濟南大劇院腳手架體系施工監測與控制

陳 魯 張吉順 董希祥 劉燕萍

(1．同濟大學浙江學院土木系，嘉興314051;2．上海同濟建設工程質量檢測站，上海200092;3．濟南西城投資開發集團有限公司，濟南250001)

1 工程概況

濟南大劇院位于濟南西部新城西客站片區的核心區內。大劇院建筑由三個觀眾廳構成，包括歌劇廳(1 791座)、音樂廳(1 512座)、多功能廳(476座)及輔助功能用房等，總建筑面積74 776 m2，如圖1所示。

大劇院工程主要的高支模區域包括:歌劇廳的主舞臺臺倉上部梁板結構，后舞臺梁板結構，兩個側舞臺及觀眾廳混凝土屋面結構，音樂廳演出大廳屋頂，多功能廳頂部結構，結構如圖2所示。

圖1 大劇院效果圖Fig．1 Rendering of Grand Theater

圖2 結構簡圖Fig．2 Structural diagram

1．1 音樂廳演出大廳屋頂高支模模板體系概況

音樂廳演出大廳混凝土結構在音樂廳兩弧形剪力墻內側，屋面大梁為勁型鋼骨混凝土梁。音樂廳模板體系的整體設計思路為利用鋼骨自身承載力，采取懸掛體系進行模板組立系統支設。利用鋼骨吊掛體系作為模板組立系統，即利用鋼骨腹板上原有預留孔洞及補充開孔穿入與梁正交向的橫向型鋼吊掛梁底板模板同時抬撐上部梁間板底模支撐架體，如圖3所示。

圖3 音樂廳吊掛模板體系簡圖Fig．3 Music hall hanging formwork system diagram

1．2 歌劇院舞臺高支模模板支撐體系概況

歌劇廳主舞臺、側舞臺以及后舞臺結構采用滿堂架體支撐，模板支撐體系以及立桿平面布置點位示例如圖4所示。

圖4 歌劇院模板支撐體系Fig．4 Opera hall support system

2 監測分項和監測內容

2．1 音樂廳演出大廳屋頂高支模模板體系

監測對象為如下幾類構件:托架梁，即橫穿于各I型鋼骨腹板洞口中的雙拼槽鋼;吊桿，即用以將梁底橫擔吊掛于托架梁上的豎向連桿。采用直徑30螺桿、M30螺栓。監測內容為吊桿拉力，鋼骨混凝土梁梁底撓度以及托架梁撓度。

2．2 歌劇院高支模模板體系

監測對象為如下幾類構件:支撐體系立桿;支撐體系整體結構。監測內容為主舞臺、側舞臺、后舞臺以及觀眾大廳支撐體系立桿的兩端軸力，主舞臺支撐體系的整體側向位移。

3 監測設備和技術方法

3．1 吊桿拉力監測

采用穿心式壓式負荷傳感器(量程100 kN)進行測量和監控。壓式負荷傳感器是利用電阻應變的原理，將高精度的箔式應變計通過一定的方式粘貼在彈性體上。當傳感器受外力作用時，通過外加激勵電壓將受力的大小轉換成相應的電動勢，從而達到測量的目的。傳感器如圖5所示。

圖5 穿心壓式負荷傳感器Fig．5 Through type load sensor

3．2 立桿軸力監測

采用實心式壓式負荷傳感器(量程100 kN)進行測量和監控。傳感器外形如圖6所示。

圖6 實心壓式負荷傳感器Fig．6 Solid type load sensor

3．3 梁底撓度、托架梁撓度、支撐體系位移監控

針對鋼骨混凝土梁的梁底撓度、托架梁的撓度、主舞臺支撐體系的整體側移以及局部位移的測量和監控，采用振弦式位移計進行測量，采用量程50 mm的位移計。振弦式位移計的主要測量元件是一個振弦式位移傳感器，傳感器連接滑動桿。滑動桿傳遞儀器兩端法蘭的伸縮，引起彈簧的張力以及振弦的張力變化。張力的變化量與拉伸量成正比。根據測量的儀器讀數，即可計算出位移量，如圖7所示。

