上海某展馆钢桁架结构卸载施工方案.docx
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上海某展馆钢桁架结构卸载施工方案
第一部分脚手架搭设施工方案
一、钢桁架施工方案概述
本工程建筑高度约17.4米，室内净高约10米，展馆建筑平面尺寸为192米×80米。
展馆屋盖钢结构由16榀鱼腹式钢管桁架组成，各桁架跨度约72米，之间采用插板式高强螺栓连接，整个屋盖桁架由南北两排钢柱铰接以承受重力，而其水平力由南北与东西向的抗风体系承受，结构的南北抗风体系中设计了水平、垂直预应力拉杆。
本工程钢桁架施工采用高空原位拼装的方法施工，在施工中需要设计临时支撑来完成钢管桁架的高空原位拼装施工。
作为桁架拼装施工过程中的临时支撑需要承受整个屋盖桁架的重量与施工荷载，屋盖桁架施工完成后再降落、拆除临时支撑，从而使结构存在一个由施工阶段受力转化成实际阶段受力的施工过程（结构卸载过程），是施工难点。
本工程施工采用的临时支撑形式：
在砼地面上搭设承重满堂脚手架支撑平台，并在支撑平台上安装桁架拼装用临时支撑，支撑点设置在每榀菱形钢架两侧的铸钢节点下面。
本工程钢结构施工采用的吊装机械：
展馆钢构件吊装采用300吨米塔机进行，零星钢构件吊装采用汽车吊进行。
二、满堂脚手架搭设
1、满堂脚手架搭设范围与形式
搭设范围：
结构平面投影范围，整体平台高度距离菱形架底部杆件0.5～1米，根据用途向上继续搭设成不同的形式。
（1）菱形架两侧承重支点位置搭设宽度1米、长度84米的排架，排架顶部横杆标高距离该节点标高1.05米，节点形式见下图所示，整榀桁架节点标高见附图。
整个排架顶面形成阶梯状，由现场控制好，立杆间距见下图，横杆间距1.5米，斜撑杆件根据相应规范设置。
以上支撑形式中需要根据实际情况对支撑千斤顶、支撑型钢进行临时侧向加固防止支撑千斤顶、支撑型钢失稳或移位，加固措施选用型钢与支撑点处型钢平台进行临时连接。
（2）菱形架底部满堂架搭设：
采用横杆步高1.5m，立杆间距为1.375m×1.375m的满堂架形式，斜撑、剪刀撑与水平剪刀撑根据满堂脚手架搭设相应规范设置，同时必须设置扫地杆；满堂架顶部标高距离菱形架底面0.5～1米，并满铺竹笆脚手板用于安全防护与施工人员行走，同时根据需要设置维护措施；见下图所示。
（3）相临菱形架节间脚手架的搭设：
每榀桁架的相临菱形架节间应搭设脚手架用于施工操作与菱形架之间连接钢管的临时固定。
菱形架轴线间距为3.75米，立杆间距1.375m×1.375m，短横杆间距1.5米，斜撑等杆件根据规范进行设置。
需要注意的是：
屋盖桁架的所有菱形架因之间存在连接杆件，并且由于标高不同，所以导致整体满堂脚手架搭设到菱形架底部形成阶梯状平台之后需要改变形式，采取井架结构形式向上继续搭设，该形式脚手架主要用于相临菱形架之间杆件安装施工。
脚手架搭设平面图如下图，总平面图见附图。
（4）满堂架在搭设过程中需要将抗风柱、桁架柱、幕墙柱等位置避开，并且应搭设临时固定架，固定架与周围满堂架连接可靠，同时应满足钢柱安装施工所需要的工艺空间，钢柱安装到位后再用短钢管对钢柱进行临时固定。
2.普通钢管扣件式支架（承重排架）的主要特点
（1）普通钢管扣件搭设的承重支架，竖向荷载是通过钢管支架顶部的横杆加载到立杆上的，而顶部横杆与立杆是通过十字扣件连接的，本工程中横杆的步距为1.5m，这种情况下扣件的抗滑承载力是最薄弱环节，也就是说支架的稳定承载力是由顶部承载的横杆与立杆间扣件的抗滑承载力决定的。
