大型復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)數(shù)字化建造

隨著當(dāng)代建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展，許多新型結(jié)構(gòu)及多種復(fù)合結(jié)構(gòu)越來越多地出現(xiàn)在建筑設(shè)計當(dāng)中，給建筑施工帶來了很大的挑戰(zhàn)。

揚州體育公園游泳跳水館工程就是其中之一，其屋蓋采用雙向正交不規(guī)則管桁架結(jié)構(gòu)體系，與周邊的勁性鋼柱及埋件相連，屋蓋包含的結(jié)構(gòu)形式多樣，由桁架結(jié)構(gòu)、減震支座、球節(jié)點、鑄鋼節(jié)點、單層網(wǎng)殼、張拉索結(jié)構(gòu)、張拉膜結(jié)構(gòu)等，組合形成一個不規(guī)則的空間整體結(jié)構(gòu)。該工程鋼結(jié)構(gòu)屋面安裝采用搭設(shè)承重腳手架的方法，待屋面鋼結(jié)構(gòu)安裝完畢后，方可對承重腳手架支撐的桁架進(jìn)行整體卸載，從而由腳手架受力轉(zhuǎn)為桁架自身受力。由于工程結(jié)構(gòu)形式多樣，且均為不規(guī)則構(gòu)造，每一支點受力均不相同，卸載難度很大。為保證卸載時整體受力的均勻性及支點受力的穩(wěn)定性，現(xiàn)場的支撐點采用U型螺旋頂撐支撐在腳手管上，上放4根工10工字鋼，桁架支撐于工字鋼上，將整體結(jié)構(gòu)的受力傳到承重腳手架上。卸載時，用扳手緩慢旋轉(zhuǎn)U型螺旋頂撐下的旋轉(zhuǎn)桿，使桁架均勻卸載，卸載過程中安排測量人員隨時監(jiān)測，根據(jù)事先的計算結(jié)果，對最不利的幾個支撐點著重觀察，隨時記錄測量結(jié)果，每過一個階段均需將理論和實際數(shù)值進(jìn)行對比分析，最終確保卸載萬無一失。

揚州體育公園游泳跳水館工程，主體結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，屋蓋采用雙向正交不規(guī)則管桁架結(jié)構(gòu)體系，與周邊的勁性鋼柱及埋件相連，在北側(cè)及中間的桁架下弦設(shè)置了20個減震支座，與下部結(jié)構(gòu)連接起來，屋蓋中設(shè)有兩個不規(guī)則氣泡，氣泡上覆PTFE膜材，西側(cè)(A區(qū))氣泡采用單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，為剛膜結(jié)構(gòu)，東側(cè)(B區(qū))氣泡采用索桁架結(jié)構(gòu)，為索膜結(jié)構(gòu)，主體桁架與此兩種結(jié)構(gòu)靠不規(guī)則形狀的環(huán)桁架連接，西側(cè)節(jié)點為球節(jié)點、東側(cè)節(jié)點為鑄鋼節(jié)點，整個屋蓋由不同的結(jié)構(gòu)形式相互組合，形成了一個不規(guī)則的空間整體結(jié)構(gòu)。

整體卸載的施工方法

現(xiàn)場僅在西側(cè)(A區(qū))網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)環(huán)桁架下部及內(nèi)部搭設(shè)承重腳手架，東側(cè)(B區(qū))索結(jié)構(gòu)環(huán)桁架下部搭設(shè)承重腳手架，作為安裝的平臺。支點設(shè)置于每榀主桁架與環(huán)桁架交匯處的正下方，待屋蓋結(jié)構(gòu)安裝完畢，必須對由腳手架支撐的桁架進(jìn)行整體卸載，由腳手架受力轉(zhuǎn)為桁架自身受力。由于工程結(jié)構(gòu)形式多樣，且均為不規(guī)則構(gòu)造，每一支點受力均不相同，卸載難度很大。

根據(jù)設(shè)計要求，卸載之前，現(xiàn)場的主、次桁架，鑄鋼，球，水平撐桿，網(wǎng)殼，屋面檁條必須安裝完畢，驗收合格。由于卸載后，整體桁架的內(nèi)力將進(jìn)行重分布。為保證卸載時整體受力的均勻性及支點受力的穩(wěn)定性，現(xiàn)場的桁架支撐點采用U型螺旋頂撐支撐在腳手管上，上放4根工10工字鋼，桁架支撐于工字鋼上，將整體結(jié)構(gòu)的受力傳到承重腳手架上，卸載時，用扳手緩慢旋轉(zhuǎn)U 型螺旋頂撐下的旋轉(zhuǎn)桿，使桁架均勻卸載。根據(jù)現(xiàn)場的實際測量，U型螺旋頂撐向下旋轉(zhuǎn)一圈的距離為6毫米，控制旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)就可以很好的控制桁架的卸載高度。根據(jù)現(xiàn)場實際操作的情況來看，此方法雖然簡單，但比起油壓千斤頂，更易于控制卸載的速度及高度，也就保證了卸載的安全性。由于支點較多(A區(qū)39個，B區(qū)37個)，卸載不可能達(dá)到同步，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，每點的下?lián)现稻幌嗤?，這樣容易導(dǎo)致周邊卸載不同步的點的受力劇增，超過腳手架承載力，產(chǎn)生傾覆，所以，此施工方法的關(guān)鍵是卸載前必須計算出每點的受力，合理安排卸載順序及卸載高度。卸載前運用MIDAS進(jìn)行模擬分析每點的受力，經(jīng)過多次的模擬計算，現(xiàn)場采用了分區(qū)、分步、分階段的卸載方法，有效地避免了卸載時由于不均勻性導(dǎo)致個別點受力過大而失穩(wěn)的問題，增加了卸載的安全性、穩(wěn)定性、可靠性。

