北京工人体育场大跨度开口单层拱壳钢屋盖卸载技术研究_黄中营.pdf

第 53 卷 第 6 期2023 年 3 月下建 筑 结 构Building StructureVol.53 No.6Mar.2023 DOI:10.19701/j.jzjg.ZJ220104河北省省级科技计划资助(22375410D)。第一作者:第一作者:黄中营,学士,高级工程师,主要从事土建施工技术等方面研究,Email:157266903 。通信作者:通信作者:曹伟,硕士,讲师,主要从事结构设计、岩土工程可靠度等方面研究,Email:201401136cw 。北京工人体育场大跨度开口单层拱壳钢屋盖卸载技术研究黄中营1,王 猛1,曹 伟2,3,严擒龙4(1 北京建工集团有限责任公司,北京 100055;2 河北省土木工程灾变控制与灾害应急重点实验室,廊坊 065201;3 华北科技学院建筑工程学院,廊坊 065201;4 江苏沪宁钢机股份有限公司,无锡 214231)摘要:北京工人体育场改造工程中屋盖采用大跨度开口单层拱壳钢结构,安装高度很高,需要设置临时支撑。结构安装完成后需对下部布置的压力环桁架安装支撑结构进行整体卸载。为确保整个结构卸载后,平稳地从支撑状态向结构自身承受荷载的状态过渡,采取分区分级对称卸载方法,制定了临时支撑的卸载方案,通过 MIDAS Gen 软件对卸载过程中钢屋盖结构和支撑等的变形和受力情况进行了计算,并对卸载过程中内环梁上的变形进行了监测。结果表明:临时支撑卸载方案可行,结构、支撑等在卸载过程中的变形和受力都满足规范要求。实际监测数据与数值模拟结果差距较小,说明结构整体施工质量控制较好,也证明了施工模拟分析的准确性。关键词:北京工人体育场;大跨度开口屋盖;临时支撑卸载;施工模拟 中图分类号:TU391 文献标志码:A文章编号:1002-848X(2023)06-0026-05引用本文 黄中营,王猛,曹伟,等.北京工人体育场大跨度开口单层拱壳钢屋盖卸载技术研究J.建筑结构,2023,53(6):26-30.HUANG Zhongying,WANG Meng,CAO Wei,et al.Research on unloading technology of large-span open single-layer arch shell steel roof of Beijing Workers StadiumJ.Building Structure,2023,53(6):26-30.Research on unloading technology of large-span open single-layer arch shell steel roof of Beijing Workers Stadium HUANG Zhongying1,WANG Meng1,CAO Wei2,3,YAN Qinlong4(1 Beijing Construction Engineering Group Co.,Ltd.,Beijing 100055,China;2 Hebei Key Laboratory of Civil Engineering Catastrophe Control and Disaster Emergency Response,Langfang 065201,China;3 Architectural Engineering College,North China Institute of Science and Technology,Langfang 065201,China;4 Jiangsu Huning Steel Structure&Machinery Co.,Ltd.,Wuxi 214231,China)Abstract:In the reconstruction project of Beijing Workers Stadium,a large-span open single-layer arch shell steel structure is adopted for the roof.The installation height is very high,and temporary support is required.After the installation of the structure,the installation support structure of the pressure ring truss arranged below shall be unloaded as a whole.In order to ensure that the whole structure can smoothly transition from the supporting state to the state that the structure bears the load after unloading,the method of zonal and hierarchical symmetrical unloading was adopted,and the unloading scheme of the temporary support was develops.The deformation and force of the steel roof structure and the support during the unloading process were calculated through MIDAS Gen software,and the deformation of the ring beam during the unloading process was monitored.The results show that the unloading scheme of the