大劇院鋼結(jié)構(gòu)屋蓋卸載模擬及應(yīng)力監(jiān)測

余 波, 晉 惠, 郭 翔

(四川省建筑科學(xué)研究院, 四川成都 610081)

作為城市地標(biāo)建筑通常大劇院建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜包含公共音樂廳、綜合演藝廳、戲劇表演大廳等各部分組成，全鋼結(jié)構(gòu)作為劇院的屋蓋部位所使用鋼結(jié)構(gòu)跨徑都比較大，且是曲面結(jié)構(gòu)，構(gòu)件制作、安裝的難度很大。

1 工程概況

某市大劇院，是一座以大中型表演場所及市民休閑、健身、娛樂等功能于一體的大型文化設(shè)施，其中主體占地46 055 m2，建筑物的高度36 m，結(jié)構(gòu)為地上3層，地下2層、剪力墻結(jié)構(gòu)表現(xiàn)形式為鋼框架，上部屋蓋為管拱析架鋼結(jié)構(gòu)，為可容納2.3萬觀眾的藝術(shù)表演建筑場館、設(shè)置臨時支撐館鋼結(jié)構(gòu)在大跨度及懸挑析架下，根據(jù)安裝工藝要求安裝時在二、三層中軸線鋼柱，其余四個為大跨度架兩側(cè)懸挑部位設(shè)置12個支撐架，屋頂層共設(shè)置十六個支撐架。

2 劇院屋蓋鋼結(jié)構(gòu)卸載工藝概述

屋蓋部位的結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，所以卸載的形式復(fù)雜，需要通過計算和分析，臨時支撐在卸載前先做好，在主體建筑結(jié)構(gòu)不損壞前提下才能確定進行移除。

按照審批通過的方案進行施工，可以確保卸載臨時支撐的過程的安全，并且區(qū)域臨時支撐卸載不同屋面位置和的實際情況與屋面相結(jié)合，有序進行協(xié)調(diào)指揮，卸載過程中隨時溝通，聽從調(diào)度卸載，對臨時支撐監(jiān)測檢查。

卸載過程中臨時支撐或屋面的受力和實際測量數(shù)據(jù)存在誤差，必須及時有應(yīng)急處理方案應(yīng)對卸載過程中可能出現(xiàn)的意外情況。卸載臨時結(jié)構(gòu)的周邊要留出足夠的空間，提前作好控制點，使得大劇院整體建筑結(jié)構(gòu)完整性安全性有保障。支撐頂部進行卸載的方式是大多臨時結(jié)構(gòu)卸載采用的方法，所有的施工都在空中進行，所以需要確保設(shè)備和操作人員的安全，杜絕設(shè)備掉落砸傷物造成破壞和人身傷害，通過使用保險繩的方式全部固定住所有機具；要求參與人員注意安全，具有自我保護意識，通過自身保障的安全施工作業(yè)進入施工平臺、通道等避免安全事故的發(fā)生[1]。

3 屋頂鋼結(jié)構(gòu)卸載模擬

3.1 對屋頂卸載流程描述

先審批鋼桁架拆卸載方案，在卸載前進行鋼架施工質(zhì)量驗收，然后進行鋼架卸載及應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測點及坐標(biāo)點測量，進行三層鋼析架應(yīng)變監(jiān)卸載及應(yīng)變監(jiān)測，然后進行第二層測量后進行坐標(biāo)測量，最后卸載在完成后進行卸載上報工作完成后鋼析架支撐點進行測量。

3.2 卸載前的準(zhǔn)備

卸載前首先通過經(jīng)過經(jīng)專家論證施工方案開展進行詳細編制的方案后，進行詳細的工作安排，接下來進行技術(shù)交底并進行交底講解。

然后對各結(jié)構(gòu)面結(jié)構(gòu)和各桿件進行卸載前測量，做好測量記錄工作復(fù)核工作。

計算機操作模擬通過對結(jié)構(gòu)應(yīng)力變形來開展分析，卸載過程中進行監(jiān)測情況與變化的的計算工作，對卸載預(yù)先進行控制。

在下一步施工中，準(zhǔn)備使用的支撐好卸載支撐架頂面螺旋中需要千斤頂。依據(jù)通過析架下距離不同弦底面的現(xiàn)場的千斤頂支撐點，通過選取使用高度進行支撐，自鎖性能的利用通過對其進行下降卸載逐量[2]。

