CN113123635B - 网架结构环支座单榀保护性拆除施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种网架结构环支座单榀保护性拆除施工方法，包括步骤：环绕既有网架的支撑体系，将整个网架划分成多个部分；以单榀桁架为最小拆除单元划分每个部分，划分得到的每个拆除单元均有支撑体系的支撑；采用生死单元法对拆除施工过程进行模拟分析，调整拆除单元的划分，保证每个拆除单元在拆除施工过程中均满足受力要求；按照调整后拆除单元的划分结果，进行逐部分逐个拆除单元的拆除施工。首次采用了生死单元法进行了网架保护性拆除施工过程的模拟分析，计算中考虑了结构几何非线性的影响。该施工模拟分析方法，可考虑本拆除施工步对后续拆除施工步的影响，故模拟结果可较为真实准确的反应结构的真实受力性态，确保了施工过程的安全性。

Description

网架结构环支座单榀保护性拆除施工方法

技术领域

本发明涉及网架结构拆除施工技术领域，尤其涉及一种网架结构环支座单榀保护性拆除施工方法。

背景技术

近年来，城市更新是国家大力鼓励支持的城市发展方向之一。城市更新的对象包括老旧住宅建筑、工业建筑、公共建筑等。对于公共建筑，其常具有特殊的政治意义和文化意义。因此，常需在保留其历史痕迹、建筑外观等的前提下，对其结构进行加固、对其使用功能进行改造。

出于对开阔使用空间和建筑美观的需求，网架和网壳是既有公共建筑屋盖广泛采用的结构形式之一。因此，为避免对既有公共建筑造成损坏，如何保护性的拆除既有公共建筑的屋盖网架和网壳，是既有建筑拆除、加固及改造领域的研究方向。

目前，现有针对既有建筑网架和网壳保护性拆除的研究主要存在以下问题：

①现有针对既有网架和网壳的拆除，多为爆破拆除、火焰切割拆除等破坏性拆除，对于保护性拆除的研究较少，可借鉴的施工案例有限；

②网架是大跨度结构，几何非线性效应明显，故在拆除施工过程模拟时，需考虑几何非线性；同时，若拆除施工步骤、拆除单元划分不合理，网架存在整体失稳的风险。然而，由于技术水平有限，同时，网架保护性拆除的案例有限，如何在保护性拆除施工时考虑网架的几何非线性和避免网架整体失稳，未见报道；

③为保证网架在拆除施工过程中的安全性，通常采用单点拆除法，即每次仅火焰切割切断单个螺栓球节点周围的杆件，采用汽车吊吊运该节点和与其相连的杆件。该拆除方法虽可保障施工过程的安全，但工作量大，拆除施工效率低，施工周期长；

④为保证网架在拆除施工过程中的安全性、稳定性，通常需设置临时支撑体系。然而，既有网架通常具有竖向支撑体系，如何结合既有竖向支撑体系、减少设置临时支撑体系、节约施工过程中的措施费，未见相关报道。

发明内容

为填补既有公共建筑加固、改造技术领域的空白，本发明提出了一种合理、高效、便捷的网架结构环支座单榀保护性拆除施工方法。

本发明所采用的技术方案为：

一种网架结构环支座单榀保护性拆除施工方法，其包括以下步骤：

环绕既有网架的支撑体系，将整个网架划分成多个部分；

以单榀桁架为最小拆除单元划分每个部分，划分得到的每个拆除单元均有所述支撑体系的支撑；

采用生死单元法对拆除施工过程进行模拟分析，调整拆除单元的划分，保证每个拆除单元在拆除施工过程中均满足受力要求；

按照调整后拆除单元的划分结果，进行逐部分逐个拆除单元的拆除施工。

本发明施工方法的一些实施例中，采用结构分析软件SAP2000进行施工过程模拟分析，分析过程采用生死单元法并选定几何非线性功能选项。

本发明施工方法的一些实施例中，施工过程模拟分析包括：激活网架的所有杆件；杀死本施工步拆除的杆件；计算剩余待拆除杆件的应力比，若应力比大于1.0则调整本施工步拆除单元的拆分，直至待拆除杆件的应力比小于1.0。

