YJGF161-2006

1.前言

近些年国内建筑钢结构技术发展日新月异，钢结构被广泛的用于高层、超高层建筑以及大跨度的工业厂房、体育场馆的建设中。许多大跨度及复杂钢结构的施工，采用临时支撑体系、空中组装的安装工艺，在结构组装完成后拆除临时支撑的施工方案。在拆除临时支撑过程中，支撑与结构的受力状态发生根本变化，由临时支撑受力转换到结构自身受力。在大体量钢结构工程中，临时支撑最大所承受的支座反力往往在成百上千吨。

在临时支撑搭设前，进行严谨的全过程施工工况模拟计算分析，根据计算结果科学合理的设置支撑点、选择支撑体系搭设方案及对支撑体系卸载工艺方法，同时在施工中周密细致的组织管理，是结构受力体系由临时支撑受力向结构自身受力平缓、安全过渡的重要环节。

在国家重点工程“国家游泳中心”“延性多面体钢框架结构”钢结构施工中，施工单位根据计算机全过程模拟演算分析，使用手动螺旋千斤顶，采用同步等距的卸载工艺，对承载重量为6700吨的支撑体系进行了卸载，安全高效的完成了钢结构的施工任务。

该工法施工技术是“国家游泳中心新型多面体空间刚架结构施工技术研究”核心技术之一。2007年5月16日，在北京市建委组织并主持召开了“国家游泳中心新型多面体空间刚架结构施工技术研究”科技成果鉴定会上，专家一致认为“该项目施工综合技术达到国际领先水平”。

2.特点

2.1结构安全性好。小行程等距多步卸载，卸载过程中杆件内力变化平缓，避免了应力突变。

2.2 成本低，环保性好。采用手动螺旋式千斤顶，经济、简单、实用，较计算机中控液压式千斤顶的费用大幅降低，同时无能源消耗，无污染。

2.3工艺操作简便。易于施工人员掌握操作要领，保证卸载行程的良好控制。

2.4 利用数据处理与反馈技术指导施工，同时施工措施受力部位进行实体受力试验使施工准确、确保安全。

2.5采用手动螺旋式千斤顶,操作直观动作准确。

3.适用范围

本工法适用于各种钢结构类型的多支点大跨度不钢框架及钢网格结构支撑体系的卸载。

4.工艺原理

在钢结构安装前，根据钢结构平面形状特点和下部结构允许的支撑条件进行钢结构安装临时支撑体系的布置和设计。支撑体系通过工况模拟计算确定，并根据受力情况进行支撑体系设计。在钢结构安装、焊接完毕并验收合格后，进行统一卸载。采用同步等距离将所有卸载支撑点下移，使千斤顶随着逐级卸载逐步退出工作，实现钢结构平缓的达到设计受力状态。

5.工艺流程及操作要点

5.1工艺流程

结构施工验收→卸载前施工准备→非卸载点千斤顶下降→预卸载→正式卸载一个行程→检查各项情况并记录→卸载过程中构件应力、支撑体系位移监测→进行下一行程卸载→逐级完成最终卸载

5.2操作要点

5.2.1卸载前施工准备

1、卸载点千斤顶设计布置

千斤顶选择手动螺旋式千斤顶，规格根据计算机模拟演算确定。

2、卸载支撑点的试验与检查

1）卸载支撑点的试验

根据计算机模拟计算受力结果，设计打设卸载支撑点脚手架。卸载支撑点分3种形式搭设。

第一种9根间距为600mm单立杆组成为塔架，承受4t以下重量的荷载，横杆步距为1200mm，见图5.2.1-1；第二种为16根间距400mm单立杆组成为塔架，承受4t以上、9t以下重量的荷载，横杆步距为600mm见图5.2.1-2；第三种为32根间距400mm双立杆组成塔架，承受9t以上重量的荷载见图5.2.1-3。按设计搭设形式检查支撑体系搭设形式与荷载是否相匹配。

图5.2.1-1 荷载4吨以下支撑架详图

图5.2.1-2 荷载4吨-9吨支撑架详图

图5.2.1-3 荷载大于9吨支撑架详图

2）对三种支撑点进行1：1实体加载试验。

针对每种支撑形式进行加载试验，加载由9KN到600KN，三种形式支撑符合卸载需要，见图5.2.1-4

图5.2.1-4支撑架加载试验图

2、卸载过程组织及人力安排

卸载由总指挥统一指挥，采用对讲机。对每个卸载点千斤顶均需划出下移刻度线（每格5mm），严格控制千斤顶下降行程。见图5.2.1-5。

图5.2.1-5 卸载组织结构图

总指挥负责现场统一指挥，一次卸载5mm。现场操作管理人员按区域划分，每个卸载点设二名操作人员，管理人员每人负责2—3个卸载点，各自对责任区内的卸载点进行观测，如有问题及时与指挥人员联系。卸载过程中对应力比较大杆件的焊缝进行重点监测，设置监测总控制中心，集中实时监测相关杆件应力、位移，为整个卸载过程的决策提供真实有力的数据。