圖7 位移計Fig．7 Displacement meter

3．4 數據采集與傳輸設備

采用無線數據采集器配合筆記本電腦進行現場人工測量，無線數據采集器如圖8所示，數據采集儀將傳感器信號轉換為數字信號，無線傳輸至筆記本電腦終端。采集方式為傳感器—采集器—筆記本電腦終端，配備專用采集軟件進行數據整理與統計，如圖9所示。

4 測點布置

4．1 音樂廳演出大廳模板體系鋼骨混凝土梁梁底撓度監測

音樂廳觀眾大廳樓面鋼骨混凝土梁的梁底撓度監測，三個區域各選擇一點進行監測。各區域均選擇平面位置居中的鋼骨混凝土梁作為監測對象，監測點設置在該鋼骨混凝土梁的跨中位置，共計位移計數量3點。測點布置如圖10所示。

圖8 數據采集器Fig．8 Data collector

圖9 采集流程示意圖Fig．9 Schematic diagram of acquisition process

圖10 鋼骨混凝土梁梁底撓度監測測點布置圖Fig．10 Layout of deflection mornitoring points on steel reinforced concrete beam's bottom

4．2 音樂廳演出大廳模板體系托架梁梁底撓度監測

音樂廳觀眾大廳樓面模板支撐體系的托架梁梁底撓度監測，三個區域各選擇一點進行監測。各區域均選擇平面位置居中的托架梁作為監測對象，監測點設置在該托架梁的跨中位置，共計位移計數量3點。測點布置如圖11所示。

4．3 音樂廳演出大廳模板體系吊桿拉力監測

音樂廳觀眾大廳樓面模板支撐體系的吊桿拉力監測，三個區域每區各選擇兩點進行監測。各區域均選擇平面位置居中以及居于邊緣的各一根托架梁作為監測對象，該托架梁跨中位置各選擇一根吊桿進行拉力測量。共計壓式負荷傳感器數量6點。測點布置如圖12所示。

4．4 歌劇院模板支撐體系立桿軸力監測

圖11 托架梁梁底撓度監測測點布置圖Fig．11 Layout of deflection mornitoring points on bracket beam's bottom

圖12 吊桿拉力監測測點布置圖Fig．12 Layout of deflection mornitoring points on suspender

沿主舞臺模板支撐體系的平面布置，均勻選擇4根立桿進行立桿軸力監測，每根立桿測量上下兩端的軸力，共計壓式負荷傳感器數量8臺。測點布置如圖13所示。

圖13 主舞臺立桿軸力監測測點布置圖Fig．13 Layout of axial force monitoring points on main vertical rods

5 測量數據分析

5．1 鋼骨梁梁底撓度

由圖14鋼骨架梁底撓度變化可以得出:

(1)隨著混凝土澆筑過程，梁底撓度不斷加大。

(2)整個過程最大撓度出現在澆筑完成12 h后，測點位置為鋼骨梁梁底撓度1，撓度數值2．147 mm。

(3)各測點梁底撓度數值較為均勻，最大撓度在1．8 ～2．1 mm 之間。

(4)自澆筑完成至養護12 h后，梁底撓度未出現明顯變化。

(5)梁底撓度滿足設計要求，低于預先設定的撓度限值。

5．2 托架梁梁底撓度

由圖14栓架梁梁底撓度變化可以得出:

圖14 梁底撓度Fig．14 Deflection of beam's bottom

(1)隨著混凝土澆筑過程，梁底撓度不斷加大。

(2)整個過程最大撓度出現在澆筑完成12 h后，測點位置為托架梁梁底撓度2，撓度數值2．477 mm。

(3)各測點托架梁梁底撓度數值較為均勻，最大撓度在1．9～2．5 mm之間。

(4)自澆筑完成至養護12 h后，梁底撓度未出現明顯變化。

(5)梁底撓度滿足設計要求，低于預先設定的撓度限值。

5．3 音樂廳吊桿拉力

由圖15吊桿拉力變化可以得出:

(1)隨著混凝土澆筑過程，吊桿拉力不斷加大。

(2)整個過程最大拉力出現在澆筑完成12 h后，測點位置為13號梁端頭，拉力數值13．4 kN。

(3)自澆筑完成至養護12 h過程，拉力數值未出現明顯變化。

(4)吊桿拉力滿足設計要求，低于預先設定的拉力限值。

圖15 吊桿拉力Fig．15 Tension in suspenders

5．4 主舞臺立桿軸力

由圖16立桿軸力變化可以得出:

(1)隨著混凝土澆筑過程，立桿軸力不斷加大。

(2)整個過程最大拉力出現在澆筑完成12 h后，測點位置為7-1-上，軸力數值13．4 kN。

(3)自澆筑完成至養護12 h過程，軸力數值未出現明顯變化。

(4)立桿軸力滿足設計要求，低于預先設定的軸力限值。

圖16 立桿軸力Fig．16 Axial force of vertical rods

5．5 主舞臺腳手架體系側移

由圖17體系側移變化可以得出:

(1)隨著混凝土澆筑過程，體系側移量不斷加大。

(2)整個過程最大位移出現在澆筑完成12 h后，測點位置為整體側移2，側移數值1．276 mm。

(3)自澆筑完成至養護12 h過程，側移數值未出現明顯變化。

(4)側移量滿足設計要求，低于預先設定的限值。

圖17 側移Fig．17 Lateral displacement

參考《省會文化藝術中心(大劇院)工程歌劇院高架支模計算書》和《省會文化藝術中心(大劇院)工程音樂廳吊掛模板計算書》，混凝土梁的梁底撓度最大容許值3．6 mm，托架梁撓度最大容許值4．16 mm，監測過程未發現數據超限。

6 結語

高架支模體系在專項施工過程中結構安全，穩定性較好，滿足設計以及施工的各項要求，說明該類體系作為大跨度結構體系的施工輔助設施，可以滿足相關要求，具備較好的應用前景。

［1］ 劉應戰，鄭明玉．預應力混凝土連續箱梁施工控制［J］．山西建筑，2005，13(5):79．Liu Yingzhan，Zhen Mingyu．Construction control of prestress concrete continuous boxed beam［J］．Shanxi Architecture，2005，13(5):79．(in Chinese)

［2］ 葉志燕，張其林，姜旭．新型插盤式腳手架的計算理論與設計公式［J］．特種結構，2008，25(4):99-102．Ye Zhiyan，Zhang Qilin，Jiangxu．Calculation theory and design formula for new disk-type scafford［J］．Special Structures，2008，25(4):99-102．(in Chinese)

［3］ 張慎偉，張其林，羅曉群，等．大型復雜鋼結構施工過程計算理論與應用［J］．同濟大學學報(自然科學版)，2009，37(4):445-448．Zhang Shenwei，Zhang Qilin，Luo Xiaoqun，et al．Construction process analysis theory of large scale and complex steel structure and its application［J］．Journal of Tongji University(Natural Science Edition)，2009，37(4):445-448．(in Chinese)

［4］ 張慎偉，張其林，羅曉群，等．高層鋼結構施工過程時變模型理論與跟蹤監測［J］．同濟大學學報(自然科學版)，2009，37(11):1432-1439．Zhang Shenwei，Zhang Qilin，Luo Xiaoqun，et al．Time dependent model theory and track monitoring for construction process of high-rise and steel stuctural building［J］．Journal of Tongji University(Natural Science Edition)，2009，37(11):1432-1439．(in Chinese)

［5］ Guo Yanwen，Peng Qunsheng，Hu Guofei，et al．Smooth feature line detection for meshes［J］．Journal of Zhejiang University Science，2005，6A(5):460-468．

［6］ Mencl R，Muller H．A Graph-based approach to surface reconstruction［J］．Eurographics’95，1995:445-456．