1 工程概况

　　国家体育馆位于北京奥林匹克公园南部，与国家体育场沿中轴线对称均衡布置，是1座拥有1.9万座的国家级综合体育馆。本工程拆除对象为临时搭设的钢桁架，其位于体育馆首层比赛场地，建成于2017年，是独立于国家体育馆建设的临时结构。钢桁架顶部距国家体育馆屋顶张弦梁2～8m，距张弦梁索1～6m。主体钢结构长约124m，为场馆数字轴线方向，在场馆(8)～(23)轴间;桁架最大跨度为74.7m，沿场馆字母轴线方向设置，在?～○P轴间。结构最高点标高29.566m，支座位于标高2.980～21.600m混凝土看台柱顶部。主结构由14榀平面主桁架、9榀侧向次桁架、钢拉杆支撑及设备用次梁组成，桁架柱底与混凝土柱铰接。除次梁为H型钢、支撑为钢拉杆外，其他杆件均采用圆钢管。主、次桁架主要为相贯节点及法兰盘连接;支座为销轴节点及弹性钢支座，主桁架矢高1～5m。结构三维效果如图1所示。

　　图1 结构三维效果  

　　钢桁架上部钢屋盖结构形式为单曲面双向张弦桁架钢结构，上弦为正交正放的平面桁架，下弦为预应力张拉索，穿过钢撑杆下端双向锁夹节点，形成双向空间拉索网。桁架两端通过周边较均匀分布的角部8个三向固定球铰支座、6个两向固定可动球铰支座及70个单向滑动球铰支座支承在钢筋混凝土劲性柱顶。

　　正交正放桁架系组成的空间网格结构上弦面内所有杆件及部分腹杆为圆管，其中上弦截面为159×6～480×24，腹杆截面为159×6～351×24，采用无缝钢管。四周支座铸钢节点处腹杆采用矩形管，矩形管截面为□350×350×16×16～□800×500×16×25。下弦面所有杆件为矩形管，采用冷弯或焊接管，截面为350×200×8×8～450×550×25×20。上弦采用焊接球节点，截面为500×18～700×35，下弦梁采用铸钢件连接节点。

　　被拆桁架下为室内首层楼面和座椅区，楼面厚度300mm,C40混凝土承载力为10k N/m²。座椅区在桁架拆除过程中可拆除，拆除后需恢复原样。

　　2 拆除工程难点分析及措施

　　1)拆除工艺拆除工艺基本沿用安装工艺，选用起重机作为构件拆除吊装机械，在起重机吊重不足区域采用倒链作为吊装设备，借助场馆屋盖进行拆除。拆除顺序一般按先安装的后拆除、后安装的先拆除原则，保证施工安全。但本工程若先拆除两侧桁架，起重机受限于站位和被拆桁架空间位置，无法直接进行吊装、拆除，需将被拆除桁架利用倒链垂直下落至下弦设计位置以下约2m位置后，再使用起重机吊装，施工效率低。选择由中间向两侧拆除，可提高施工效率。

　　2)拆除机械选择根据楼板承载力和运输同行道路的限制条件确定最大可使用机械。进入场馆的通道宽7m，有2个直角弯，高3.7m。根据构件质量选择合理的吊装机械:(1)现场设置2台25t汽车式起重机，主臂长38.5m，作为主要拆除机械;(2)设置1台1350SJP高空作业平台车，最大作业高度43m，作为工人高空拆除高强螺栓和销轴的作业平台。

　　3)受场地环境限制，起重机选用、行走路线、作业受到限制。制定针对性措施，保证场馆内起重机行走路线及作业区域结构安全，对起重机站位和吊重做出具体分析。对无法用吊车直接拆除的区域制定特殊吊装工艺。