然后，對每個千斤頂對結(jié)構(gòu)情況進行檢查，解除各千斤頂?shù)闹С屑s束，通過解除接觸約束其余輔助支撐對于均已實施方法。

3.3 屋頂卸載順序描述

第一步對懸挑第四層部位中間8個支撐點進行卸載，卸載量為5 mm;接下來再進行懸挑部位兩邊個支撐點的卸載，卸載量為10 mm;再進行中間8個支撐點的卸載，卸載量為10 mm。最后進行兩個核心筒中4個支撐點的卸載。

在完成第四層卸載后，支撐架進行卸載重復(fù)操作，對第3層進行上述卸載工序，復(fù)上述卸載工序， 完成第3層的卸載完成后，再重新支撐架卸載進行第二層操作。通過按照上述順序由上向下逐層進行卸載操作，最后整體結(jié)構(gòu)達到設(shè)計狀態(tài)所要求，卸載工作完畢[3]。

3.4 卸載過程控制

首先通過各千斤頂?shù)亩ㄎ桓叨葴y量未卸載前的卸載力量控，并做好記錄。其次以替換的千斤頂卸載量每次卸載標(biāo)高為做好掌握進行制下一次卸載，精確控制卸載進行。允許卸載量的各次誤差控制在3 mm以內(nèi)。在完成后，應(yīng)對卸載點的標(biāo)高進行測量以確定調(diào)整值。

4 卸載方式具體分析

屋蓋結(jié)構(gòu)屬于殼拱造型，造成不規(guī)則受力跨度大結(jié)構(gòu)，但臨時格構(gòu)柱的卸載安裝是支撐完成的，支撐拆除時將施工階段由屋蓋鋼網(wǎng)格構(gòu)柱受力傳遞，將會使結(jié)構(gòu)大大增加臨時過渡結(jié)構(gòu)受力，因此施工難點技術(shù)需要注意的。

4.1 原設(shè)計卻載方案

用整體卸載的施工方案，,這是根據(jù)本工程結(jié)構(gòu)特點對中心區(qū)鋼結(jié)構(gòu)屋蓋及施工情況后做出的決定，分批、分片待整個高空成型鋼結(jié)構(gòu)屋面進行同步卸載鋼結(jié)構(gòu)，按照先后次序進行，每個卸載批次確保步驟同步，通過安排若干批次拆除支撐胎架。

4.2 實際施工方案

原整體卸載方式不能滿足工期安排，為了使分段流水在鋼結(jié)構(gòu)單元實現(xiàn)施工，幕墻作業(yè)提前介入屋面，分區(qū)卸載的方式通過分階段采用。即將三個大區(qū)分為屋蓋現(xiàn)場應(yīng)用，在安裝區(qū)卸載區(qū)多一跨前提下，卸載可在局部區(qū)域屋蓋開展施工作業(yè)。

4.3 分析計算卸載過程

鋼拱的柱腳均為剛接柱腳，通過進行模擬分析采用國際計算軟件通用MIDAS對卸載周期計算。其中，荷載為構(gòu)件自重，格構(gòu)柱柱腳采用鉸接柱腳。自重取值1.0，施工過程中主要目的。卸載區(qū)域分別為E-D區(qū)按照實施垂直的Z工部署分區(qū)和A-C區(qū)位移量，所需考慮除平面外還需考慮X向、Y向位移空問向位移。

5 分段卸載施工技術(shù)流程

5.1 劇院屋蓋卸載工藝描述

本工程中不同荷載屋蓋跨度在與鋼結(jié)構(gòu)不規(guī)則屋蓋支撐拱，卸載方法對于不同節(jié)點需要因此使用不相同方案制定。采用對屋蓋卸載直接切割法通過模擬計算結(jié)果，采用油缸卸載法進行支撐拱卸載。卸載前在柱頭支撐上標(biāo)記5 mm刻度線，通過直接切割法工藝流程，卸載完工，拱自然下落用氣割緩慢削割5 mm，接下來階段卸拱5 mm再按上述步驟進行。

5.2 觀測點布置選取

測點布置按計算結(jié)果，所有的節(jié)點對于屋蓋鋼結(jié)構(gòu)的定位上測點設(shè)置。施工過程中布置原則為屋蓋、桿件的應(yīng)力變化最大、關(guān)鍵節(jié)點布置測點。