temporary support proposed is feasible,and the deformation and force of the structure and support during the unloading process meet the specification requirements.The gap between the actual monitoring data and the numerical simulation results is small,which indicates that the overall construction quality control of the structure is good,and also proves the accuracy of the construction simulation analysis.Keywords:Beijing Workers Stadium;large-span open roof;unloading of temporary support;construction simulation 0引言 随着经济和科学技术的高速发展,许多大型体育场馆都采用了大跨度空间结构1-3,其具有建筑造型独特、受力合理、空间利用率高等优势4。近第 53 卷 第 6 期黄中营,等.北京工人体育场大跨度开口单层拱壳钢屋盖卸载技术研究些年随着空间结构跨度越来越大,也对施工方案提出了新的技术要求,主体结构在设置临时支撑后的卸载技术便是其中之一5-7。临时支撑的卸载过程是屋盖结构与支撑结构相互作用的复杂过程,是结构受力逐渐转移和内力重新分布的过程。卸载方案不合理将导致主体结构或临时支撑发生破坏,造成巨大的人员和财产损失9-10。因此对于临时支撑的卸载方案要进行专门的设计,并在卸载施工过程中监测重要部位的变形和应力,保证工程结构的安全性。本文进行了北京工人体育场屋盖临时支撑卸载方案设计,通过 MIDAS Gen 软件对施工的全过程进行了数值模拟,验证了设计方案的可行性,并对结构重要部位进行了实时的监测。1工程概况1.1 工程简介 2020 年 7 月,北京市工人体育场启动保护性改造复建8,其屋顶罩棚采用了大跨度开口单层拱壳结构,结构平面长轴 271.5m,短轴 205m,最大悬挑跨度约 74m。本工程屋顶罩棚钢结构安装难度较高,在安装时采用分段吊装,并设置了 23 组超高临时格构支撑。临时格构支撑的轴测布置图、整体和节点示意图分别见图 1 和图 2。在屋盖结构施工合拢完成、达到设计验收标准后,需对下部布置的临时支撑结构进行拆除。由于钢结构未成型前均采用临时支撑承担施工过程中的自重荷载,径向主梁需要靠外设支撑进行固定,在临时支撑拆除时杆件将在自重荷载作用下产生变形。同时由于屋盖结构受力复杂且整体性强,杆件局部受力变化对整体结构影响较大。因此如何将覆盖面积巨大的单层拱壳屋盖安全卸载到位,是一项重要的研究内容。图 1 临时支撑轴测布置示意图1.2 卸载难点分析 (1)卸载支撑点数量多,卸载覆盖面积及卸载工作量大。结构安装过程中设置有 23 组格构支撑架,每个支撑架设置有 6 个支撑点。图 2 临时支撑整体和节点示意图(2)结构复杂,卸载计算分析工作量大。为确保整个结构经过卸载后,平稳地从支撑状态向结构自身承受荷载的状态过渡,必须对整个卸载过程进行周密的分析计算,对计算结果进行分析,以指导卸载过程的实施。(3)同步控制要求高。在卸载过程中,各支点之间的同步控制要求较高;同时,同一卸载支架单元上各支点的载荷要控制在与理论计算基本一致的范围内。(4)卸载过程中的监测要求高。由于本工程施工方案的特殊性,待施工完成后进行卸载,在此期间均须对钢结构进行监测,确保钢结构施工变形符合钢结构设计标准(GB 500172017)11(简称钢标)要求。2卸载方案2.1 卸载原则 临时支撑卸载是将钢结构罩棚从支撑受力状态下,转换到自由受力状态的过程,即在保证钢结构罩棚与临时支撑体系整体受力安全的前提下,主体结构由施工安装状态顺利过渡到设计状态。卸载方案遵循卸载过程中结构构件的受力与变形协调、均衡、分级卸载并便于现场施工操作等原则,并在卸载过程中密切监测变形控制点的位移。2.2 方案设计 临时支撑拆除过程中由于无法做到绝对同步,支撑点卸载先后次序不同,必然造成轴力增减。为确保整个结构经过卸载后,平稳地从支撑状态向结构自身承受荷载的状态过渡,必须对整个卸载过程进行周密的分析计算,确定合理的施工方案。临时支撑卸载包括同步卸载和多级循环卸载等方式。同步卸载又可分为等比例同步和等值同步两种,对于大型工程而言,同步卸载操作方式较为复杂。多72建 筑 结 构2023 年级循环卸载指的是按照一定的顺序对临时支撑进行卸载,循环操作直至卸载完成。对于对称的大型工程,可以按照对称轴划分区域再进行多级循环卸载。结合北京工人体育场钢屋盖的特点,最终确定采取分区分级对称卸载方法,卸载分区的示意图如图 3 所示。卸载过程遵循结构构件的受力与变形协调、分区分级均衡缓和、便于现场施工操作原则。根据卸载原则和模拟计算分析,具体的卸载顺序如下:1)对 23 组临时支撑所有下弦支撑点(中部立杆)一次切割卸载完成(图 4(a);2)按卸载分区顺序,卸载一分区(短轴两个临时支撑)内支撑上弦支撑点(指定区域内外支撑)的卸载(图 4(b);3)卸载二分区南北共 4 个临时支撑上弦支撑点卸载;4)卸载三分区长轴共 4 个临时支撑上弦支撑点卸载;5)卸载四分区南北共 5 个临时支撑上弦支撑点卸载;6)卸载五分区共 8 个临时支撑上弦支撑点卸载。图 3 临时支撑卸载分区示意图卸载方法的示意图如图 5 所示。下弦卸载和卸载一卸载四分区卸载采取火焰切割侧面开豁口的方式、两次卸载完成的方法:1)切除支撑钢管中的其中一根;2)切除一半支撑钢管,切割长度 70mm 左右;3)拆除支撑顶部钢管。卸载五分区卸载采取火焰环向切割分级卸载的方法