鋼結構支撐體系同步等距卸載工法

《鋼結構支撐體系同步等距卸載工法》是中建一局鋼結構工程有限公司、中建一局建設發展公司、中國建築第一工程局第六建築公司完成的建築類施工工法；作者分別是龐京輝、佟強、吳月華、賀小村、韓文秀；適用範圍是各種鋼結構類型的多支點大跨度鋼框架及鋼格線結構支撐體系的卸載。

《鋼結構支撐體系同步等距卸載工法》主要的工法特點是結構安全性好；成本低，環保性好；工藝操作簡便；採用手動螺旋式千斤頂，操作直觀動作準確。

2008年1月31日，《鋼結構支撐體系同步等距卸載工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2005-2006年度國家二級工法。

基本介紹

• 中文名：鋼結構支撐體系同步等距卸載工法
• 工法編號： YJGF161-2006
• 完成單位：中建一局鋼結構工程有限公司、中建一局建設發展公司、中國建築第一工程局第六建築公司
• 主要完成人：龐京輝、佟強、吳月華、賀小村、韓文秀
• 審批單位：中華人民共和國住房和城鄉建設部
• 主要榮譽：國家二級工法（2005-2006年度）

形成原因

《鋼結構支撐體系同步等距卸載工法》的形成原因是：

截至2005年，中國國內建築鋼結構技術發展日新月異，鋼結構被廣泛地用於高層、超高層建築以及大跨度的工業廠房、體育場館的建設中。許多大跨度及複雜鋼結構的施工，採用臨時支撐體系、空中組裝的安裝工藝，在結構組裝完成後拆除臨時支撐的施工方案。在拆除臨時支撐過程中，支撐與結構的受力狀態發生根本變化，由臨時支撐受力轉換到結構自身受力。在大體量鋼結構工程中，臨時支撐最大所承受的支座反力往往在成百上千噸。

在臨時支撐搭設前，進行嚴謹的全過程施工工況模擬計算分析，根據計算結果科學合理地設定支撐點、選擇支撐體系搭設方案及對支撐體系卸載工藝方法，同時在施工中周密細緻地組織管理，是結構受力體系由臨時支撐受力向結構自身受力平緩、安全過渡的重要環節。

在國家重點工程“國家游泳中心”“延性多面體鋼框架結構”鋼結構施工中，施工單位根據計算機全過程模擬演算分析，使用手動螺旋千斤頂，採用同步等距的卸載工藝，對承載重量為6700噸的支撐體系進行了卸載，安全高效地完成了鋼結構的施工任務。

工法特點

《鋼結構支撐體系同步等距卸載工法》的工法特點是：

1.結構安全性好。小行程等距多步卸載，卸載過程中桿件內力變化平緩，避免了應力突變。

2.成本低，環保性好。採用手動螺旋式千斤頂，經濟、簡單、實用，較計算機中控液壓式千斤頂的費用大幅降低，同時無能源消耗，無污染。

3.工藝操作簡便。易於施工人員掌握操作要領，保證卸載行程的良好控制。

4.利用數據處理與反饋技術指導施工，同時施工措施受力部位進行實體受力試驗使施工準確、確保全全。

5.採用手動螺旋式千斤頂，操作直觀動作準確。

操作原理

適用範圍

《鋼結構支撐體系同步等距卸載工法》適用於各種鋼結構類型的多支點大跨度鋼框架及鋼格線結構支撐體系的卸載。

工藝原理

《鋼結構支撐體系同步等距卸載工法》的工藝原理敘述如下：

在鋼結構安裝前，根據鋼結構平面形狀特點和下部結構允許的支撐條件進行鋼結構安裝臨時支撐體系的布置和設計。支撐體系通過工況模擬計算確定，並根據受力情況進行支撐體系設計。在鋼結構安裝、焊接完畢並驗收合格後，進行統一卸載。採用同步等距離將所有卸載支撐點下移，使千斤頂隨著逐級卸載逐步退出工作，實現鋼結構平緩地達到設計受力狀態。

施工工藝

• 工藝流程

《鋼結構支撐體系同步等距卸載工法》的工藝流程是：

結構施工驗收→卸載前施工準備→非卸載點千斤頂下降→預卸載→正式卸載一個行程→檢查各項情況並記錄→卸載過程中構件應力、支撐體系位移監測→進行下一行程卸載→逐級完成最終卸載。