　　4)主要构件需无损拆除，不得影响再次安装和使用。高强螺栓拆除后不能二次利用，销轴可重复使用，如遇螺栓无法正常拆卸，可在保护主结构的前提下利用气割机切割拆除。

　　3 桁架总体拆除工艺

　　3.1 首吊构件结构应力释放

　　为方便起重机作业，提高施工效率，第1榀钢桁架首先拆除中段部分，受钢桁架中结构内力影响，首吊构件与相邻构件法兰盘间摩擦力很大，不易直接拆除，需先将构件间结构内力释放。采用抵消影响区自重方法释放结构内力，即在首吊构件影响区内设置手拉葫芦抵消构件自重。拆除次桁架时，影响区为相邻主桁架;拆除主桁架中段部分时，影响区为同榀桁架相邻构件和相邻次桁架。

　　3.2 单榀桁架拆除流程

　　拆除第1榀桁架后，起重机工作面增大，后续单榀桁架首段拆除位置选在桁架转弯处受力较小段，先将准备拆除部分的法兰盘螺栓拆除，由升降车配合人工拆除，同时两端挂倒链，法兰盘螺栓拆除完成，收紧拆除段两侧新增倒链，以抵消桁架自重产生的应力，同时放松拆除段倒链，由起重机吊运至地面。拆除流程如图2所示。

　　拆除中间部分桁架，按构件实际质量决定抬吊段数，采用双机抬吊方式拆除。高强螺栓拆除时使用电动扳手对其拆卸，尽可能避免动火作业，如遇螺栓生锈无法拆除，可配合使用螺栓松动剂。落地前，为防止构件受撞击、挤压变形，构件要放置在稳定的枕木上，相同构件叠放时，各层钢构件支点应在同一垂直线上，防止钢构件被压坏变形，严禁集中堆放。

　　3.3 桁架整体拆除流程

　　总体上由中间向两侧拆除，按拆除方式分为A,B,C 3个区域(见图3):中间起重机可自由吊装的A区域，距起重机位置较远处需采用特殊工艺拆除的B,C区域。首先将桁架间连接的次结构(如吊挂用钢梁、消防水管等，保留次桁架)拆除，然后拆除A区域主桁架，次桁架和水平十字撑随着主桁架拆除一并拆除，不得提前大面积拆除，然后按箭头所示方向逐榀拆除。

　　4 特殊拆除吊装工艺

　　4.1 桁架端部旋转构件吊装工艺

　　根据25t汽车式起重机性能分析，可知30m半径内最大吊重0.9t，场馆C区域内主桁架端部距起重机30m处构件重1.426t，单起重机、双机抬吊均不满足要求，需将构件向前移动2m距离至起重机28m吊重半径内并采用双机抬吊。

　　图2 拆除流程示意  

　　图3 桁架分区平面  

　　现场设置2台25t汽车式起重机，主臂长38.5m，副臂长8.3m。作为抬吊机械，每台起重机吊重0.713t，起吊构件时，回转半径均在28m以内，额定起重量1.1t，按规定要求扣减20%吊重系数后，1.1×0.8=0.88t≥0.713t;同时还要求满足双机抬吊时所吊总重小于2台起重机械额定允许起重量总和的75%，即(1.1+1.1)×0.75=1.65t>1.426t，满足吊装要求。

　　先在构件竖直方向挂1个倒链，以销轴为支点，旋转构件减小起重机回转半径，两侧拴缆风绳，放松竖直方向倒链，将构件以销轴为支点旋转前倾，吊点设置在张弦梁端头第2,3个焊接球位置，此时2个吊点均在起重机28m范围内;绑好后，吊装构件离地100mm左右，2台起重机停止起钩，检查吊索、吊具和2台起重机有无异常。

　　4.2 倒链接力空中水平运输吊装工艺

　　25t汽车式起重机30m半径内最大吊重0.9t,30m外存在超出范围桁架，在吊车不能覆盖的B区域无法采用旋转方式，需在屋盖张弦梁设置手拉葫芦、电动葫芦辅助吊装作业。

　　采用倒链接力方式，先采用3个倒链将构件拉至悬空状态，放松竖直方向倒链，拉紧斜拉方向倒链，接力至起重机范围内，移动距离为5～8m，到达起重机吊重范围内，再由起重机吊运至地面。倒链空中水平运输如图4所示。