单个扣件抗滑设计承载力为8KN，双扣件（共同工作）抗滑承载力为12KN，本工程中顶部的横杆是纵横十字交叉设置的，是双扣件作用，为增强扣件的抗滑承载力在原有双扣件抗滑的基础上再增加一个扣件顶牢上部的双扣件。
（2）超高的钢管扣件支架，其下的基础非常重要。
本工程脚手架搭设于砼地面上，保证周边有有效排水措施，以防落地脚手架钢管腐蚀损坏导致支架倾斜失稳；在地下室顶面搭设的支架需对地下室结构进行同比加固（同承载力的支架，顶部加设可调托顶撑牢固）。
（3）超高承重支架必须严格按照JGJ130-2001J84-2001《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》的要求进行搭设。
搭设用的钢管与扣件材料必须有可靠的质量保证，扣件必须满足拧紧力矩的要求（40～60N·m），必须按规定采取保证支架整体稳定的构造措施，主要包括：
1）必须设扫地杆；
2）支架水平杆相互贯通使支架成为整体；
3）高于4m的支架，其两端与中间每隔4排立杆从顶层开始向下每隔2步设置一道水平剪刀撑；
4）支架四边与中间每隔四排支架立杆应设置纵向剪刀撑（双向），由底层至顶层连续设置。
3.支架承载力的复核
卸载千斤顶传来的荷载通过千斤顶下方的型钢分配到其下的四根水平杆上，再通过水平杆与立杆的连接扣件传递至立杆上。
（1）支架承载力
扣件式钢管（φ48×3.5）支架用扣件连接杆件，这种扣件节点在荷载作用下既具有相当的抗转动能力，又仍有微小的转角，是一种半刚半铰节点。
脚手架立杆稳定计算问题，实际上是一个节点为半刚性的空间框架稳定计算问题。
在略去施工荷载的偏心作用和扣件的偏心传力作用后，立杆稳定性的计算长度为立杆的步距乘以大于1.0计算长度系数μ。
立杆长细比λ=μh/i=1.8×1500/15.78=171，μ为考虑整体稳定立杆计算长度系数，此处偏于安全地取1.8。
考虑稳定（整体稳定与局部稳定）的立杆承载力：
N=ΨAfc=0.246×489.3×215=25879N
在顶部荷载的该传力的过程中共有12处双扣件参与抗滑承载，抗滑承载为8×1.2t＝9.6t。
增加安全保障的第三个扣件抗滑，按三个扣件共同作用的承载力为1.5t，扣件总抗滑承载力为8×1.5t＝12t。
因此本工程支架方案的每部千斤顶顶推力不大于10t是安全的。
（2）水平杆承载力
水平钢管的截面积为489.3mm2；
mm3；I＝121805.3mm4。
偏于安全地按单跨简支梁计算。
按横钢管承担36000N型钢传来的集中力，由于横管跨度为400mm，故按均布荷载计算。
；
，故需双横杆承担，为此采取将上下层横杆间加设一道竖杆，并在下一层的横杆上加设斜撑杆。
这样，横钢管的最大剪力为12000N，，抗剪满足。
综上可见，本支架方案安全可靠。
三、节点工期控制
按照业主要求钢结构开吊于2005年9月1日，主体完工2005年11月10日，卸载于2005年11月10日到11月20日完成，结合土建与钢结构施工工艺（土建先施工中间砼地板，钢结构吊装由中部向两边进行），两个展馆基本同步施工，各馆施工工期为：
5轴线到12轴线之间的满堂脚手架搭设应在2005年8月15日完成，1轴－5轴与12轴－16轴的脚手架搭设应在2005年8月22日完成，零星脚手架搭设依据钢结构吊装工艺与时配合搭设。
四、施工质量、安全
本工程施工采用满堂脚手架并局部形成承重排架作为支撑结构，所以脚手架搭设的质量直接影响到结构安装施工的安全问题，在施工中必须严格按照国家相应的规范进行搭设，钢管与扣件的质量必须满足规范的要求。
1、钢管的材质、规格要求