3、卸载之前对所有参加卸载的管理和操作人员进行技术、质量、安全交底，保证卸载的精度和施工人员的安全。对所有参加卸载的施工人员提前进行模拟训练。即由现场总指挥统一指挥，规定下降速度，所有施工人员按照口令在各自的区域进行千斤顶的模拟下降。

4、卸载前对所有节点、卸载点千斤顶及支撑平台逐个检查，千斤顶重点检查规格及行程是否能够满足要求。为防止意外情况发生时千斤顶弹出伤人，事先将千斤顶绑固主体钢结构上。

5、支撑点反变形措施

为保证支撑点受力均匀，需要在卸载千斤顶顶面节点之间垫一块厚20mm、300*300mm的钢板详图5.2.1-6： 

图5.2.1-6 千斤顶措施图

6、在卸载前将非卸载点部位千斤顶高度下降20mm，观察24小时，无异常情况后拆除。

5.2.2预卸载

为能够进一步了解承重结构的变化情况，在卸载前一天进行预卸载，千斤顶行程5mm，预卸载完毕后对卸载部位承重架的变化情况，千斤顶的下降高度，结构焊缝的质量情况及屋架挠度的变化情况进行一次全面的检查。各项检查合格无误后，才可进行正式卸载。

5.2.3 同步等距卸载

卸载时采用同步等距的方法，每个卸载行程为5mm，事先要在千斤顶上用油漆喷涂5mm间距格，卸载时统一指挥操作人员每次下降一格，卸载操作如图5.2.3-1：

图5.2.3-1 千斤顶操作图

卸载做到同步性，且在一个行程完毕后，各个工位操作人员应该通知指挥员。监测确认监测杆件应力、位移无异常后，通知总指挥，再统一进行下一个行程的卸载。见图5.2.3-2。

图5.2.3-2 过程检查记录图

5.2.4检查各项情况并记录

在每一个卸载行程完毕后，各个工位操作人员应对各项目重新检查无误后，记录卸载过程控制资料，等候进行下一行程卸载。

5.2.5卸载过程监测

为了对结构在卸载过程中的安全状况进行评估，应对大应力杆件的应力－应变进行监测。

卸载监测是对构件的安全性进行评定，采用光纤光栅应变传感器实时跟踪测试现场卸载时的数据，将其与材料设计强度进行比较，确定其安全水准。为屋盖的卸载提供安全评估并对不利情况提供现场预警，预警指数为0.9（按照设计要求）。见图5.2.5-1、图5.2.5-2。

监测杆件的选择根据钢结构安装方案、卸载工况选择实际应力值较高的杆件作为监测对象，并与设计方共同确定。

图5.2.5-1 传感器安装图

图5.2.5-2 数据监测与反馈图

5.2.6卸载数据比较

通过利用计算机模拟演算技术，我们科学的组织了国家游泳中心的卸载工作，其结果完全符合设计要求。卸载数据如表5.2.6-1，表5.2.6-2。

表5.2.6-1 杆件应力监测对比表

 表5.2.6-2结构自挠尺寸观测对比表

根据图纸要求下弦标高23.526m，卸载完成后，屋面下弦标高最小值为23.445m，因此屋面标高下降最大值为81mm，作为观测下挠值的依据，远低于设计计算的自重荷载挠度245mm，满足设计要求。

5.2.7注意事项

1、在卸载过程中对群顶的下降高度进行检查，看是否满足规定下降的数值，有无多降或少降的情况发生。

2、千斤顶的受力情况，有无卡死未降或降值过大的千斤顶，如有及时更换调整。

3、承重架支撑情况，有无弯曲变形的，如有变形的承重部位必须及时做补强处理。

4、检查卸载部位钢构件的焊缝是否存在因卸载产生裂纹现象的部位，如有将立即调整该卸载部位的千斤顶的行程或更换该部位的千斤顶，并修补撕裂的焊缝。

5、所有施工人员必须严格按照施工程序进行群顶的卸载，按照同时、等距的原则，按照规定数值进行循环卸载，每卸载一个5mm行程各个操作人员向指挥人员汇报自己卸载点的情况，确认5mm卸载完成，再统一进入下一个5mm卸载的进行。

6、当卸载到设计规定值时，观测千斤顶是否退出工作，如果卸载过程中，出现个别卸载点挠度增加，千斤顶行程不够的情况，应通知指挥人员，暂停卸载，再次计算位移值，对继续卸载是否安全进行核对，确认无误后，更换千斤顶，继续卸载。

6、设备选用

除脚手架支撑体系外，卸载中需要的材料和设备主要有：千斤顶、千斤顶上下支撑钢板，应力、应变、位移监测设备、对讲机等。考虑在施工过程中，千斤顶在屋架安装过程中长期处于受力状态，液压千斤顶将出现回油现象，这样将对结构受力的整个过程控制不利，所以选用螺旋千斤顶。千斤顶的性能选型，根据卸载点最大支点反力，按《钢网格结构设计与施工规程》中规定，取0.6-0.8的折减系数后确定。