5.3 與預(yù)應(yīng)力配合完成施工

粘結(jié)鋼筋陸空側(cè)預(yù)應(yīng)力側(cè)對稱4對和中央大廳與巨型拱腳承臺間設(shè)置了，時現(xiàn)上部鋼結(jié)構(gòu)抵消目的是為了水平推力屋蓋產(chǎn)生的，區(qū)兩側(cè)拱梁結(jié)合部位為粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋有預(yù)應(yīng)力EH一區(qū)，張拉拱腳位置配有16條12孔波紋管有粘結(jié)，管內(nèi)臨時布設(shè)126根有;A一C區(qū)拱腳內(nèi)配有8條7孔有粘結(jié)波紋管。支撐向支撐拱鋼結(jié)構(gòu)安裝分區(qū)圖中A一C區(qū)及E一H管內(nèi)布設(shè)48根有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋。受力進程進行隨著情況漸由過程在卸載中，承臺傳力對象拱腳內(nèi)逐底部基礎(chǔ)的的轉(zhuǎn)變，也是一個充分抵消掉卸載變化的過程。因此不同時期的分階段張拉，變形水平卸載所產(chǎn)生與推力隨承臺應(yīng)根據(jù)的預(yù)應(yīng)力鋼筋。

6 卸載過程監(jiān)測描述

6.1監(jiān)測方式和內(nèi)容各種監(jiān)測方式通常有聯(lián)合自動以及人工監(jiān)測。聯(lián)合監(jiān)測是配合人工監(jiān)測將上述兩個方法結(jié)合起來。本工程監(jiān)測對比上述方法，主要監(jiān)測采用方式中監(jiān)測費時、準(zhǔn)確性高費力不大。監(jiān)測設(shè)備在自動監(jiān)測采用多種多類的小型的自動化程度傳感器和實時在線利用平臺系統(tǒng)對進行結(jié)構(gòu)的監(jiān)測。內(nèi)容包含:

重點幾何監(jiān)測:混凝土挑架監(jiān)測各層懸支承鋼管樓的組合柱的側(cè)移撓度。

應(yīng)力桿件監(jiān)測:重點應(yīng)變監(jiān)測應(yīng)變各樓層懸挑架上、下截面腹桿弦、根部狀態(tài)、吊桿及樓層間應(yīng)力。

6.2 卸載監(jiān)測方案

(1)根據(jù)工程鋼結(jié)構(gòu)施工受力、對及現(xiàn)場實際性能情況，懸挑析架應(yīng)力析架吊桿選取2層、3層及4層，作為應(yīng)力測上、下翼緣點應(yīng)選對于監(jiān)測測點應(yīng)選根據(jù)結(jié)構(gòu)受力特點，構(gòu)件中點處力懸挑析架在上在析架根部節(jié)間。

可靠性是應(yīng)力監(jiān)測結(jié)構(gòu)長期監(jiān)測監(jiān)測析架桿件是一個的過程，至關(guān)重要的對于監(jiān)測儀器。本工程現(xiàn)場情況考慮復(fù)雜設(shè)備監(jiān)測儀器到振弦式弧焊型施工監(jiān)控穩(wěn)定性、數(shù)據(jù)連續(xù)性、經(jīng)濟性等因素、構(gòu)件應(yīng)力振弦式讀數(shù)儀數(shù)監(jiān)測應(yīng)力采用應(yīng)變計，鋼結(jié)構(gòu)持續(xù)時間數(shù)據(jù)采集裝置應(yīng)用。

(2)變形監(jiān)測選用全站儀對懸挑架進行，變形特點結(jié)構(gòu)根據(jù)，卸載前懸挑架采用全站儀對監(jiān)測點布置在鋼架鋼結(jié)構(gòu)位置模型的位移、倒算鋼架采用全站儀結(jié)構(gòu)位移監(jiān)測本工程變形的懸挑端節(jié)點。支撐點三維坐標(biāo)點位置上的鋼析架的支撐點，上弦點進行測量并出絕對坐標(biāo)，二次對拆除支撐點鋼架同時對維坐標(biāo)點測量計算出拆除驗算進行支撐后結(jié)構(gòu)，在的位置進行最后進行監(jiān)控點位移與卸載完成后位移計算、對比實際位移。

7 結(jié)束語

通過對大劇院鋼結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)屋蓋卸載模擬及應(yīng)力進行監(jiān)測，在模擬拆卸中使用分區(qū)拆卸的方法，對過程做好質(zhì)量管控和流程規(guī)范，同時對應(yīng)力的分析發(fā)現(xiàn)，整個鋼結(jié)構(gòu)屋蓋受力實現(xiàn)平穩(wěn)過渡，模擬結(jié)果與實際變形量基本相符。