本发明施工方法的一些实施例中，所述支撑体系包括环绕整个网架四周以及分布在所述网架的中间位置的多个竖向支撑，每个部分均分布有所述竖向支撑。

本发明施工方法的一些实施例中，在拆除施工中，采用切割法拆除，切除点为螺栓球与杆件的连接处。

本发明施工方法的一些实施例中，切割时采用临时硬质围挡固定在切口旁。

本发明施工方法的一些实施例中，在拆除施工中，在网架下方的中庭空间采用阻燃安全网满铺。

本发明施工方法的一些实施例中，网架的杆件包括腹杆、上弦杆和下弦杆，切割时按腹杆、上弦杆、下弦杆的顺序进行切除。

本发明施工方法的一些实施例中，整个所述网架呈矩形形状，划分为五个部分，包括完全位于中间位置的竖向支撑顶部的中间部分以及围绕所述中间部分的四个周边部分，所述中间部分在划分时以中间位置的所述竖向支撑的最外侧一根所在横轴或纵轴为划分边界，各所述周边部分在划分时以至各自所在边距离最短的中间位置的所述竖向支撑所在横轴或纵轴为划分边界。

本发明施工方法的一些实施例中，在完成拆除施工后，对拆除下来的拆除单元进行吊运，以及对吊运施工过程进行验算，若拆除单元的应力比小于1.0则进行吊运，若应力比大于1.0则增加吊点后进行吊运。

由于采用上述技术方案，使得本发明具有以下有益效果：

1、首次采用了生死单元法进行了网架保护性拆除施工过程的模拟分析，计算中考虑了结构几何非线性的影响。该施工模拟分析方法，可考虑本拆除施工步对后续拆除施工步的影响，故模拟结果可较为真实准确的反应结构的真实受力性态，确保了施工过程的安全性；

2、环绕既有网架的竖向支撑体系，将整个网架划分成五个部分，确保每部分在划分拆除单元时，该单元和剩余待拆除部分均有支撑，确保了网架的整体稳定性，减少设置临时支撑，节约了拆除施工中的措施费用；

3、采用单榀拆除施工方法，以单榀桁架作为最小拆除单元，与单点拆除施工方法相比，施工效率更高，施工周期短。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明网架结构环支座单榀保护性拆除施工方法的工艺流程图。

图2～6为本发明网架结构环支座单榀保护性拆除施工方法的具体拆除流程示意图。

图7为本发明施工方法中各部分拆除单元的划分结构及拆除顺序的示意图。

图8为本发明施工方法中支撑体系的分布示意图。

图9为本发明施工方法中拆除分割线的分布示意图。

图10为本发明施工方法中拆除单元的结构示意图。

图11为本发明施工方法中临时硬质围挡的结构示意图。

图12为本发明施工方法中生命线种根的结构示意图。

图13为本发明施工方法中吊装拆除的工状示意图。

图14为本发明施工方法中单榀吊装的结构示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

下面结合附图和具体实施例对本发明实施例做进一步详细的说明。

参阅图1，本发明实施例提供了一种网架结构环支座单榀保护性拆除施工方法，其主要步骤包括：

步骤1：环绕既有网架的支撑体系，将整个网架划分成多个部分；

步骤2：以单榀桁架为最小拆除单元划分每个部分，划分得到的每个拆除单元均有支撑体系的支撑；

步骤3：采用生死单元法对拆除施工过程进行模拟分析，调整拆除单元的划分，保证每个拆除单元在拆除施工过程中均满足受力要求；

步骤4：按照调整后拆除单元的划分结果，进行逐部分逐个拆除单元的拆除施工。

配合图8，步骤1中的支撑体系包括环绕整个网架10四周以及分布在网架10的中间位置的多个竖向支撑11，步骤1中划分得到的每个部分的下方均分布有该些竖向支撑11。

在步骤3中，进一步采用结构分析软件SAP2000(或ANSYS软件)进行施工过程模拟分析，分析过程采用生死单元法并选定几何非线性功能选项。

生死单元法的核心思想是通过单元的“生”或者“死”来模拟一些特殊的工况，可以简单的理解“生”就是单元存在，起作用，“死”就是单元消失，在该阶段的整个分析过程中，不起作用。从而可以完美的模拟实际建设中的阶段施工。

在本施工方法中，采用结构分析软件SAP2000进行施工过程模拟分析，在“工况类型”项目选择“阶段施工”，在“几何非线性”项目选择“大位移”，计算中考虑了结构几何非线性的影响，该施工模拟分析方法，可考虑本拆除施工步对后续拆除施工步的影响，故模拟结果可较为真实准确的反应结构的真实受力性态，确保了施工过程的安全性。

下面结合具体的网架结构，对本发明网架结构环支座单榀保护性拆除施工方法做进一步详细的说明。

STEP1:

为提高拆除施工过程中的结构承载安全性能，确保拆除施工安全，首先拆除网架结构的附着物。

1)先拆屋顶的金属屋面板。金属屋面板由包保温棉的压型钢板和防水卷材构成，主要采用人工从一端向另一端逐块拆除的方式进行施工。

2)拆除网架下方吊顶部分。此部分主要有保温棉和玻璃钢瓦构成，采用薄钢带将吊顶挂在网架下弦，主要由工人利用网架作为操作面，用角磨机切割打磨螺栓及相关构件，将下方悬挂的钢带剪断，让保温棉和玻璃钢瓦分小单元逐块落至地面，拆除前，将俄罗斯馆周边采用警戒线围好，拆除过程中任何人均不可以进入内部。

STEP2:

根据既有网架竖向支撑分布(图8)，环绕网架竖向支撑分布，将网架划分成五个部分(图2～7)。划分原则为：每部分均有竖向支撑11，可独立承载。

具体地，整个网架呈矩形形状，划分为五个部分(图2～6依次拆除的五个部分)，包括完全位于网架中间位置的竖向支撑顶部的中间部分以及围绕该中间部分的四个周边部分，中间部分在划分时以中间位置的竖向支撑11的最外侧一根所在横轴或纵轴为划分边界，各周边部分在划分时以至各自所在边距离最短的中间位置的竖向支撑11所在横轴或纵轴为划分边界，并且个周边部分均为规整的矩形，中间部分由规整的四个矩形拆除单元构成。

STEP3:

划分拆除单元101(图7)，以单榀桁架为最小拆除单元划分每个部分，划分得到的每个拆除单元均有支撑体系的支撑。再根据拆除单元划分结果，采用生死单元法、考虑几何非线性对拆除施工过程的影响，对拆除施工过程进行模拟分析，即首先激活所有杆件，然后杀死本施工步拆除的杆件，计算剩余待拆除杆件的应力比，若应力比大于1.0，则调整拆除单元的划分，直至待拆除的杆件的应力比小于1.0。

STEP4:

安全防护配套措施。作业人员坐在网架上进行火焰切割拆除，切除点为螺栓球与杆件连接处，如图9和图10所示，切割时采用临时硬质围挡15(图11)固定在切割线12旁，避免切割应力对人员造成安全影响，该硬质围挡15主要包括呈锐角焊接相连的两块挡板，两块挡板的第一端焊接连接在一起并夹设形成一锐角，两块挡板的第二端焊接连接在切割线12所在杆件上。汽车吊站在主楼外围进行配合吊装拆除。拆除时下方50m*50m的中庭空间采用阻燃安全网满铺作为安全保障，且作业人员应挂安全带，安全带生命线13种根在两端钢结构柱14可靠部位(图12)。

STEP5:

具体拆除施工流程如下：

将整个网架10分布区域按照竖向支撑分布划分为横轴A～Q轴，纵轴1～15轴。

1)第一批拆除依C～N轴交3轴～7轴区域，按上弦一跨为一榀，拆除顺序为：H轴交3轴～7轴区域，向南北两侧拆除；先切割长边方向再切割短边方向，先切腹杆，再切上弦杆，最后切下弦杆。拆除区域及单榀划分如图2和图7(第1拆除顺序)所示：

切割施工时应注意在横向割除过程不应切割影响该区域横向刚度的杆件，确保施工过程拆除区域呈具备独立承载能力的单榀桁架。

施工工人切割过程中，不应在当前割除区域作业，应在割除后的仍呈稳定结构的部分进行作业，同时将安全带绑在稳定结构上弦杆件上。

2)第二批拆除如图3和图7(第2拆除顺序)所示，J轴至N轴范围内，依7轴向13轴拆除网架，拆除按纵向切割弦杆、腹杆及转换层构件，待需拆除区域呈独立一榀后，割下两端连接弦杆及腹杆。

3)第三批拆除如图4和图7(第3拆除顺序)所示，C轴至F轴范围内，依7轴向13轴拆除网架，拆除按纵向切割弦杆、腹杆及转换层构件，待需拆除区域呈独立一榀后，割下两端连接弦杆及腹杆。

4)第四批拆除区域先拆除6轴～8轴区域，如图5和图7(第4-1拆除顺序)，后拆除9轴～13轴区域，如图5和图7(第4-2拆除顺序)。其中与先前不同的是，6轴～8轴部分在吊带绑好之后，先切割短边，再切割长边。该区域切割完毕后，施工工人至F轴处向K轴切割拆除，拆除仍按先横向切割，形成单榀简支整体后，将两端连接处切割拆除，吊运至拆除场地，如图5和图7所示。

5)第五批拆除区域主要为中心支撑区域网架，如图6所示，该区域网架按照如图7(第5拆除顺序)标号顺序(30～34，其中，标号为32、33、34的三个拆除单元的拆除顺序可任意调换)进行拆除。其中此处需要格外注意的是五个区域的切割顺序及切割长度。每区域切割应提前将绑带绑好，再进行切割。

