某体育场工程总建筑面积约6万m², 东西长约245m, 南北长约296m, 建筑高度为47.5m (见图1) 。最外圈20个楼梯结构和32根劲性柱作为上部钢结构的支撑点。钢结构屋架主要材料为Q345B钢管, 由主桁架和环桁架、腰桁架及钢支撑组成, 主桁架支承于下部混凝土劲性柱。

本工程钢结构屋架根据构件形式及受力体系划分为主桁架 (ZHJ) 和径向桁架 (JHJ) 。结合主桁架支座布置, 布置临时支撑 (见图2) 。

根据各主桁架最不利点进行计算, 临时支撑主肢采用└125×12, 缀条采用└75×6, 截面为 1.2m×1.2m, 支撑反力设计值为630kN (见图3) 。

临时支撑穿越看台直接作用于地面承台。

在看台上设置转换桁架将支撑反力传递至结构梁 (见图4) 。

针对方案2选取临时支撑反力最大的一跨区域作为计算模型 (见图5) , 利用MIDAS/ Gen计算软件进行分析。

计算分析可得: 转换桁架最大变形为-7mm, 最大应力比为0.5 (<1) , 承载力满足要求。框架梁端部最大弯矩为1 205kN·m (大于混凝土梁最大承载力1 140kN·m) , 最大应力比为0.6 (<1) , 框架梁承载力满足要求。

由计算可知, 在最不利支撑反力途径下, 看台混凝土梁无法满足临时支撑反力传递的荷载要求, 故不能全部采用方案2进行临时支撑设置。通过对比分析, 应采用进度快、对结构受力影响小的方案1。

施工钢结构屋架前, 需对临时支撑底部进行加固验算, 并结合验算结果进行处理, 防止临时支撑倾覆。

处理地基前, 对地基进行几组堆载试验, 监测地基承载力。

经过实验室检测, 根据浅层平板荷载试验分析, 所测基础点的抗压极限承载力为90kPa。对地基进行2种处理:当反力<300kN时, 采用 2.5m×2.5m×0.5m混凝土基础, 共63个;当反力>300kN时, 采用3.2 m×3.2 m×0.5m混凝土基础, 共21个。

每组临时支撑顶部设置转换平台, 在转换平台上施作支撑措施。

由2榀倒三角桁架、连系构件及V形撑组成, 共16榀。在桁架悬臂端下弦设置2个临时支撑。

JHJ为径向桁架, 共13榀, 每榀桁架设置4个临时支撑。

为进一步加强支撑体系的强度, 同时考虑现场高频率的大风荷载, 临时支撑格构柱辅以缆风绳, 以加强支撑体系的侧向稳定性。每根格构柱拉设4根缆风绳 (见图8) 。

通过合理设置临时支撑, 并利用原V形柱作为端部支撑, 可有效减少支撑的使用, 不仅节约了临时支撑的费用, 同时还加快了施工进度, 经济效益好, 适合推广应用。

根据各临时支撑受力情况不同, 采用多种软件进行合理分析, 确定拆除卸载顺序、分级卸载;过程中对变形数据进行收集, 确保卸荷安全。

钢结构卸载前, 需完成的工作内容如下。

1) 主桁架、次桁架、墙桁架及环桁架等主结构焊接完成。

2) 上、下弦等位置的补缺杆、连系杆安装焊接完毕。

3) 与混凝土主结构相连的撑杆、销轴连接点等安装完毕。

4) 经监理、业主各方联合检查合格并同意卸载。

卸载分区的划分原则是按应力大小 (下部有无混凝土结构支撑) 、在应力较小的点进行划分。卸载原则为:在整个屋架上, 先卸载临时支撑承载力较大的分区, 再卸载承载力较小的分区;在结构挠度较大区域, 分多级卸载支撑反力较大的点。

通过计算机模拟分析, 并考虑卸载的可行性和安全性, 屋面钢结构体系采取分区、分级、同步、对称的原则卸载。

1) 本次卸载变形为下挠变形, 主要结合整体屋架体系分析辨识出关键和薄弱构件进行变形监测。

2) 提前在辨识出的构件位置安装力学监测点, 并进行初始记录, 根据分级监测的卸载方案逐级监测。

3) 整个屋架结构在卸载过程中处于弹性状态, 且应力没有大的变化。按此卸载方案卸载, 支撑反力逐级下降, 支撑反力最大值小于支撑设计值且结构应力没有大的变化, 因此此方案合理可行。