0 引言

　　随着国家大型场馆类建筑的逐步建设，大空间建筑通常采用钢结构桁架来实现。预应力四弦凹形桁架结构因桁架受力稳定的特点，越来越多地应用于工程中。在大跨度钢结构建筑中常遇到预起拱及安全卸载问题，有效保证桁架的安全平稳卸载是桁架安装成型过程中最重要的工序。以国家会展中心(天津)一期工程展馆区大跨度预应力四弦凹形桁架为例，进行卸载研究及工程实践，详细介绍逐榀施工、连成3榀后逐榀卸载的施工技术。

　　1 工程概况

　　国家会展中心(天津)一期工程位于天津市津南区，建筑面积47.86万m²，主要由展厅、交通连廊、中央大厅组成。钢结构材质为Q355B，总用钢量约11万t。

　　实施卸载的区域为展厅屋盖，共计16个。屋盖桁架结构设计采用四弦凹形钢桁架，共9榀，倾斜腹杆采用75～125预应力钢拉杆，每2个展厅共用1个屋盖，单跨跨度84m，屋盖尺寸为186m×159.7m，高23.28m，总重4 700t;两侧由A类铰接、B类刚接的人字柱支撑，在满足受力变形的基础上体现设计的简洁性(见图1)。

　　图1 四弦凹形钢桁架屋盖结构 

　　本钢结构屋面大跨度四弦凹形9榀桁架共由36个A,B两类人字柱支承。单榀桁架，重约516t，地面拼装及吊装宽度为15.7m，高6.75m。因此，保证地面拼装工程中的预拱度及安装过程中支撑的稳定性是安装质量控制的重点。

　　2 吊装方案选择及施工重难点

　　通过数值模拟，对比分析分段吊装、高空平台滑移和液压提升3个方案的可行性和经济性，最终选择地面分段拼装、履带式起重机吊装、高空补空的施工方案，分段吊装如图2所示。

　　图2 桁架安装分段及质量 

　　桁架卸载施工过程是结构受力状态从多个格构支撑受力向两端支座支撑受力的转变。本工程卸载施工重难点如下:(1)四弦凹形桁架结构复杂，卸载过程中构件应力随时间变化，计算分析工作量大;(2)单榀桁架多个支撑同时卸载，须使用大吨位千斤顶，设备布置困难;(3)整体卸载支撑使用量较大，需根据计算分析确定合理的卸载过程。

　　3 卸载方法确定与模拟分析

　　3.1 卸载方法选择

　　桁架卸载是结构体系从临时支撑受力到桁架结构集中受力的过程，是桁架施工中最重要的环节，确保其安全性及结构体系受力平稳过渡是施工重点。本工程中钢结构主体工程为项目施工进度的关键工序，其紧后工序为幕墙及屋面工程，桁架卸载过程对工期影响非常大。

　　为保证桁架结构的部分整体性及受力变形稳定，结合本工程四弦凹形桁架特点、临时支撑设置及施工段划分，依据“分区、分节、等量、均衡、缓慢”的原则，最终采用“保证4榀桁架屋盖全部连接完成后，逐榀安装，逐榀卸载”的方案。

　　3.2 卸载顺序及流程

　　本工程卸载方案遵循“过程中结构受力与变形协调均衡”的原则，即分区、分节、等量、均衡、缓慢。

　　如图3所示，在单榀桁架卸载过程中先卸载2个(1)支撑，此过程结构受力变化缓慢;完成后再卸载2个(2)支撑，此过程中结构受力变化很大，是控制的重点。在同一个屋盖下有2个展厅，另一个展厅卸载与上述卸载顺序同步进行，从而实现一个屋盖单榀桁架同步卸载。

　　图3 跨度84m桁架支撑卸载顺序 

　　部分桁架连接完成形成稳定体后进行卸载，并根据“逐榀安装、逐榀卸载”的原则，在保证结构受力稳定的前提下，使格构支撑的重复利用率达到最大。

　　3.3 卸载模拟分析

　　为确保卸载过程安全及结构体系受力合理，利用有限元软件MIDAS Gen对整个卸载过程中各类工况下桁架的应力和变形进行模拟验算。

　　以“在第4榀桁架安装完成后，对第1榀桁架进行卸载”的工况为例，建立展厅4榀桁架的安装模型。钢构件的尺寸与材质均按工程实际设置。

　　第1榀桁架卸载前后变形云图如图4所示，桁架跨中竖向位移卸载前后相差80.84mm，小于设计要求的预拱度105mm，最大应力为154.9MPa，预应力腹杆最大应力为66.6MPa，皆满足<295MPa的要求。同时，计算得出分步卸载中千斤顶最大反力为465.3k N，为后续工(器)具选择提供了依据。

　　图4 第1榀桁架卸载前后变形云图 

　　4 桁架卸载施工

　　4.1 桁架预拱度设置

　　根据设计图纸要求，跨长为84m的四弦凹形桁架跨中预拱值为105mm，施工中通过地面拼装预拱和支撑预拱相叠加的方式设置预拱度。

　　地面拼装胎架根据吊装分段两端预拱值之差和各部位的预拱值设置预拱，从而实现地面拼装桁架的预拱度。在支撑上部定位放线出预拱后桁架下部的标高，设置等厚钢垫板或型钢实现预拱。