第五批拆除区域属于最不利吊装工况区域，为满足机械设备吊装能力，将第五批区域分割成5个较小区域，使其能具备拆除条件。

1区域(图7标号30)切割依照先前所述，绑带固定后将其与2区域(图7标号31)、3区域(图7标号32)衔接部分割除，切割长度为1区域横向长边长度，使1区域呈吊机绑带与5区域(图7标号34)共同支撑结构，再切割与5区域衔接部分，并吊运至拆除场地。

2区域此时为由4区域(图7标号33)及5区域支撑的简支结构，此时将绑带绑好后将4、5区域衔接处割除。

此时3、4、5区域为由钢结构柱支撑的独立结构，均在绑带绑好后将支座割除，整体吊运至拆除场地。

STEP6:

吊运拆除。如图13所示，为保证单榀吊运拆除施工过程的安全，对分别采用两点吊和四点吊的两种拆除下来的单榀桁架吊运施工过程进行验算，如图14所示，其中左侧为四点吊，右侧为两点吊，若单榀桁架的应力比小于1.0，则可以吊运；若应力比大于1.0，则需要增加吊点。

本发明网架结构环支座单榀保护性拆除施工方法的优势在于：

1、首次采用了生死单元法进行了网架保护性拆除施工过程的模拟分析，计算中考虑了结构几何非线性的影响。该施工模拟分析方法，可考虑本拆除施工步对后续拆除施工步的影响，故模拟结果可较为真实准确的反应结构的真实受力性态，确保了施工过程的安全性；

2、环绕既有网架的竖向支撑体系，将整个网架划分成五个部分，确保每部分在划分拆除单元时，该单元和剩余待拆除部分均有支撑，确保了网架的整体稳定性，减少设置临时支撑，节约了拆除施工中的措施费用；

3、采用单榀拆除施工方法，以单榀桁架作为最小拆除单元，与单点拆除施工方法相比，施工效率更高，施工周期短。

需要说明的是，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种网架结构环支座单榀保护性拆除施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

环绕既有网架的支撑体系，将整个网架划分成多个部分；

以单榀桁架为最小拆除单元划分每个部分，划分得到的每个拆除单元均有所述支撑体系的支撑；

采用生死单元法对拆除施工过程进行模拟分析，调整拆除单元的划分，保证每个拆除单元在拆除施工过程中均满足受力要求；

按照调整后拆除单元的划分结果，进行逐部分逐个拆除单元的拆除施工；

所述支撑体系包括环绕整个网架四周以及分布在所述网架的中间位置的多个竖向支撑，每个部分均分布有所述竖向支撑；

整个所述网架呈矩形形状，划分为五个部分，包括完全位于中间位置的竖向支撑顶部的中间部分以及围绕所述中间部分的四个周边部分，所述中间部分在划分时以中间位置的所述竖向支撑的最外侧一根所在横轴或纵轴为划分边界，各所述周边部分在划分时以至各自所在边距离最短的中间位置的所述竖向支撑所在横轴或纵轴为划分边界。

2.如权利要求1所述的网架结构环支座单榀保护性拆除施工方法，其特征在于，采用结构分析软件SAP2000进行施工过程模拟分析，分析过程采用生死单元法并选定几何非线性功能选项。

3.如权利要求2所述的网架结构环支座单榀保护性拆除施工方法，其特征在于，施工过程模拟分析包括：激活网架的所有杆件；杀死本施工步拆除的杆件；计算剩余待拆除杆件的应力比，若应力比大于1.0则调整本施工步拆除单元的拆分，直至待拆除杆件的应力比小于1.0。

4.如权利要求1所述的网架结构环支座单榀保护性拆除施工方法，其特征在于，在拆除施工中，采用切割法拆除，切除点为螺栓球与杆件的连接处。

5.如权利要求4所述的网架结构环支座单榀保护性拆除施工方法，其特征在于，切割时采用临时硬质围挡固定在切口旁。

6.如权利要求4所述的网架结构环支座单榀保护性拆除施工方法，其特征在于，在拆除施工中，在网架下方的中庭空间采用阻燃安全网满铺。

7.如权利要求4所述的网架结构环支座单榀保护性拆除施工方法，其特征在于，网架的杆件包括腹杆、上弦杆和下弦杆，切割时按腹杆、上弦杆、下弦杆的顺序进行切除。

8.如权利要求1所述的网架结构环支座单榀保护性拆除施工方法，其特征在于，在完成拆除施工后，对拆除下来的拆除单元进行吊运，以及对吊运施工过程进行验算，若拆除单元的应力比小于1.0则进行吊运，若应力比大于1.0则增加吊点后进行吊运。

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