采用符合GB700《普通碳素结构钢技术条件》技术要求的A3钢，外表面平直光滑，无裂纹、分层、变形扭曲、打洞截口与锈蚀程度小于0.5mm的钢管，必须具有生产厂家的产品检验合格证或租赁单位的质量保证证明；钢管外径48mm、壁厚3.5mm的焊接钢管或无缝钢管。
2、扣件的材质与规格要求
扣件是专门用来对钢管脚手架杆件进行连接的，有三种形式：
回转、直角与对接；扣件应采用可锻铸铁制成，其技术要求应符合GB15831《钢管脚手架扣件》的规定，严禁使用变形、裂纹、滑丝、砂眼等疵病的扣件，所使用的扣件还应该具有出厂合格证或出租单位的质量保证证明。
在使用时，直角扣件和回转扣件不允许沿轴心方向承受拉力，直角扣件不允许沿十字轴方向承受扭力，对接扣件不宜承受拉力，当用于竖向节点时只允许承受压力。
同时在施工过程中避免出现不利的集中受力与冲击受力，也就说不应将重物抛向脚手架平台或冲击横杆、立杆等杆件，防止出现局部杆件损坏而导致局部失稳以影响整体安全受力。
脚手架在搭设过程中应严格按照国家最新规范的规定对扣件进行紧固，紧固力应达到50N·m以上以保证钢管连接的牢固可靠，进而确保满堂架的结构稳定、整体安全受力。
3、脚手架搭设完成之后，必须进行专项检查验收，合格后方可使用；验收合格的脚手架应悬挂合格牌，且在脚手架上明示使用单位、监护单位与相关责任人员；同时脚手架在使用过程中各种杆件、拉结与安全防护设施不能随便拆除，如要拆除必须经过相关负责人员同意。
4、脚手架钢管必须具有良好的接地装置，接地电阻不大于4Ω，
雷雨季节应按照规范设置避雷装置；遇到大风或大雾、雨雪等恶劣天气应暂停作业；严禁在脚手架上集中堆放钢筋、钢模板等重物防止局部破坏而导致满堂架失效；同时，由于本工程在施工中脚手架平台上满铺竹耙，而钢结构施工过程中需要进行焊接，所以必须在焊接、气割构件下方的竹耙上铺设防火石棉布、接火板等设施防止竹耙失火引起整个脚手架钢管失效或破坏，同时在每条支撑平台上设置灭火器等消防器材。
5、脚手架在使用中必须有可靠的供施工人员上下的通道或斜道，斜道坡度不大于1：
3，坡道必须每30cm设置一条防滑条，由于本工程采用的满堂脚手架高度大于6米，所以坡道采用之形斜道比较好，同时斜道需要设置栏杆并悬挂安全警士牌、拉设安全密目网维护。
6、搭设、拆除前必须对操作人员进行安全技术交底，在搭设过程中所有操作人员必须具有架子工上岗证，并严格按照相应安全施工操作规程进行施工，确保安全第一。
脚手架搭设必须按照国家最新规范进行施工、验收，同时按照规范做好安全防护、维护等设施以满足安全施工要求。
第二部分屋架卸载施工方案
一、卸载前的工作
卸载施工是基于整个屋盖同步进行操作，直到结构由施工阶段转化为实际受力阶段。
钢结构整体卸载前必须完成以下工作：
所有须安装的构件全部安装完成；
所有须焊接的节点全部焊接完成；
所有须灌浆节点强度报告达到要求；
所有须进行预应力张拉的构件张拉达到卸载要求；
所有须进行验收的节点、构件验收完成；
所有须进行测量的节点测量读数完成。
二、卸载步骤
根据计算分析，整体卸载分18步进行：
在1、3、5、7、9、11、13、15、17号菱形架下（菱形架两侧节点下，各点编号见后附桁架节点标高图纸）设置螺旋支撑千斤顶。
卸载过程中调整千斤顶的行程，实现支撑点位置的下降，并按照“逐渐逼近屋架在无支撑情况下的挠度曲线”的原则来控制支撑点位置的下降值。
在18步卸载过程中，每步各点卸载量具体控制指标见下表2-1、表2-2：
表.2-1每一卸载步骤中施加的卸载点位移下降值（mm）
卸载步骤
支撑点位置
1
3
5
7
9
11
13
15
17
1
0
0
0
0
-3
0
0
0
0
2
0
0
0
-3
0
-3
0
0
0
3
-1
-3
