某体育馆钢结构工程卸载施工技术

张煊铭，陈星帆

（商丘工学院，河南 商丘 476000）

1 工程概况

某体育馆总建筑面积为76877.56m2，体育馆檐口最高点33.850m，主体结构成椭圆形，长轴168m，短轴140m，屋盖周边有36个斜向外侧（倾角75。）的钢骨斜筒柱，最高点标高41.5m，内环桁架杆件密集。屋顶结构为空间钢管桁架结构体系。体育馆为全封闭结构，外侧混凝土结构宽度大，场内空间狭小，对于支撑点的布置难度较高。

图1 体育馆效果图

本工程采用落地独立支撑胎架，共搭设胎架52榀，高度均为25m，其中用于径向桁架36榀（胎架截面为Φ660×12）；环形桁架16榀（Φ660×30）。径向桁架支撑胎架下部为混凝土地面，考虑采用埋件与地面固定；环形桁架支撑胎架下部为土质地面，采用路基箱作为胎架基础。

2 卸载总体思路

本工程屋盖为空间管桁架结构，施工现场全部采用支撑胎架辅助安装，由于使用胎架数量较大，不可采用逐个拆除方式进行卸载，应在全部结构完成空中对接，整体焊接成型，以及验收合格后，方可进行卸载。结构卸载根据计算分析钢结构本身的受力状况、传力途径、变形情况、结构特点、体系形成的过程以及支撑胎架的实际情况，确定采用分级、同步卸载方法[1]。卸载时，支撑胎架和结构杆件两者受力状况均发生改变，极易发生破坏，因此在卸载过程中应遵循以理论计算为依据，以控制变形为核心，以测量监测为手段，防止出现受力不均或卸载过快引起变形失控从而导致结构破坏[2]。

图2 卸载顺序示意图

3 卸载前准备工作

卸载点布置。根据工程需要，布置支撑胎架，由专业人员确定卸载点，严格按照要求施工[3]。

建立卸载指挥部。施工过程中，紧急事故不可避免，为保证卸载过程顺利进行，应建立一支认真可靠的指挥部，明确个人责任。

仔细检查各支撑点状况。观察其各个部位连接处是否完好。

4 砂箱卸载法

4.1 工艺原理

钢结构在吊装过程中是由支撑胎架支撑进行施工，结构的自重产生的竖向荷载由支撑胎架承受。在吊装完成后，荷载应由结构体系承重，因此要进行卸载步骤。钢结构卸载是由施工状态转变为设计受力状态的过程。在卸载过程中，支撑胎架被拆除，导致结构产生位移，结构杆件内瞬间产生较大应力，所以应确定卸载方案，选择分级同步卸载控制结构的变形，使得应力变化与结构变形保持在允许范围内，由此保证结构的安全。等比同步和等距同步都属于分级同步，两者均可确定卸载点下落行程。根据以上卸载原理，现在卸载施工主要采用以下几种方法：砂箱卸载法、螺旋千斤顶卸载法和计算机电控液压千斤顶卸载法[4]。

本工程主要采用砂箱卸载法。砂箱卸载工艺是根据沙漏的原理，选择砂箱制作成卸载设备。由于砂在密闭状态下可压缩性小的特点，使得保证了砂箱的承压能力。利用闸板阀控制砂的流量，使荷载转移缓慢进行，确保卸载的稳定性，保证了施工的安全性。砂箱分为两部分，外套筒和内套筒，内筒套在外筒里面，直接接触结构杆件；外筒内注满砂子，排砂口阀门开关设置在筒壁的侧面或底端，控制砂粒的流量。卸载开始时，打开闸门，砂体流出，从而实现卸载。内筒与外筒的管径尺寸应该严格把控，间距过小易卡死，间距过大易溢砂。砂箱外筒和内筒的直径、壁厚以及筒的材质应根据不同受力情况计算得出，砂箱结构图图3所示。

图3 砂箱结构图

4.2 工艺流程

按照卸载量的大小确定卸载点，设置砂箱→选择颗粒级配良好的砂子，有良好的流动性→排砂口做好防水措施→开启闸门，开始卸载→第一步卸载完成后，关闭闸门，测量并观察，是否需要调整排沙量→循环操作，直至卸载完成。

5 卸载施工

5.1 施工方案的确定

由于外圈胎架卸载量较小（15mm），故采用一次性割除胎架顶部立板的方式进行卸载；内圈支撑胎架采用分级逐步卸载工艺，卸载分级大小应根据结构计算和工况分析得出的结果进行，即根据实际结构变形量控制分批下降数值。按照多次循环、反力控制与位移控制相结合的原则，并且在卸载过程中做好施工监测，确保结构卸载处于安全受控状态，当屋面下挠变形全部完成后，屋盖即成为完整体系，此时支撑胎架完全不受力，由屋盖本身承担全部荷载，卸载即全部完成[5-7]。

经仿真模拟计算拟定卸载方案：一次性卸载外围胎架（15mm），然后分级卸载内部胎架，即按照25%、50%、100%三级进行卸载。100%卸载后结构最大位移值应满足《钢结构设计规范》（GB50017-2017）要求，即85mm＜157290/400=393.2m。

5.2 卸载步骤

①计算确定卸载点与卸载反力，然后设置砂箱，并调节到计算高度。

②安装支撑胎架，将所有砂箱均匀地布置在胎架上。

③安装钢结构，并浇筑混凝土。

④当混凝土的抗压强度达到要求，便可以开始对支撑点沙漏进行分级放沙卸载，第一步放沙行程量为21mm。

⑤通过对讲机报点，当全部确认第一步卸载到位后，继续进行第二步卸载，第二步放沙行程量为21mm，卸载完成后，开始第三步卸载。

⑥重复上面步骤直到结构卸载完成。

图4 现场排沙

5.3 卸载要点

①卸载指挥部通过对讲机进行统一指挥，确保卸载均匀有序，避免结构局部杆件应力变化过大。监测人员注意观测卸载时的结构变形情况，记录卸载变形数据，并向总指挥汇报。

②施工工人需进行培训，由技术人员讲解具体操作及手势指令，确保卸载中可以正确领会指令含义。

③卸载现场要设置警告牌，使其他无关人员离场。

④施工使用的工具应固牢，防止高空滑落[8-10]。

6 支撑胎架拆除

卸载完成后，分段拆除支撑胎架。拆除时采用吊机为100t汽车吊。胎架卸载前，按照卸载顺序利用钢丝绳对胎架进行固定保护，防止卸载后胎架倾覆，然后按卸载顺序逐个进行拆除，保证所有卸载完成的胎架在最短的时间内拆除完毕，及时消除安全隐患。

7 结语

钢结构支撑体系的卸载是钢结构施工中的重要环节，整个过程要严格观察各个部位，仔细监测各项数据，确定最佳的卸载方案，其变形值一定要满足规范要求，使其胎架荷载安全平稳的转移到结构上。砂箱卸载工艺经济实用，应用范围广，使用更加环保，出沙速度和出沙量易于控制，且承载力更大，一次投入，可以多次使用，重复使用率高，特别适用于体量大、点荷载大以及卸载量小的钢结构工程，是更为简单、方便的卸载方法。