　　图4 倒链空中水平运输示意 

　　手拉葫芦采用2,3t等型号，起重链定制加长为6m，严格按产品标重要求使用。手拉葫芦上部固定在钢结构屋顶张悬梁节点上，严禁在拉索上设置固定点。屋面桁架单点允许荷载为20k N，即当单个固定点施工荷载<20k N时，原结构安全可靠。当辅助吊装荷载t₁≤20k N时，采用2,3t手拉葫芦，设置单个固定点。当辅助吊装荷载t₁>20k N时，采用3t或5t手拉葫芦，设置多个固定点，固定点个数n>t₁/20k N。经施工模拟计算可知，施工中辅助吊装最大荷载为29k N，需设置2个固定点分散集中荷载。各固定点通过钢丝绳与手拉葫芦连接，各固定点和各钢丝绳对称分布。

　　5 承载力分析

　　5.1 张弦梁

　　根据场馆方和设计方提供的数值，按屋面活荷载计算吊点承载力为36k N，为保证原结构安全可靠，设计方要求施工过程中单个固定点施工荷载<20k N。共进行38个拆除步骤的模拟计算，除34,35,29步骤反力分别为29,23,21k N外，其余步骤反力均<20k N。这3个步骤采用双吊点分担反力。拆除过程中最大应力为-171.18MPa(见图5)，符合要求。

　　图5 模拟计算最大单元应力 

　　5.2 楼板

　　经计算，比赛场活荷载为10k N/m²，轴距8.5m×8.5m,8.5m×12m，梁荷载承载力为722.5k N。50t汽车式起重机自重约42t，吊装重物最重约2t，符合无支撑行车和作业要求。

　　6 安全性保证措施

　　6.1 场馆内原设施保护措施

　　在原结构上悬挂钢丝绳时，为保护原结构不受损坏，在钢丝绳外面套上胶皮套管，起到对原结构的保护效果，施工作业区域满铺施工模板，防止高空坠物损坏楼板表面。起重机支腿处设置路基板，通过路基板将起重机荷载传至混凝土梁。拆除看台位置上方构件前，提前将看台座椅拆除。

　　6.2 高空作业保证措施

　　攀登和悬空作业人员必须经过专业技术培训及专业考试合格，持证上岗，并必须定期进行体检。拆除作业场内所有可能坠落的物件，应一律先拆除或加以固定。随手用工具应放在工具袋内，作业中的走道内余料应及时清理干净，防止坠落，传递物件禁止抛掷。

　　7 桁架拆除再利用措施

　　当每项工程拆除完成，对构件外观及质量进行验收，验收合格后，对构件进行打包并填写《移交记录》。为保证方便再次利用，拆除构件前在平面布置图上按构件种类对构件进行重新编号排序。待运构件按大小分类码放，底层枕垫有足够支撑面，防止支点下沉，挤压构件。运输过程中装载时必须设专人监管，确保堆放牢固稳妥，增加必要绑扎措施，防止构件滑落。

　　8 拆除过程监测

　　根据现场条件，共设置3个基准控制点(见图6)、18个监测点(见图7)，采用全站仪进行观测，建立场内坐标系。拆除前，在监测点设置反光贴，便于拆除时操作。拆除作业时，每日观测≥2次。拆除前确定各监测点数值，便于与拆除作业中的数值进行对比。

　　图6 控制点布置  

　　图7 监测点布置  

　　为保证安全，在第1榀桁架第1段拆除时，因拆除段两侧桁架设有倒链与张弦梁连接，对桁架起到吊挂作用，故桁架向下位移仅25mm，与施工模拟计算结果最大位移(81.96mm)相差56.96mm。桁架上方张弦梁拆除前标高29.113m，拆除后复测标高29.110m，变化值3mm。

　　9 结语

　　室内桁架拆除重点考虑因素为拆除顺序、环境对吊装机械和方法的限制及原结构和被拆结构在拆除过程中的安全。本文总结空间桁架拆除顺序、吊装机械在室内环境的使用、原有结构的保护和特殊吊装工艺的运用，在15d内成功拆除330t桁架，圆满完成拆除任务。