-3
0
0
0
-3
-3
-1
4
-1
-3
-3
-3
-3
-3
-3
-3
-1
5
-1
-3
-4
-5
-5
-5
-4
-3
-1
6
-1
-3
-4
-5
-5
-5
-4
-3
-1
7
-2
-5
-6
-6
-6
-6
-6
-5
-2
8
-2
-5
-6
-6
-6
-6
-6
-5
-2
9
-3
-6
-7
-7
-7
-7
-7
-6
-3
10
-3
-6
-7
-7
-7
-7
-7
-6
-3
11
-3
-6
-8
-8
-9
-8
-8
-6
-3
12
-3
-6
-8
-8
-9
-8
-8
-6
-3
13
-4
-7
-9
-11
-11
-11
-9
-7
-4
14
-4
-7
-9
-11
-11
-11
-9
-7
-4
15
-5
-7
-10
-12
-13
-12
-10
-7
-5
16
-5
-7
-10
-12
-13
-12
-10
-7
-5
17
-6
-9
-12
-15
-16
-15
-12
-9
-6
18
-6
-9
-12
-15
-16
-15
-12
-9
-6
说明：
（1）卸载步骤中，从第5步开始，每两步中施加的卸载点位移下降值是一致的。
（2）最终卸载完成后，不同榀桁架的挠度并不均匀，并且计算结果与实际施工情况会有所差异。
所以，卸载后期，不同榀屋架与支撑的脱开情况不尽相同；同时，施工至第18步骤时，实际情况与计算也会有所差异。
此时，各支撑反力已经很小，可按照第18步骤的措施继续降低各支撑点的高度。
表.2-2各卸载点位移累计值（mm）
卸载
步骤
支撑点位置
1
3
5
7
9
11
13
15
17
1
0
0
0
0
-3
0
0
0
0
2
0
0
0
-3
-3
-3
0
0
0
3
-1
-3
-3
-3
-3
-3
-3
-3
-1
4
-2
-6
-6
-6
-6
-6
-6
-6
-2
5
-3
-9
-10
-11
-11
-11
-10
-9
-3
6
-4
-12
-14
-16
-16
-16
-14
-12
-4
7
-6
-17
-20
-22
-22
-22
-20
-17
-6
8
-8
-22
-26
-28
-28
-28
-26
-22
-8
9
-11
-28
-33
-35
-35
-35
-33
-28
-11
10
-14
-34
-40
-42
-42
-42
-40
-34
-14
11
-17
-40
-48
-50
-51
-50
-48
-40
-17
12
-20
-46
-56
-58
-60
-58
-56
-46
-20
13
-24
-53
-65
-69
-71
-69
-65
-53
-24
14
-28
-60
-74
-80
-82
-80
-74
-60
-28
15
-33
-67
-84
-92
-95
-92
-84
-67
-33
16
-38
-74
-94
-104
-108
-104
-94
-74
-38
17
-44
-83
-106
-119
-124
-119
-106
-83
-44
18
-50
-92
-118
-134
-140
-134
-118
-92
-50
三、卸载细述
卸载步骤如下：
（每点每次卸载数据见表2-1）
第一步，由32个千斤顶操作工在现场统一指挥下对16榀桁架的9号支撑点同步卸载，即将32部千斤顶同步降落3mm。
第二步，由64个千斤顶操作工在现场统一指挥下对16榀桁架的7号、11号支撑点同步卸载，即将64部千斤顶同步降落3mm。
第三步，卸载共分为3次完成:
