长沙大王山冰雪世界项目利用百米深坑作为依托进行建造，地形地质复杂，其结构形式为钢混组合结构。屋盖部分由竖向钢管混凝土柱、主桁架、次桁架及环桁架组成的一个重型空间网格结构(见图1)。钢屋盖作为上部屋顶水乐园的结构支撑，承担30kN/m²的恒荷载和5kN/m²的活荷载。由于承担的荷载较大，对钢管柱基础的地基承载力要求高。

　　 在设计过程中，编号为CP-6的钢柱位于岩壁区域，该钢柱由4根1 100×25钢管组成格构式钢管柱，内灌混凝土。根据地勘报告，该钢柱下部基础岩石类别为IV类围岩，地基承载力特征值为0.8MPa。该格构式钢管柱承担上部全部荷载所需地基岩石承载力特征值需达到2.5MPa，现有岩石承载力不能满足设计要求。

　　 设计方案提出两种处理方法:(1)对原有地基进行加固处理;(2)对该钢柱上部荷载进行卸载处理。由于该钢柱所在位置地形环境复杂，对地基加固处理难度非常大，经过技术讨论及经济测算，确定采用钢柱卸载的处理方案。设计步骤如下。

　　 1)先安装该钢柱，使钢屋盖形成一个稳定的结构体系。

　　 2)在该钢柱承担自重荷载的情况下，将该柱断开进行卸载处理，释放钢柱内力。

　　 3)浇筑屋盖上部混凝土，将屋盖上部恒荷载分担到两侧的钢柱上。

　　 4)待施加完恒荷载后再将该柱连接上，以承担后续屋盖上部施加的活荷载。

　　 在钢柱自重卸载过程中主要利用支撑胎架作为卸载支撑，利用液压千斤顶进行分级卸载，逐步将该钢柱已承担的力分担到两端的钢柱上，改变了原结构的受力模式。通过多方论证，明确钢柱的卸载方法及限位装置，确保实施过程结构的安全稳定性，如图2所示。

　　 1)第1步钢柱安装完成后，在钢管内浇筑混凝土至卸载部位以下400mm位置，并确保切割部位以上钢管内未浇灌混凝土。

　　 2)第2步在格构式钢管柱连接缀板位置开设工艺孔，便于靠内侧钢管柱切割。

　　 3)第3步安装支撑胎架及液压千斤顶，作为卸载过程支撑点。

　　 4)第4步进行钢柱第1次初步切割，切割高度10mm，避免一次切割到位导致切割位置焊缝过宽。

　　 5)第5步切割完成后采用液压千斤顶卸载桁架，按照10%,20%,40%,60%,80%,100%分级卸载。

　　 6)第6步根据卸载后钢柱的下挠度进行钢柱第2次调整切割，根据计算切割值为35mm。

　　 7)第7步进行桁架上部混凝土楼板浇筑，将施加的上部恒荷载分担到两侧钢柱上。

　　 8)第8步钢柱焊接吊耳及安装葫芦，用于水平力作用下钢柱切割部位上下错位的调节措施。

　　 9)第9步钢柱调整对接，重新焊接上并进行探伤检查，以承担后续施加的活荷载。

　　 10)第10步将开设的工艺孔焊接上并拆除支撑胎架等相应的措施。

　　 11)第11步浇筑钢管内混凝土，在连接部位重新进行涂装。

　　 整个卸载过程主要分为3个阶段进行。

　　 1)第1阶段先在桁架下部布置3组支撑胎架，第1组支撑胎架顶部设置2组500t千斤顶，第2组支撑胎架顶部设置4组500t千斤顶，第3组支撑胎架作为保护性支撑胎架，顶部与桁架下表面脱开，保持30mm间隙，千斤顶与桁架下弦杆表面紧密贴平。完成支撑措施后，对钢柱进行切割，释放钢柱内力，将内力转移至相邻钢柱及支撑胎架上。切割过程，全程进行桁架变形检测及保护性支撑胎架顶部与桁架间隙的变化观测，以防突变，如图3所示。

　　 2)第2阶段将钢柱切割断开释放完内力后，对支撑胎架顶部液压千斤顶进行同步分级卸载，将支撑胎架承担的竖向力分担至两侧钢柱上，如图4所示。

　　 3)第3阶段支撑胎架卸载完成后，浇筑桁架上部屋盖混凝土;待恒荷载全部施加完成后将钢柱连接上，以承担后续施加的活荷载，如图5所示。

　　 根据不同施工过程进行模拟分析:第1施工过程为安装后的钢柱受力情况及卸载后的位移情况，第2过程为混凝土浇筑后钢柱的受力情况(假定钢柱断开部位固定)及位移情况，具体分析结果如表1所示。

　　 根据分析结果，钢柱受力及变形控制主要在第2过程。该阶段由于钢柱断开，实际未承受内力，但产生自由变形，出现较大竖向变形和水平变形，最大错边量达到22mm，因此不仅需要对钢柱卸载的竖向变形进行控制，同时也要对钢柱水平变形进行有效控制。

　　 1)在桁架中部设置2组胎架作为卸载胎架，并在顶部设置6组500t液压千斤顶，并布置好控制器，进行分级卸载操作。

　　 2)在卸载钢柱近端布置1组保护胎架，此胎架仅作为防止钢柱在切割过程中失效的应急安全措施。

　　 3)在胎架两侧各布置1台70t汽车式起重机，用来安装胎架和千斤顶。

　　 卸载所用支撑胎架选用标准化胎架，主管截面为PIP219×12，胎架高度为25.7m。胎架上部支撑在主桁架节点区域，下部设置在混凝土梁上方。

　　 根据计算，支撑胎架所需承载力最大为3 823kN，本支撑胎架高度为25.2m时，单点承载力为4 200kN，支撑胎架承载力满足要求。

　　 使用2台70t汽车式起重机吊装支撑胎架，支撑胎架长度约25m，拼装成2段进行吊装，质量分别15.6t和14.8t，汽车式起重机在半径10m，臂长35m时的起重量20.5t，满足吊装要求。

