苏海红 高永林
(昆明理工大学，云南昆明 650500)
1 工程概况
某高校体育馆容纳人数为6 530人，根据抗震设防分类标准，不少于4 500人的大型体育馆应为重点设防类别(乙类)，该钢结构工程的承重支撑脚手架卸载工作于2012年4月16日顺利完成。该工程造型取自高原明珠寓意为“珠联璧合”之意，体育馆与游泳馆取自两滴滴落水滴形态，如图1所示，整个建筑结构呈现不规则椭球体，建筑面积为14 608 m2，水平投影的短轴直径为90.5 m，长轴方向直径为 106.5 m，檐口高度23.870 m，地上1 层，局部2层，建筑等级为乙级，抗震设防烈度为8度，设计使用年限为50年，耐火等级二级，主体结构标高5.100 m以下为钢筋混凝土全框架结构，以上为26榀支撑于体育馆外圈环向布置的钢筋混凝土框架柱上的钢管平面桁架及为避免今后产生声焦中央为波浪形不规则椭球体的双向网壳等三部分组成整个结构体系，26榀平面桁架通过26个抗震球铰接支座支撑与下部钢筋混凝土框架柱上以减小屋盖对下部框架的推力，26榀桁架高度不等，桁架结构中心延长线顶高26.5 m，考虑到该工程卸载经济性，工程量相对来说也较少，经综合分析，采用轮流更替交换主桁架支撑水平管的方法，进行等距卸载。结构模型见图2，侧立面图见图3，单榀桁架立面图见图4。
图1 效果图
图2 结构模型
2 卸载的一般机理
对于采用全支架(满堂红脚手架)或部分支架高空散装法安装的大型屋盖空间结构，所谓卸载，是指放松结构有关节点的附加约束，逐步将这些节点与支撑它的临时支架慢慢脱开，是结构从非受力状态(或多点支撑受力状态)转换至设计结构固有边界条件下的实际受力状态，而临时支撑结构则由受力状态转换至非受力状态，主体结构被过渡至正常使用状态。卸载的过程中，被支撑的节点位移发生变化，导致结构内部产生变形、内力和反力的重分布，此时荷载工况为结构自重及施工荷载的作用，结构处在弹性阶段工作，其变形和内力重分布和调整后较易于达到平衡。
图3 侧立面图
3 工程卸载
3.1 结构体系特点
图4 单榀桁架立面图
卸载时结构体系特点:
1)结构体系复杂，主要体现在该结构是一个不规则椭球体，传力体系复杂;2)卸载过程反力变化规律不同，各个支撑点由于主体结构和支撑系统的线刚度不同，因此其反力不仅初始值不同且各点的变化规律也不相同，为保证卸载过程的安全可靠，卸载过程模拟，根据模拟结果进行卸载方案设计;3)由于技术能力限制，参照相关工程实践经验，通过计算分析，考虑了不同的卸载方式和卸载量控制，在“分阶段整体分级同步”的卸载原则下，按照位移等比同步控制为主、卸载反力控制为辅。
根据卸载结构体系特点，以结构计算为依据，以结构及支撑系统安全为宗旨，以变形协调为核心，以实时监控为手段，在这一前提下，设计合理可行，相对简单的卸载顺序。
3.2 卸载方法
卸载采用分步等距卸载，每个卸载行程为10 mm。常用方法是一般卸载前先利用千斤顶通过顶升，以便抽出垫片的方法，但考虑到本工程量相对较小，单件构件自重荷载相对不大，最重桁架为10.6 t，采用类似方法，将增加大量工程措施费，对施工单位来说，将是一大笔费用，因此以轮流更替交换主桁架支撑水平管的方法进行等距卸载。卸载时先从中间柱间支撑位置开始，再逐渐向两边扩展，每一轮卸载完成后再按上述顺序进行第二轮、第三轮等的卸载工作，直到主桁架不再下挠为止。卸载时先在主桁架端头部分两边各增加两根立杆，立杆间安装两根水平横杆，水平横杆标高比已固定好的主桁架下端主管底面低10 mm，并对立杆和水平横杆进行加固，按前一榀主桁架的办法进行后继主桁架的立杆和水平横杆进行加固，然后按顺序松开原有加固的水平横杆，让后加的水平横杆受力保证主桁架不再下沉，松开的水平横管比已下沉的主桁架再低10 mm，如此交替更换直至水平横杆不再受力为止(见图5)。
图5 水平杆更换示意图
3.3 卸载点布置及卸载边界选择
卸载时按长轴方向对称进行，卸载从中间柱间支撑位置开始，严格按1～13的顺序进行操作(见图6)。
图6 卸载点布置图
3.4 卸载准备工作
1)人员。卸载由一名施工员统一指挥，采用鸣哨信号，确保每个卸载工位至少一名操作人员。每个承重点卸载部位施工人员配备一把钢角尺，以便于施工人员能够精确控制水平横管的行程情况。
2)材料。更替交换的水平管、立杆需选用无弯曲、无锈蚀严重的构件，扣件要选用无损坏、螺栓不滑动、容易拧紧的构件。
3.5 卸载的质量控制及注意事项
在一个卸载行程完毕后，各个工位操作人员应通知指挥员，再统一进行下一个行程的卸载。
为保证卸载时施工人员操作的熟练程度和卸载质量，对所有参加卸载的施工人员提前进行模拟训练。即由现场专人统一指挥，所有施工人员按照口令在各自的区域进行位置的调动和千斤顶的模拟下降。
为能够进一步了解承重结构的变化情况，应该模拟卸载一次，即将第一次卸载作为模拟卸载，行程在5 mm，模拟卸载完毕后对卸载部位承重架的变化情况，水平杆的弯曲情况，结构焊缝的质量情况及桁架挠度的变化情况进行一次全面的检查。
3.6 卸载过程中的监控
卸载前对所有卸载点标高进行测量，从中选出1个～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。
同时在正式卸载前用油漆在立杆上标明原有水平横杆的起始位置，待卸载完成主桁架不再下挠再标出其标高，两者间的距离即为主桁架最终的下挠值。
3.7 卸载结果数据
体育馆屋盖结构变形分析及检测结果见表1，表2。
表1 体育馆屋盖结构变形分析结果 mm
表2 屋盖结构变形检测结果
从表1，表2数据比较可知:卸载后屋盖结构变形满足设计及工程质量验收标准要求。
4 结语
该卸载方法优点:经济、合理、适用。缺点:缺乏数据分析依据，卸载过程中的不确定因素增加，存在一定安全隐患。故该方法仅适用于钢结构跨度小，结构形式布置规则，传力路径明确简单的结构体系。对于钢结构跨度较大，且结构不规则，传力路径复杂的大型钢结构体系，建议先期进行施工过程模拟，以确定施工过程的薄弱环节，做到施工措施有针对性和预见性。
［1］GB 50026-93，工程测量规范［S］.
［2］JGJ 59-99，建筑施工安全检查标准［S］.
［3］JGJ 80-91，建筑施工高处作业安全技术规范［S］.
［4］JGJ 33-2001，建筑机械使用安全技术规程［S］.
［5］GB 50300-2002，建筑工程施工质量验收统一标准［S］.
［6］GB 50205-2002，钢结构工程施工质量验收规范［S］.
［7］GB 50221-95，钢结构工程质量检验评定标准［S］.
［8］YB 9254-95，钢结构制作安装施工规程［S］.