• 操作要點

《鋼結構支撐體系同步等距卸載工法》的操作要點如下：

一、卸載前施工準備

1.卸載點千斤頂設計布置

千斤頂選擇手動螺旋式千斤頂，規格根據計算機模擬演算確定。

2.卸載支撐點的試驗與檢查

1）卸載支撐點的試驗

根據計算機模擬計算受力結果，設計搭設卸載支撐點腳手架。卸載支撐點分3種形式搭設。

第一種9根間距為600毫米單立桿組成為塔架，承受4噸以下重量的荷載，橫桿步距為1200毫米，見圖1；第二種為16根間距400毫米單立桿組成為塔架，承受4噸以上、9噸以下重量的荷載，橫桿步距為600毫米見圖2；第三種為32根間距400毫米雙立桿組成塔架，承受9噸以上重量的荷載見圖3。按設計搭設形式檢查支撐體系搭設形式與荷載是否相匹配。

圖1 荷載4噸以下支撐架詳圖

圖2 荷載4噸~9噸支撐架詳圖

圖3 荷載大於9噸支撐架詳圖

2）對三種支撐點進行1:1實體載入試驗。

針對每種支撐形式進行載入試驗，載入由9千牛到600千牛，三種形式支撐符合卸載需要，見圖4。

圖4 支撐架載入試驗圖

3.卸載過程組織及人力安排

卸載由總指揮統一指揮，採用對講機。對每個卸載點千斤頂均需劃出下移刻度線（每格5毫米），嚴格控制千斤頂下降行程。見圖5。

圖5 卸載組織結構圖

總指揮負責現場統一指揮，一次卸載5毫米。現場操作管理人員按區域劃分，每個卸載點設2名操作人員，管理人員每人負責2~3個卸載點，各自對責任區內的卸載點進行觀測，如有問題及時與指揮人員聯繫。卸載過程中對應力比較大桿件的焊縫進行重點監測，設定監測總控制中心，集中實時監測相關桿件應力、位移，為整個卸載過程的決策提供真實有力的數據。

4.卸載之前對所有參加卸載的管理和操作人員進行技術、質量、安全交底，保證卸載的精度和施工人員的安全。對所有參加卸載的施工人員提前進行模擬訓練。即由現場總指揮統一指揮，規定下降速度，所有施工人員按照口令在各自的區域進行千斤頂的模擬下降。

5.卸載前對所有節點、卸載點千斤頂及支撐平台逐個檢查，千斤頂重點檢查規格及行程是否能夠滿足要求。為防止意外情況發生時千斤頂彈出傷人事先將千斤頂綁固主體鋼結構上。

6.支撐點反變形措施

為保證支撐點受力均勻，需要在卸載千斤頂頂面節點之間墊一塊厚20毫米、300毫米×300毫米的鋼板，詳見圖6。

圖6 千斤頂措施圖

7.在卸載前將非卸載點部位千斤頂高度下降20毫米，觀察24小時，無異常情況後拆除。

二、預卸載

為能夠進一步了解承重結構的變化情況，在卸載前一天進行預卸載，千斤頂行程5毫米，預卸載完畢後對卸載部位承重架的變化情況、千斤頂的下降高度、結構焊縫的質量情況及屋架撓度的變化情況進行一次全面的檢查。各項檢查合格無誤後，才可進行正式卸載。

三、同步等距卸載

卸載時採用同步等距的方法，每個卸載行程為5毫米，事先要在千斤頂上用油漆噴塗5毫米間距格，卸載時統一指揮操作人員每次下降一格，卸載操作如圖7。

圖7 千斤頂操作圖

卸載做到同步性，且在一個行程完畢後，各個工位操作人員應該通知指揮員監測確認監測桿件應力、位移無異常後，通知總指揮，再統一進行下一個行程的卸載。見圖8。

圖8 過程檢查記錄圖

四、檢查各項情況並記錄

在每一個卸載行程完畢後，各個工位操作人員應對各項目重新檢查無誤後，記錄卸載過程控制資料，等候進行下一行程卸載。

五、卸載過程監測

為了對結構在卸載過程中的安全狀況進行評估，應對大應力桿件的應力一應變進行監測。

卸載監測是對構件的安全性進行評定，採用光纖光柵應變感測器實時跟蹤測試現場卸載時的數據，將其與材料設計強度進行比較，確定其安全水準。為屋蓋的卸載提供安全評估並對不利情況提供現場預警，預警指數為0.9（按照設計要求）。見圖9、圖10。

