěn)定要求。
根據(jù)以上要求，結(jié)合異形鋼架結(jié)構(gòu)特點以及看臺結(jié)構(gòu)形式，我們有針對性地設(shè)計了由西609 mm鋼管和20#槽鋼組成的雙肢、三肢、四肢格構(gòu)式鋼支撐。
支撐分為ZC1、ZC2兩種類型。ZCI為四肢格構(gòu)式鋼支撐，ZC2為雙肢格構(gòu)式鋼支撐。鋼架梁支撐立面布置如圖3所示。
由于臨時支撐受力點作用在已完成的結(jié)構(gòu)看臺上，因此須設(shè)計轉(zhuǎn)換鋼平臺，將受力傳遞至看臺柱上。轉(zhuǎn)換鋼平臺由1 300 mm×700 mm×12 mm×25 mm鋼箱梁與400 mm×408 mm的H型鋼梁組成。ZC1轉(zhuǎn)換鋼平臺如圖4所示，ZCI格構(gòu)式鋼支撐施工如圖5所示。
4.3臨時支撐卸載要求
本工程共設(shè)置54組支撐點，其中20組支撐點為外圍支撐，采用單根+609 mm鋼管支撐，剩余34組支撐點為由+609 mm鋼管組合成的格構(gòu)柱。通過采用Madis有限元施工計算軟件進行施工全過程模擬分析，最終確定了臨時支撐的總體卸載流程：即臨時支撐整體卸載順序為從軸中向兩側(cè)對稱卸載，單跨鋼架卸載順序為從根部往跨中對稱卸載。卸載順序如圖6所示。
5 結(jié)語
在本工程施工時，結(jié)構(gòu)卸載過程采用全站儀觀測和布置應(yīng)變計相結(jié)合，分析結(jié)構(gòu)卸載完成后的變形及應(yīng)力狀況。綜合體育館卸載完成后，結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力為64 MPa，位于跨度最大的TR1跨中；結(jié)構(gòu)最大豎向變形為76 mm.位于TR1跨中。從觀測結(jié)果可以看出：結(jié)構(gòu)應(yīng)力及變形值均滿足設(shè)計要求。
