中國建筑金屬結(jié)構(gòu)協(xié)會
建筑鋼結(jié)構(gòu)分會主辦
[摘要] 針對深圳大運(yùn)中心主體育場鋼結(jié)構(gòu)工程單層折面空間網(wǎng)格的結(jié)構(gòu)特征和施工難度，確定了采用四角錐臺形胎架與可拆裝式標(biāo)準(zhǔn)節(jié)形胎架相結(jié)合的支撐方案，并將施工過程模擬計(jì)算結(jié)果與實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，驗(yàn)證了支撐設(shè)計(jì)的合理性與經(jīng)濟(jì)性。
[關(guān)鍵詞] 單層折面空間網(wǎng)格，臨時支撐體系，可拆裝式胎架，應(yīng)力-應(yīng)變監(jiān)測，數(shù)據(jù)分析
1 工程概況
深圳大運(yùn)中心主體育場鋼屋蓋為馬鞍形單層折面空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)（見圖1），鋼結(jié)構(gòu)平面形狀為270m×285m的橢圓形，由20個相近似的單層折面單元組成，鋼屋蓋最高點(diǎn)51.3m，懸挑長度51.8m ～68.4m，主體結(jié)構(gòu)總用鋼量約1.8萬噸。該結(jié)構(gòu)最大的特點(diǎn)是僅有20個球鉸支座支承上部的單層折面大跨度懸挑網(wǎng)殼，并立足于土建混凝土結(jié)構(gòu)上。因此結(jié)合土建結(jié)構(gòu)的梁柱布置位置，本工程選取了三種形式的胎架支撐（見圖2、3）：①背峰背谷胎架采用四角錐臺形胎架支撐，柱腳布置于混凝土柱頂；②冠谷胎架采用下部錐臺型擴(kuò)大節(jié)與上部標(biāo)準(zhǔn)節(jié)結(jié)合的胎架支撐，柱腳布置于混凝土柱頂；③內(nèi)環(huán)采用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)胎架支撐，柱腳設(shè)置獨(dú)立基礎(chǔ)。
圖1 鋼屋蓋與土建結(jié)構(gòu)整體效果圖
圖2 鋼屋蓋與胎架整體效果圖
圖3 臨時支撐胎架剖面圖
2 胎架設(shè)計(jì)與應(yīng)用
2.1 胎架平面布置
本工程共設(shè)置82個胎架（見圖4），采用Q345材質(zhì)的不同型號圓管約2000噸，分別布置在背峰、背谷、冠谷、內(nèi)環(huán)節(jié)點(diǎn)下方，可拆裝式胎架和不可拆裝式胎架各占一半，圖4藍(lán)色部分為全焊接不可拆裝式胎架，紅色部分為高強(qiáng)螺栓連接可拆裝循環(huán)利用式胎架。
圖4胎架布置圖
2.2 胎架設(shè)計(jì)
2.2.1 可拆裝式
本工程中可拆裝式胎架分布在冠谷和內(nèi)環(huán)節(jié)點(diǎn)下方，胎架安裝在構(gòu)件開始吊裝前基本完成,。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)主管采用Φ203*8mm，水平腹桿采用Φ102*5mm，斜腹桿采用Φ146*8mm，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)考慮到方便堆放和安裝，在結(jié)構(gòu)上采用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)相對的兩側(cè)主管和腹桿采用相貫焊接，焊接為整體，另外兩側(cè)腹桿和主管采用M30高強(qiáng)度螺栓連接，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)與標(biāo)準(zhǔn)節(jié)之間采用M40高強(qiáng)度銷軸連接。頂部設(shè)置由HP300*305*15*15和HM148*100*6*9上鋪6毫米厚鋼板組成的鋼平臺。平臺主梁HP300*305*15*15十字交叉與主管之間全熔透圍焊（見圖5、6、7）。
圖5冠谷和內(nèi)環(huán)胎架
圖6胎架照片
圖7節(jié)點(diǎn)照片
2.2.2 不可拆裝式
背峰，背谷胎架豎向荷載較大，個別胎架局部水平推力也過大，一方面考慮到柱腳要落在混凝土柱頂，另一方面考慮到側(cè)向穩(wěn)定，胎架采用鋼管焊接為整體的錐臺，主管采用鋼管Φ325X10，腹桿采用鋼管Φ219x8，腹桿和主管以及腹桿和腹桿之間均采用相貫焊接焊接（見圖8）。頂部與內(nèi)環(huán)胎架一樣設(shè)置。
圖8背峰和背谷胎架
2.3 胎架安裝
臨時胎架安裝工藝流程為：胎架制作驗(yàn)收→埋件預(yù)埋→測量放線→胎架吊裝就位→校正與臨時固定→連系桁架和支撐安裝→整體校正焊接。其中可拆裝式胎架在地面進(jìn)行單節(jié)拼裝，然后再高空拼裝。（見圖9、10、11）
圖9埋件安裝
圖10不可拆裝式胎架安裝
圖11可拆裝式胎架安裝
3 胎架監(jiān)測及數(shù)據(jù)分析
3.1 胎架監(jiān)測方案
本工程采用鋼弦式應(yīng)變傳感器（如圖12）。這種傳感器量程大、精度高、非線性范圍大、零漂、溫漂范圍微小，對測量精度基本無影響，且自身防護(hù)破損的能力好，便于環(huán)境惡劣的施工現(xiàn)場長期觀測，是應(yīng)力-應(yīng)變測量較理想的傳感元件。
圖12鋼弦式應(yīng)變傳感器
通過有限元模擬計(jì)算，得出以下部分胎架在最不利工況下的應(yīng)力比都在0.7左右，因此重點(diǎn)監(jiān)控這部分胎架桿件。本工程為雙軸對稱結(jié)構(gòu)，為了結(jié)果具有較高的可比性和方便記錄監(jiān)測結(jié)果，選擇對稱區(qū)域相同設(shè)置的胎架進(jìn)行監(jiān)測，以南北軸為界，東邊為A區(qū)，西邊為B區(qū)，具體見表1和圖13.