整體卸載的具體步驟

分區(qū)先卸載A區(qū)，待A區(qū)完全卸載后，再進(jìn)行B區(qū)的卸載。經(jīng)過MIDAS模擬計算，由于一次性分區(qū)卸載會使部分支撐點的受力過大，不能滿足支撐點的受力要求，所以對于每個區(qū)域(A、B區(qū))，可將整個卸載分為幾大步(A區(qū)4步，B區(qū)2步)，每一步卸載一定的高度，保證每步卸載都能使桁架整體變形緩慢，受力均勻，易于控制。

經(jīng)過MIDAS模擬計算，部分北側(cè)和南側(cè)支點受力較大，東側(cè)和西側(cè)的支點受力很小，所以又可將每一步卸載分為四個階段。根據(jù)受力的大小不同，將環(huán)桁架分成四個階段，按先受力較大區(qū)域后受力較小區(qū)域依次階段卸載，每個階段的支撐點同時卸載。這樣可以很好地解決受力不均的問題，將受力較大階段的點的受力減小，同時受力較小階段的點的受力適當(dāng)增大，保證了結(jié)構(gòu)的安全性。

由于結(jié)構(gòu)受力不均，A區(qū)在環(huán)桁架第二次第一階段卸載10毫米后，階段二處的受力很小，可不卸載10毫米，直接卸載階段三和階段四，等最后一步卸載時再按照順序進(jìn)行完全卸載。B區(qū)在第一步第一階段卸載3毫米后，階段二處的受力很小，可不卸載3毫米，直接卸載階段三和階段四，等整體卸載時再按照順序進(jìn)行完全卸載。卸載前將每個節(jié)點進(jìn)行編號，便于記錄結(jié)果和數(shù)據(jù)的整理。A區(qū)網(wǎng)殼卸載(由內(nèi)而外)——環(huán)桁架第一次分階段卸載5毫米——部分環(huán)桁架第二次分階段卸載10毫米——環(huán)桁架分階段完全卸載。B環(huán)桁架分階段卸載3毫米——環(huán)桁架分階段完全卸載。

整體卸載的操作方法

操作卸載時，用扳手緩慢旋轉(zhuǎn)U型螺旋頂撐，使其緩慢下降，達(dá)到卸載的目的。為保證卸載的均勻性，先同時卸載桁架的一邊5毫米，這時桁架下沉2.5毫米，再卸載另一邊5毫米，這時桁架整體下沉5毫米。工字鋼U型螺旋頂撐先同時卸載一邊桁架下弦工字鋼U型螺旋頂撐腳手架立桿工字鋼此處下降2.5毫米此處下降5毫米此處不動一邊卸載5毫米，桁架下沉2.5毫米。

根據(jù)現(xiàn)場的實際測量，U型螺旋頂撐旋轉(zhuǎn)一圈的距離為6毫米，控制旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)就可以很好地控制桁架的卸載高度。同時，在桁架端部劃線，在現(xiàn)場的混凝土結(jié)構(gòu)上支水準(zhǔn)儀，控制桁架端部的沉降量和腳手架的沉降。這樣雙控制可以很好地控制卸載的精度及腳手架的安全。從現(xiàn)場實際操作的情況來看，旋轉(zhuǎn)U型螺旋頂撐的方法雖然簡單，但能更好地控制卸載的高度，且下降緩慢，保證了受力的均勻性。

卸載時，分步之間必須有一定的時間間隔(控制在2小時左右)，待桁架整體變形完成后再進(jìn)行下一步的卸載，保證結(jié)構(gòu)的整體變形是緩慢進(jìn)行的。卸載時，對于現(xiàn)場極個別不能擰動或已轉(zhuǎn)到底但還沒有卸載到位的U型螺旋頂撐，可以采用切割工字鋼與桁架接觸點的翼緣，使其產(chǎn)生自身屈服，達(dá)到卸載的目的。模擬計算后，可以滿足卸載要求。桁架下弦工字鋼U型螺旋頂撐腳手架立桿工字鋼氣割開口。