对讲机配备数量依据卸载点数量确定，每个卸载点一台。

7.质量控制

7.1监测控制

卸载前对所有卸载点标高进行测量，从中选出9个点作为卸载过程监测点，将监测点卸载前、卸载过程中、卸载后的绝对标高值随时监测，作为屋面下挠控制数据。

对受力较大杆件需进行应力、应变实时监测，应分别选择拉、压杆设计应力较高的杆件进行监测。监测点布置图如下：

图7.1 监测点布置图

7.2 控制标准

卸载中结构杆件内应力比不超过0.9 ,卸载后结构自挠值不超过245mm。

7.3操作管理控制要点

7.3.1 卸载实施中作到高度集中的统一指挥和严谨认真的具体操作。

7.3.2 卸载前进行精密细致的前期准备，组织所有参与人员对实施方案和应急预案进行详细交底。

7.3.3安排模拟训练，根据模拟中反映的问题进行必要的完善和调整。

7.3.4 准备应急人员及需要的备用千斤顶等设备，对于应力检测设备须预备不间断电源。

7.3.5 正式卸载中严格执行操作规程和记录，及时反馈信息，听从总指挥统一指挥。

8、安全措施

8.1卸载前，通告所有现场内施工单位及个人；清理现场，除卸载操作及指挥人员外，其它不相关人员不得进入卸载区；卸载区以下架体用警戒线封闭，防止意外。

8.2不同反力的点位标注清楚，实际放线准确。卸载前应严格检查千斤顶的工作性能、卸载点下支撑架的情况。若发现千斤顶“带病工作”应立即更换，其中扣件式脚手架应特别注意步距的设置、上部平台钢板、工字钢的摆设；安德固脚手架应特别注意独立塔架的步距保证、与周边架体的拉接、上部工字钢的型号及摆设方法。

8.3仔细检查钢结构自身的焊接情况，卸载区域及计算工况中假定需要满焊区域的结构是否已经形成了稳定体系，没有漏焊；焊接部位是否已经100%通过自检及第三方检验。

8.4在卸载过程中，禁止随意拆除脚手架的基本构架杆件，以防止破坏脚手架的整体性，卸载过程中需要拆除的部分杆件必须经主管人员同意，采取相应的补救措施，方可拆除。

8.5所有施工人员进入施工现场必须戴好安全帽、系好安全带，穿好防滑鞋.工人在脚手架面上作业，必须挂好安全带，为防止意外情况，卸载人员的安全带要挂在主钢结构上。在任何情况下，严禁从架上向下抛掷材料及其他物品.

8.6在每步卸载作业完成之后，必须将架上剩余材料物品移走，清理脚手架面上的多余物品防止坠落伤人。

8.7 卸载前对所有千斤顶的性能进行检查，同时为防止发生意外情况时，千斤顶飞出伤人，先将每个千斤顶与主体钢结构连接固定。

8.8 卸载时切断除监测电源外的所有电源。

8.9 在卸载过程中，注意观察结构支座位移变形、异常响动等异常现象，以及恶劣天气停止卸载。

8.10卸载过程中监测记录应力比变化较大，应暂停卸载，进行计算，确认无误后继续卸载。

9.环保措施

本工法采用螺旋式千斤顶无噪音，对环境无影响。

10.效益分析

采用螺旋式千斤顶与液压千斤顶对比，手动螺旋式千斤顶较液压千斤顶费用低，成本低，总费用相差1590782元。两种方法经济比较见表10。

11.应用实例

国家游泳中心项目、上海文献中心项目、中央美术学院展厅均采用等距多步的卸载方法，卸载后结构下挠值均满足设计要求，取得了良好的效果。

国家游泳中心主体钢结构是基于“泡沫”理论，对自然界泡沫在三维空间进行有效分割而形成的“延性多面体钢框架结构”，其结构体现了“水晶体”的概念。该工程钢结构是对十二面体和十四面体在空间组合堆积后，进行有效分割、扭转而形成空间结构。主体钢结构节点在空间分布规律性差，杆件与节点围合形状很不规则，造成节点杆件构造复杂多样、非标准。结构形式前所未有，整个结构外形为立方体，结构化卸载点布置在下弦平面，下弦平面球节点总数1400个，其中卸载点135个，总体用钢量6700吨。如图11-1：

图11-1 国家游泳中心结构图

浦东文献中心主楼钢结构工程是82.5米*82.5米的箱形立体交叉斜拉结构，其最大边梁悬挑长度为37.5米，并将桥梁拉索的理念溶入民建建筑中，设计新颖独特。总体用钢量6700吨。卸载采用128点支撑，卸载总重量12000吨（含楼板），如图11-2，图11-3，图11-4：

图11-2浦东新区文献中心钢结构工程脚手架支撑体系

图11-3浦东新区文献中心钢结构工程卸载监控

图11-4 上海浦东新区文献中心竣工图