（1）由64个千斤顶操作工在现场统一指挥下对16榀桁架的5号、13号支撑点同步卸载，即将64部千斤顶同步降落3mm；
（2）由64个千斤顶操作工在现场统一指挥下对16榀桁架的3号、15号支撑点同步卸载，即将64部千斤顶同步降落3mm；
（3）由64个千斤顶操作工在现场统一指挥下对16榀桁架的1号、17号支撑点同步卸载，即将64部千斤顶同时降落1mm。
第四步卸载共分为5次完成：
（1）由32个千斤顶操作工在现场统一指挥下对16榀桁架的9号支撑点同步卸载，即将32部千斤顶同步降落3mm；
（2）由64个千斤顶操作工在现场统一指挥下对16榀桁架的7号、11号支撑点同步卸载，即将64部千斤顶同步降落3mm；
（3）由64个千斤顶操作工在现场统一指挥下对16榀桁架的5号、13号支撑点同步卸载，即将64部千斤顶同时降落3mm；
（4）由64个千斤顶操作工在现场统一指挥下对16榀桁架的3号、15号支撑点同步卸载，即将64部千斤顶同步降落3mm；
（5）由64个千斤顶操作工在现场统一指挥下对16榀桁架的1号、17号支撑点同步卸载，即将64部千斤顶同步降落1mm。
第五步到第十八步卸载过程同第四步一样，每步分5次进行卸载，每次卸载值见表2-1中每步各点的卸载值；即，先按照表2－1中第5步卸载值同步卸载第9号支撑点，然后卸载人员移动位置至第7、11号支撑点同步卸载，后面依次类推...但应尽量做到所有桁架相应位置之间卸载的同步性。
如前所述，施工至第18步骤时，桁架实际挠度与计算结果可能不尽相同。
此时，各支撑反力已经很小，可按照第18步骤的措施继续降低各支撑点的高度继续卸载。
应注意的是：
在桁架安装过程中需要在菱形架节点2、4、6、8、10、12、14、16号点下设置临时固定支撑，在桁架安装完成并准备卸载之前由中间向两端对称拆除临时支撑，之后进入卸载施工。
四、卸载速度控制
为了控制卸载速度，规定每转动螺旋千斤顶半圈（180度）为卸载行程的控制单元，应将其速度控制在15秒完成，待监测完成重新得到卸载指令后方可开始。
五、卸载量控制
根据测点，本工程选用的16吨千斤顶每转动一圈上升/下降4.5mm（转动360度），即每转动90度下降1.1mm，因此，各次卸载位移量应根据千斤顶的高度予以控制。
具体操作如下：
（1）测量未卸载前各螺旋式千斤顶螺杆的高度，并做好标记；
（2）掌握各次卸载位移量，并以螺杆转数为初步控制量，以测量的螺杆下降值为精确控制量，以不超过1mm为卸载量允许误差范围；
（3）每步卸载后，应结合测量卸载点的标高，以此作为下一次卸载误差调整的参考值。
六、排架监测
卸载过程中，应有人员全过程监测支撑排架，尤其应监测千斤顶下水平横管的挠度，当其大于15mm时应与时报告；同时应在地坪上监测排架立杆的垂直度，发现有异常情况与时报告。
七、结构监测
在卸载之前应在结构钢柱上设立测量标志，用全站仪和经纬仪进行卸载过程的全程监控，如发现个别钢柱向外偏移与其他钢柱不协调或差别比较大，应与时报告。
八、组织措施
钢结构整体卸载实行统一指挥：
（1）卸载前，对所有千斤顶进行检查，保证完好；并准备备用千斤顶以备急需；
（2）统一通信系统，保证每条轴线上均有对讲机，由指挥人员统一指挥；
（3）对每个卸载支撑点进行定岗定员，确保责任人员职责明确；
（4）明确紧急停止讯号。
九、卸载工期控制
卸载时间按照业主要求开始于2005年11月10日，结束时间控制在2005年11月20日。
十、施工质量与安全
1、卸载前对所有千斤顶、支撑点处支架脚手架钢管进行仔细的检查，并对连接位置的质量进行仔细检查，发现有问题处或存在安全隐患处与时处理；