圖9 感測器安裝圖

圖10 數據監測與反饋圖

監測桿件的選擇根據鋼結構安裝方案、卸載工況選擇實際應力值較高的桿件作為監測對象，並與設計方共同確定。

六、卸載數據比較

通過利用計算機模擬演算技術，中建一局鋼結構工程有限公司、中建一局建設發展公司、中國建築第一工程局第六建築公司科學地組織了國家游泳中心的卸載工作，其結果完全符合設計要求。卸載數據如表1，表2。

根據圖紙要求下弦標高23.526米，卸載完成後，屋面下弦標高最小值為23.445米，因此屋面標高下降最大值為81毫米，作為觀測下撓值的依據，遠低於設計計算的自重荷載撓度245毫米，滿足設計要求。

七、注意事項

1.在卸載過程中對群頂的下降高度進行檢查，看是否滿足規定下降的數值，有無多降或少降的情況發生。

2.千斤頂的受力情況，有無卡死未降或降值過大的千斤頂，如有及時更換調整。

3.承重架支撐情況，有無彎曲變形的，如有變形的承重部位必須及時做補強處理。

4.檢查卸載部位鋼構件的焊縫是否存在因卸載產生裂紋現象的部位，如有將立即調整該卸載部位的千斤頂的行程或更換該部位的千斤頂，並修補撕裂的焊縫。

5.所有施工人員必須嚴格按照施工程式進行群頂的卸載，按照同時、等距的原則，按照規定數值進行循環卸載，每卸載一個5毫米行程各個操作人員向指揮人員匯報自己卸載點的情況，確認5毫米卸載完成，再統一進入下一個5毫米卸載的進行。

6.當卸載到設計規定值時，觀測千斤頂是否退出工作。如果卸載過程中，出現個別卸載點撓度增加，千斤頂行程不夠的情況，應通知指揮人員，暫停卸載，再次計算位移值，對繼續卸載是否安全進行核對，確認無誤後，更換千斤頂，繼續卸載。

材料設備

《鋼結構支撐體系同步等距卸載工法》除腳手架支撐體系外，卸載中需要的材料和設備主要有：千斤頂、千斤頂上下支撐鋼板，應力、應變、位移監測設備、對講機等。考慮在施工過程中，千斤頂在屋架安裝過程中長期處於受力狀態，液壓千斤頂將出現回油現象，這樣將對結構受力的整個過程控制不利，所以選用螺旋千斤頂。千斤頂的性能選型，根據卸載點最大支點反力，按《鋼格線結構設計與施工規程》中規定，取0.6~0.8的折減係數後確定。

表3 卸載點千斤頂規格表

千斤頂型號（噸）	自重（千克）	自身高度（毫米）	可調高度（毫米）	數量（個）
16	17	320	180	21
32	28	395	200	17
50	54	452	250	87
50	70	618	400	10

對講機配備數量依據卸載點數量確定，每個卸載點一台。

質量控制

《鋼結構支撐體系同步等距卸載工法》的質量控制要求如下：

一、監測控制

卸載前對所有卸載點標高進行測量，從中選出9個點作為卸載過程監測點，將監測點卸載前、卸載過程中、卸載後的絕對標高值隨時監測，作為屋面下撓控制數據。

對受力較大桿件需進行應力、應變實時監測，應分別選擇拉、壓桿設計應力較高的桿件進行監測。監測點布置圖見圖11。

圖11 監測點布置圖

二、控制標準

卸載中結構桿件內應力比不超過0.9，卸載後結構自撓值不超過245毫米。

三、操作管理控制要點

1.卸載實施中做到高度集中的統一指揮和嚴謹認真的具體操作。

2.卸載前進行精密細緻的前期月準備，組織所有參與人員對實施方案和應急預案進行詳細交底。

3.安排模擬訓練，根據模擬中反映的問題進行必要的完善和調整。

4.準備應急人員及需要的備用千斤頂等設備，對於應力檢測設備須預備不間斷電源。

5.正式卸載中嚴格執行操作規程和記錄，及時反饋信息，聽從總指揮統一指揮。

安全措施

採用《鋼結構支撐體系同步等距卸載工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：

1.卸載前，通告所有現場內施工單位及個人；清理現場，除卸載操作及指揮人員外，其他不相關人員不得進入卸載區；卸載區以下架體用警戒線封閉，防止意外。

2.不同反力的點位標註清楚，實際放線準確。卸載前應嚴格檢查千斤頂的工作性能、卸載點下支撐架的情況。若發現千斤頂“帶病工作”應立即更換，其中扣件式腳手架應特別注意步距的設定、上部平台鋼板、工字鋼的擺設；安德固腳手架應特別注意獨立塔架的步距保證、與周邊架體的拉接、上部工字鋼的型號及擺設方法。