　　 根据模拟分析，钢柱下挠45mm，考虑模拟分析和实际施工的偏差，为了避免一次性切割全部下挠量导致对接焊缝过大，钢柱共分2次切割，第1次根据模拟值切割10mm，第2次切割35mm。在第1次切割钢柱及胎架卸载后，观测钢柱卸载变形的实际值偏差，进行第2次切割，并对切割值进行修正。

　　 钢柱切割时，遵循由内而外、对称切割。作业工人在内部切割时，受到内部空间限制，需分4个批次进行切割，钢柱外侧采用4组作业人员同步对称作业。切割顺序如图6所示。

　　 钢柱卸载因偏转而产生较大水平位移，要在钢柱周边布设足够数量的限位板，根据模拟分析偏移原则，每个区域的限位板限位做法不同，需明确区域限位板固定方法。

　　 钢柱切割过程采用码板进行水平位移限制。安装有12组限位板，限位板尺寸为PL20×150×600，限位板间距为160mm，确保焊接空间。每根钢柱设置3处限位板，钢柱在水平偏移时，通过每个节点区域的限位板焊接位置，能更加有效加强限制措施。限位板平面及立面如图7所示。

　　 卸载时钢柱四周采用码板固定，根据钢柱相对变形趋势确定码板焊接位置。有胎架未浇筑混凝土楼板时，水平反力值最大约95kN。提取出码板和柱壁局部模型进行计算分析。计算结果表明，卸载时限位板的应力和偏移值均满足要求。

　　 在钢柱切割完成后，通过液压千斤顶对桁架进行同步卸载，千斤顶顶部设置2块800mm×40mm的钢板扩散应力，防止桁架局部受力产生变形，2块钢板接触面需打磨平整，涂抹黄油，释放千斤顶水平力，如图8所示。

　　 根据计算结果，支撑胎架单点受力最大值为3 823kN，液压千斤顶选用6组个500t千斤顶。

　　 液压泵源系统为液压千斤顶提供液压动力，在各种液压阀的控制下完成相应动作。在不同的工程使用中，由于布置都不尽相同，为了提高液压设备的通用性和可靠性，泵源液压系统的设计采用了模块化结构。根据布置以及数量和泵源流量，可进行多个模块的组合，每套模块以1套泵源系统为核心，可独立控制1组液压千斤顶，同时可用比例阀块箱进行多点扩展，以满足实际工程的需要。

　　 数据传感系统提供整个工程施工中各主要数据的测量及收集。本工程中，主要采用以下两种传感器进行工作:在千斤顶上安装压力传感器，得到单台提升器的工作压力数据反馈;在千斤顶上安装行程传感器，得到单台千斤顶的行程数据反馈。

　　 采用行程及位移传感监测和计算机控制，通过数据反馈和控制指令传递，可实现全自动同步动作、负载均衡、姿态矫正、应力控制、操作闭锁、过程显示和故障报警等多种功能。操作人员可在中央控制室通过液压同步计算机控制系统人机界面进行整个过程及相关数据的观察和(或)控制指令的发布。

　　 卸载设备安装，千斤顶就位;并将千斤顶预顶紧，顶至千斤顶顶面与梁底紧密接触，且千斤顶压力表出现数值，待千斤顶压力值达到设计数值后，锁紧油泵，确保拆除柱顶支墩时千斤顶油缸不回油。

　　 根据理论值的大小卸载10%,20%,40%,60%,80%,100%，卸载时控制好流量，外侧卸载的速度为内侧的2倍。同时注意卸载时的压力变化，超过10%停止卸载，单独调整相应点以满足设计要求后再卸载。卸载前记录好位移数值，卸载过程中密切注意各点位移值的变化情况，观察悬挑结构的变形情况。如符合设计要求，再停留观察1h后方可继续卸载。

　　 屋面混凝土浇筑完成后，钢柱断开位置产生一定的错边，为保证钢柱传力平稳，对钢柱连接段进行调整。钢柱调整段长度为2m，由4根1 100×25钢柱组成，调节段质量约为6t，为保证在吊装过程中的安全性，选择4个5t葫芦作为固定措施，在满足载重要求的同时，满足调节段钢柱角度调整要求。具体做法如下。

　　 1)在混凝土浇筑前，根据第1次卸载变形量和模拟值比对，确定第2次卸载量，在柱下端割除。

　　 2)钢柱全部卸载完成后，在钢柱的变截面段和调整段焊接吊耳，并采用4个5t葫芦拉紧，然后开始切割调节段上端。

　　 3)通过葫芦调整，对接钢柱，使其每根钢柱能进行较好对接匹配，钢柱调整实施如图9所示。

　　 4)调整到位后，采用码板临时固定，进行钢柱焊接，先进行下端焊接，再进行上端焊接。

　　 5)探伤，切割耳板，卸载过程完成。

　　 钢柱焊接时，遵循由外而内，对称焊接。钢柱外侧采用4组作业人员同步对称作业，焊接完成后进行探伤。

　　 在本工程中由于地质及地形的原因，导致CP-6主钢结构柱不能完全承担上部恒荷载与活荷载的组合力，需要对该钢柱的恒荷载进行卸载处理。本工程创新性地采用主结构柱卸载的施工方法，顺利地处理了设计过程中地基承载力不足的技术难题，施工过程安全顺利，效果良好，获得了业界的一致好评。