2、对所有参与卸载施工的人员进行技术交底、安全施工交底；
3、除前述需要在卸载前完成的工作必须完成之外，必须建立有效的测量检测体系对桁架的标高、钢柱的垂直度与相应轴线进行全程检测，发现异常现象与时报告，停止卸载进行处理；
4、对卸载展馆的四周派专人进行监护，防止其他专业施工人员、机械等对已安装完成的钢柱、支撑架等进行损坏；
5、卸载时，除具体操作人员外，其它一切无关人员撤离现场，所有安全通道封闭，卸载区域设立警戒措施，并派专人进行管理；
6、卸载前先了解天气情况，如遇大风、大雨天气时，应立即停止卸载；
7、卸载过程中，因为桁架的下挠可能会导致千斤顶发生一定的侧移，所以千斤顶操作人员要时刻注意千斤顶的侧移情况，如果发现过大侧移必须立即报告，与时停止卸载进行处理；如千斤顶发生损坏应与时进行置换以保证卸载的顺利进行。
十一、卸载方案计算分析
1、计算模型的建立
因为拟对整个展厅进行同步整体卸载，故取整体结构进行计算分析，采用ANSYS软件建立的计算模型（包括模拟支撑的只压不拉杆件）见下图：
需要说明的是：
（1）原计算模型中算得屋架（包括挑檐）自重为100.2吨，此时构件密度取为7.85吨/立方米；（不考虑支撑的作用）相应屋架跨中的最大挠度为104mm；
（2）图纸（《钢桁架几何图形S-802》）中给出的恒载作用下屋架菱形架两侧端点的最大挠度为145mm/109mm（平均值为127mm）；
（3）图纸中挠度大于计算挠度，其原因可以归纳为计算中未考虑铸钢节点重量，未考虑灯具等附加恒载；
（4）现考虑铸钢节点重量的影响（其它附加恒载影响较小），原计算模型中材料密度取为7.85吨/立方米，因为标准桁架重达100.2吨，端部桁架重达145吨，分别是原计算重量的1.33、1.42倍；保守起见，本计算模型中，密度取为1.42*7.85吨/立方米＝11.15吨/立方米。
2、主要思路
因为螺旋式千斤顶没有关于所承担荷载大小的量测装置，所以只能以位移来控制整个卸载过程。
在1、3、5、7、9、11、13、15、17号菱形架（菱形架两侧节点）下设置螺旋支撑千斤顶。
卸载过程中调整千斤顶的行程，实现支撑点位置的下降，并按照“逐渐逼近屋架在无支撑情况下的挠度曲线”的原则来控制支撑点位置的下降值。
整体卸载分18步进行，具体控制指标见表2-1、表2-2；
卸载过程中，每步骤各支撑千斤顶的反力见下表（对于端部非标准桁架列出第1轴、2轴、16轴端部桁架的支撑点反力，对于中部标准桁架仅列出第4轴标准桁架的支撑点反力作为代表；每榀桁架有两边，靠近轴线1的一侧命名为左边支撑，靠近轴线16的一侧命名为右边支撑）：
表10-1a1轴桁架左边支撑——每一卸载步骤中各支撑千斤顶的反力（kN）
卸载
步骤
支撑点位置
最大值
1
3
5
7
9
11
13
15
17
未卸载
63.3
61.9
62.2
65.3
67.4
65.3
62.2
61.9
63.3
67.4
1
63.1
62.0
61.7
71.2
55.8
71.2
61.7
62.0
63.1
71.2
2
63.1
61.0
67.4
59.4
67.4
59.4
67.4
61.0
63.1
67.4
3
63.4
58.0
61.3
64.0
66.4
64.0
61.3
58.0
63.4
66.4
4
63.5
54.1
60.4
62.7
65.5
62.7
60.4
54.1
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5
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