3.仔細檢查鋼結構自身的焊接情況，卸載區域及計算工況中假定需要滿焊區域的結構是否已經形成了穩定體系，沒有漏焊；焊接部位是否已經100%通過自檢及第三方檢驗。

4.在卸載過程中，禁止隨意拆除腳手架的基本構架桿件，以防止破壞腳手架的整體性，卸載過程中需要拆除的部分桿件必須經主管人員同意，採取相應的補救措施，方可拆除。

5.所有施工人員進入施工現場必須戴好安全帽、系好安全帶，穿好防滑鞋。工人在腳手架面上作業，必須掛好安全帶，為防止意外情況，卸載人員的安全帶要掛在主鋼結構上。在任何情況下，嚴禁從架上向下拋擲材料及其他物品。

6.在每步卸載作業完成之後，必須將架上剩餘材料物品移走，清理腳手架面上的多餘物品，防止墜落傷人。

7.卸載前對所有千斤頂的性能進行檢查，同時為防止發生意外情況時千斤頂飛出傷人，先將每個千斤頂與主體鋼結構連線固定。

8.卸載時切斷除監測電源外的所有電源。

9.在卸載過程中，注意觀察結構支座位移變形、異常響動等異常現象，以及惡劣天氣停止卸載。

10.卸載過程中監測記錄應力比變化較大，應暫停卸載，進行計算，確認無誤後繼續卸載。

環保措施

《鋼結構支撐體系同步等距卸載工法》採用螺旋式千斤頂無噪聲，對環境無影響。

效益分析

《鋼結構支撐體系同步等距卸載工法》的效益分析如下：

採用螺旋式千斤頂與液壓千斤頂對比，手動螺旋式千斤頂較液壓千斤頂費用低，成本低，總費用相差1590800元。兩種方法經濟比較見表4。

表4 經濟效益分析表

費用/方法	數量	螺旋千斤頂	液壓千斤頂
千斤頂費用	135個	660元/個	8700元/個
泵站費用	5台	無	10萬元/台
人工費	270人	80元/人/天	100元/人/天
合計	╱	110700元	1701500元

註：施工費用以2005-2006年施工材料價格計算

套用實例

國家游泳中心項目、上海文獻中心項目、中央美術學院展廳均採用《鋼結構支撐體系同步等距卸載工法》，卸載後結構下撓值均滿足設計要求，取得了良好的效果。

• 實例1

國家游泳中心主體鋼結構是基於“泡沫”理論，對自然界泡沫在三維空間進行有效分割而形成的“延性多面體鋼框架結構”，其結構體現了“水晶體”的概念。該工程鋼結構是對十二面體和十四面體在空間組合堆積後，進行有效分割、扭轉而形成空間結構。主體鋼結構節點在空間分布規律性差，桿件與節點圍合形狀很不規則，造成節點桿件構造複雜多樣、非標準。結構形式前所未有，整個結構外形為立方體，結構化卸載點布置在下弦平面，下弦平面球節點總數1400個，其中卸載點135個，總體用鋼量6700噸。如圖12。

圖12 國家游泳中心結構圖

• 實例2

浦東文獻中心主樓鋼結構工程是82.5米×82.5米的箱形立體交叉斜拉結構，其最大邊梁懸挑長度為37.5米，並將橋樑拉索的理念溶入民建建築中，設計新穎獨特。總體用鋼量6700噸。卸載採用128點支撐，卸載總重量12000噸（含樓板），如圖13~圖15。

圖13 浦東新區文獻中心鋼結構工程腳手架支撐體系

圖14 浦東新區文獻中心鋼結構工程卸載監控

圖15 上海浦東新區文獻中心竣工圖

榮譽表彰

2008年1月31日，中華人民共和國住房和城鄉建設部以“建質[2008]22號”檔案發布《關於公布2005-2006年度國家級工法的通知》，《鋼結構支撐體系同步等距卸載工法》被評定為2005-2006年度國家二級工法。