整體卸載的應(yīng)急措施

由于整體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，實際的受力未必與模擬情況的受力相同，且卸載過程中人員、支撐等各種因素都有可能影響到卸載，所以在卸載之前，我們考慮了一些有可能出現(xiàn)的情況，制定了應(yīng)急措施：每一階段卸載后進(jìn)行觀測并核對測量數(shù)據(jù)，出現(xiàn)明顯偏差時暫停卸載，分析原因及解決辦法：個別點下降高度小于預(yù)定卸載高度：下部支撐已松動，該點卸載到位，撤去支撐，做好記錄，下一步卸載時取消該點;下部支撐未松動，檢查是否有其他支撐點并將其卸載。

個別點下降高度大于預(yù)定卸載高度：腳手架變形，暫停卸載，加固腳手架，將其他點先下降到該點高度后再同步卸載。工人操作失誤，進(jìn)一步交底，避免類似狀況再發(fā)生，反頂至預(yù)定高度。卸載前根據(jù)計算結(jié)果，對腳手架受力較大的支撐點進(jìn)行加固，每卸載一階段觀測腳手架的沉降情況，個別點沉降量過大(超過5毫米)時暫停卸載，對周邊腳手架進(jìn)行加固、計算，確保安全后再進(jìn)行下一步卸載。

卸載時聽到不正常且較大的聲響時立即停止卸載，所有人員迅速撤離現(xiàn)場。相關(guān)人員進(jìn)行認(rèn)真檢查，分析原因及解決辦法：局部應(yīng)力集中，焊縫撕裂將該處焊縫進(jìn)行坡口處理、補焊、檢測，檢測合格后進(jìn)行下一步卸載。安裝時點焊的臨時支點脫開：檢查是否還有臨時固定點，有，全部割開，然后進(jìn)行下一步卸載。螺旋頂撐無法轉(zhuǎn)動或已轉(zhuǎn)到底卸載過程中發(fā)現(xiàn)螺旋頂撐無法轉(zhuǎn)動或已轉(zhuǎn)到底但還未卸載到位的點，按切割工字鋼的方法進(jìn)行卸載。

由于本工程桁架不規(guī)則性，小部分A區(qū)卸載完畢后的支點，在B區(qū)卸載完畢后撓度又有小的反彈。卸載時，部分支點未達(dá)到事先計算的卸載高度時，已經(jīng)完全卸載了。切割翼緣，產(chǎn)生自身屈服的卸載方法，由于實際的受力與模擬的不可能完全一樣，且切割后，桁架受力也不同，工字鋼的下?lián)弦才c模擬情況不盡相同，必須根據(jù)現(xiàn)場實際測量的結(jié)果來確定切割量的多少。桁架的卸載是支座受力的均勻、緩慢、穩(wěn)定的變化，不存在沖擊荷載，所以計算時，桁架卸載對支座的荷載還是靜荷載。考慮到可能產(chǎn)生的施工操作誤差，A、B區(qū)第一次第一階段卸載時受力最大，進(jìn)行模擬驗算，如均產(chǎn)生2毫米的施工誤差(多卸載2毫米)，結(jié)構(gòu)的各項參數(shù)也在規(guī)范之內(nèi)。

鋼結(jié)構(gòu)復(fù)雜構(gòu)件深化設(shè)計

1、鋼筋與鋼結(jié)構(gòu)連接節(jié)點的優(yōu)化方案；水平鋼結(jié)構(gòu)與混凝土核心筒連接節(jié)點優(yōu)化方案？

鋼結(jié)構(gòu)復(fù)雜構(gòu)件的深化設(shè)計除考慮分節(jié)重量、安裝標(biāo)高、吊裝措施、焊接措施、栓釘及防腐涂裝由廠內(nèi)施工或現(xiàn)場施工等問題之外，主要應(yīng)考慮鋼筋與構(gòu)件交叉的問題及箍筋綁扎的簡化問

題，在設(shè)計院同意的前提下可以采用以下幾種方式進(jìn)行節(jié)點處理：設(shè)置穿筋孔使鋼筋通過、焊接套筒或連接鋼板與受力鋼筋形成連接、在構(gòu)件上焊接帶孔的鋼板與非受力鋼筋形成不需施焊

的掛鉤連接。

2、混凝土核心筒與外框鋼柱之間的變形差控制要點？

對于確實有必要進(jìn)行變形差控制的項目，應(yīng)預(yù)先模擬計算變形量，然后在施工過程中，通過實際測量來驗證預(yù)測數(shù)值的有效性，并對后期的施工做出適量調(diào)整。需要注意的問題是，結(jié)構(gòu)豎

向變形量在高度上不是均勻分布的。

3、伸臂桁架及環(huán)臂桁架施工工藝及控制要點？

適當(dāng)位置的起拱，從下到上、從固定端到非固定端的分片施工順序，能起到支撐作用的結(jié)構(gòu)跟進(jìn)，能減少焊接應(yīng)力的合理焊接順序及工藝，臨時支撐結(jié)構(gòu)的卸載時間，空間定位測量的準(zhǔn)確

性。

4、鋼板墻施工控制要點？

鋼板墻的吊裝，垂直度控制為施工控制要點。由于鋼板墻的阻斷效果，使墻體模板對拉絲桿的精確定位及墻體箍筋施工都產(chǎn)生了一定困難。

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