表1：胎架結(jié)構(gòu)應(yīng)變測點(diǎn)
圖13胎架編號圖
整個監(jiān)測過程中將進(jìn)行18次應(yīng)變（應(yīng)力）測讀，詳見表2所示。
表2 監(jiān)測工況說明表
3.2 應(yīng)力測點(diǎn)布置原則
背峰、背谷胎架上部測點(diǎn)布置遵循以下原則：柱腳選取計(jì)算模型中應(yīng)力較大桿件進(jìn)行監(jiān)測，同時選取此柱腳所在的桿件上端為測點(diǎn)，且盡量靠近與腹桿連接的焊縫的周圍（見圖14描紅位置）。
冠谷每一個胎架設(shè)三個測點(diǎn)，分別在柱頂和柱腳以及中部，冠谷柱腳測點(diǎn)的布設(shè)與背峰、背谷胎架柱腳測點(diǎn)布設(shè)方法相同，冠谷胎架上部測點(diǎn)布置遵循以下原則：
1.選取柱腳測點(diǎn)所對應(yīng)的上部立柱設(shè)置測點(diǎn)；
2.測點(diǎn)布置在連系桁架的上下八字撐與胎架立柱連接點(diǎn)部位，并靠近焊縫；
3.上八字撐與連系桁架連接處，在桁架上弦設(shè)置測點(diǎn)。當(dāng)同一個立柱既連接徑向連系桁架，又連接了環(huán)向連系桁架時，測點(diǎn)設(shè)置在環(huán)向連系桁架上。（如圖15描紅位置）
內(nèi)環(huán)除柱腳不設(shè)置測點(diǎn)外，其余同冠谷一樣。
圖14背谷背峰胎架桿件測點(diǎn)布置示意圖
圖15冠谷胎架測點(diǎn)布設(shè)示意圖
監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行換算后，部分典型胎架構(gòu)件的應(yīng)力曲線如圖16、17、18、19所示：
圖16胎架6c底部應(yīng)力曲線
圖17胎架6c頂部應(yīng)力曲線
圖18胎架4d頂部應(yīng)力曲線
圖19胎架5d頂部應(yīng)力曲線
從以上曲線圖可以看出，理論值與實(shí)測值有一定差別，主要表現(xiàn)和原因分析見表3：
表3分析表
4 結(jié)語
經(jīng)過有限元模擬計(jì)算和實(shí)地監(jiān)測，本工程的胎架設(shè)置合理，在整個施工過程中，胎架主要構(gòu)件的應(yīng)力與計(jì)算理論值趨勢走向基本一致，并未發(fā)生局部不可逆轉(zhuǎn)的破壞，可拆裝式胎架可以繼續(xù)應(yīng)用到下一工程中，滿足了胎架設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)合理的原則。
參考文獻(xiàn)：
【1】. 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］GB50017-2003，北京鋼鐵設(shè)計(jì)研究總院,北京，中國計(jì)劃出版社,2003。
【2】. 鄶國雄 （中建鋼構(gòu)有限公司 廣東 廣州 510000）廣州歌劇院鋼結(jié)構(gòu)施工胎架設(shè)計(jì)與搭設(shè)
【3】. 嚴(yán)小霞 單層折面空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)臨時支撐體系的設(shè)計(jì)與應(yīng)用 《鋼結(jié)構(gòu)》2011年01期第26卷總第142期
作者簡介：第一作者：歐陽超； 性別：男 ；出生日期：1964.02.01； 學(xué)歷：碩士研究生；職稱：教授級高工；
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