　　4.2 卸载施工方案

　　针对施工现场2种下部支撑与桁架底部固定的形式，提出逐步抽离钢板、液压千斤顶同步卸载2种方法。因工程现场各区域同时施工，2种方法均在使用，但以逐步抽离钢板为主。

　　4.2.1 卸载条件确定

　　根据选定的卸载方法，确保工程现场桁架卸载前满足如下条件:(1)首榀桁架卸载前，前3榀桁架构件、桁架间连杆和钢拉杆全部安装完成;(2)所有钢拉杆张拉完成，所有焊缝焊接探伤完成;(3)所有连接节点(含构件(分段)之间)按施工图纸要求完成并经验收合格;(4)桁架安装、测量完成;(5)卸载区域所有临时定位板已拆除;(6)卸载期间气候条件良好，风力≤6级。

　　4.2.2 逐步抽离钢垫板卸载

　　该方法适用于桁架与支撑间设置多层等厚垫板的情形。具体实施方法为:在桁架与支撑间布置与有限元模拟相对应的千斤顶，固定后顶起，逐步抽离钢板进行卸载(见图5)。

　　图5 逐步抽离钢板卸载 

　　采取“千斤顶顶起，桁架与垫板脱离，多次循环，移除垫板”的方法实现桁架卸载。根据卸载工况模拟结果，得出支撑位置的卸载位移量，进而控制每次移除垫板的高度△H(或数量，每次卸载量控制在20mm)，直到移除某一步垫板后，结构不再产生向下的位移，方可拆除格构支撑。在支撑卸载过程中须监测变形控制点的位移量，若出现较大偏差(50mm)，应立即停止卸载，会同相关单位排查原因后方可继续进行。

　　重复第1步卸载操作，继续对桁架进行卸载。在卸载过程中确保结构整体受力变形平稳过渡，并做好各临时支撑的检查工作。

　　4.2.3 液压千斤顶同步卸载

　　将图5所示的千斤顶换成智能液压千斤顶，利用计算机同步控制多台液压千斤顶的上升、停留、下降工作，从而实现对桁架的同步卸载和精确控制。

　　具体实施方法为:根据支撑点反力计算确定液压千斤顶的型号，通过计算机控制千斤顶的上升、下降位移量，行程为3cm/s。为有效避免钢桁架内部应力剧烈变化，每次稳定后停留10min，待桁架变形稳定后进行下一步工作，控制卸载速度，保证卸载缓慢进行。

　　4.3 卸载监测

　　卸载前，检查各位置的反射贴片并对桁架整体数据进行测量;逐步卸载过程中，收集每次抽板或液压同步卸载的测量数据;桁架卸载完成后，每2h复测1次，直至下沉位移不再变化，后续按每2～3d复测1次直至不再下挠。

　　第1榀桁架卸载完成后，对测量数据进行分析，如发现偏差，须结合现场实际预拱情况，对后续预拱值进行微调。

　　4.4 监测数据对比分析

　　本工程共16个展厅，8个四弦凹形桁架屋盖。以最先完成的3,4号展厅为例进行分析，测点布置如图6所示，监测数据如表1所示。监测数据可为其紧后工序金属屋面工程施工提供依据。

　　图6 监测点布置  

　　表1 监测数据与理论数据对比分析 

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　　表1 监测数据与理论数据对比分析

　　本工程3,4号展厅首榀桁架卸载后测量数据比MIDAS Gen有限元分析的预沉值大19mm，经调查，主要原因为施工过程中格构支撑顶端未预留出因桁架自重导致的下沉量，其次部分预应力钢拉杆因受力体系变换出现应力不足。

　　在后续四弦凹形桁架施工中，对预应力腹杆进行卸载前补张拉工作，且在支撑顶端预留因桁架自重导致的下沉量，实现桁架安全、高精度卸载。

　　5 结语

　　本文阐述了国家会展中心(天津)一期工程展馆区四弦凹形桁架逐榀卸载的方法，对比分析了后期测量数据与理论数据，有效保证了整个卸载过程中结构体系合理转换。实践证明该方法安全可靠，实施性强。其特点主要体现在以下几个方面。

　　1)支撑循环利用相比于整体卸载，逐榀卸载中格构支撑可循环使用10次，重复利用率高，工程现场支撑数量少，工程成本投入低。

　　2)为其他专业提供有效工作面展馆工程交叉作业多，尽快卸载可为机电、幕墙、屋面等专业提供施工区域，加强场地的利用，保证了工期目标的实现。

　　3)保证结构体系转换缓慢进行采用逐榀安装、从第4榀开始逐榀卸载的方法可有效保证结构体系转换过程中受力和变形缓慢，保证了结构卸载安全。

　　4)优化施工措施将卸载测量数据与理论数据作对比分析，优化设置预拱值，保证卸载后结构平整度，为后续专业施工提供数据支撑及有效工作面，方便后续专业施工。