鋁合金網殼屋蓋施工中措施鋼平臺的提升支架系統設計

袁 鼎

上海市機械施工集團有限公司 上海 200072

1 工程概況

在上海漕河涇新建生產及輔助用房項目屋蓋工程中，措施鋼平臺是聯系各塔樓頂部的鋁合金網殼屋蓋的施工平臺（圖1）。在策劃頂部鋁合金網殼屋蓋施工之前，項目中所有的塔樓均已完成結構施工。因此，提升措施鋼平臺所需的提升支架均需依附或借助于已有結構[1-3]。提升支架的架設與使用不能對已完工的主體結構造成損害。在該項目中，主體結構上并未為安裝鋁合金網殼屋蓋留出施工所需的埋件等措施。

2 設計難點及對策

1）塔樓間最遠間距130 m，最近間距75 m，措施平臺跨度較大。因此，需要在沒有塔樓結構的跨中建立起提升點以減小跨度（圖2），保證措施用鋼的經濟性。

圖2 20個提升點與臨時支架布置示意

圖1 措施鋼平臺與塔樓T1、T3（已建成）間關系示意

2）塔樓結構、裙房結構等并未按整體提升/下降施工的需求設置埋件。因此，需通過后置埋件、構造處理等來解決該問題。

3）塔樓結構并未考慮整體提升/下降的施工荷載，其梁、柱等結構局部節點存在無法承受措施鋼平臺整體提升/下降時的臨時荷載的情況。因此，需通過局部節點區域加固、增加臨時支撐等方式，對塔樓、裙房頂板等部位進行加固，以滿足施工需要。

4）雖然已建成的塔樓、裙房和地下室等結構有完整圖紙，但由于施工面積比較大，各處施工質量并不一致，無法精準地把握加固效果。因此，需通過原位滿載試驗來進一步確定加固效果，保證結構及施工的安全性。

3 提升支架結構分析計算

根據塔樓與裙房頂部臨時支架的具體情況，分別設計了2種形式的提升支架以滿足要求（圖3、圖4）。提升支架的計算模型及分析結果如表1所示。

圖3 塔樓上的提升支架

圖4 臨時支架頂上的提升支架

表1 提升支架的計算模型及分析結果

4 原位試驗

4.1 試驗目的及監測方案

為考察提升支架在原位加載時，桿件的實際內力分布情況與數值模擬計算結果是否一致，在現場開展了應力監測工作。同時，通過桿件的實際內力情況分析得出結構加固點的受力情況及其安全性。

1）應力監測點布置。選擇3根桿件作為本次原位試驗現場監測的對象，如圖5所示。

圖5 應力監測點布置

2）傳感器截面布置。各測點在截面上的布置形式及其編號如圖6所示。圖6中的黑色三角標記與圖5中的三角標記一一對應，以明確現場的布置位置。

圖6 傳感器截面布置及其編號

4.2 數值模擬

預設初始階段及各個加載階段的測點桿件在數值模擬分析下的內力值，通過數值模擬得出各個階段傳感器處的截面應力值，其中“自重”階段下的內力值和應力值分別為初始內力和初始應力，該階段的數值無法通過現場監測獲得。

應力傳感器選用振弦式應力計，配備四通道無線采集器。振弦式應力計在安裝前應做好放線定位工作，桿件應力測點的位置應與計算假定理論位置一致，同時1個測點處的4個傳感器應在同一截面處。應力計的布置方向應與桿件軸線方向一致。

4.3 加載方式及制度

試驗采用逐級加載制度，共分3級，第1級加載至40 t，第2級加載至80 t，第3級加載至100 t。

4.4 監測數據分析和對比

圖7、圖8和圖9分別給出了測點1、測點2和測點3各個截面位置處的荷載-應力關系曲線。荷載-應力關系曲線表明：提升支架結構桿件各截面處的應力隨荷載的增加呈比例增加，說明桿件在加載過程中，始終處于彈性工作范圍內；所有的應力數值均為負值，說明提升支架各桿件均處于受壓狀態。其中，測點1位于提升支架的豎腹桿上，對應的關系曲線（圖7）表明：豎腹桿的2塊腹板上的應力數值接近，而2塊翼緣板上的應力數值相差較大，說明豎腹桿上不僅有壓力，還有彎矩，屬于壓彎構件。測點2和測點3位于提升支架的斜腹桿上，對應的關系曲線（圖8、圖9）表明：斜腹桿的4塊板件上的應力數值差異較小，說明斜腹桿以軸心受壓為主，桿件次彎矩較小。

圖7 測點1的荷載-應力關系曲線

圖8 測點2的荷載-應力關系曲線

圖9 測點3的荷載-應力關系曲線

圖10、圖11和圖12分別給出了測點1、測點2和測點3所在截面上的荷載-軸力關系曲線。荷載-軸力關系曲線表明：各測點截面上的實測軸力與荷載呈線性增長的關系，且趨勢與理論分析結果一致，但各測點的軸力實測值均低于理論分析值，與理論值的差異不大于20%。

②工程耐久性。治理工程應該具備一定的耐久抗老化功能，耐水耐氣侵蝕，避免治理工程實施后進行重復性維修工作。

圖10 測點1的荷載-軸力關系曲線

圖13給出了測點1所在截面上的荷載-彎矩關系曲線。荷載-彎矩關系曲線表明：該截面上的彎矩隨荷載增長的變化趨勢與理論分析結果一致，但彎矩實測值低于理論分析值，且與理論值差異較大。

圖11 測點2的荷載-軸力關系曲線

圖12 測點3的荷載-軸力關系曲線

圖13 測點1的荷載-軸力彎矩關系曲線

4.5 試驗結論

從試驗的對比數據可以得到如下主要結論：

1）隨著加載的量值增加，提升支架桿件的內力也隨之增加，并呈線性變化，實測值與理論值的變化趨勢一致。提升支架的應力數值并未超過材料設計強度，因此提升支架始終處于彈性變形狀態。

2）桿件實測軸力值較理論計算值偏小，可能的原因包括數值模擬時考慮的提升荷載偏心距偏大，計算模型中斜桿的角度與實際安裝的角度不同等。

3）桿件實測彎矩值較理論計算值偏小。理論值與實測值均表明立桿上的彎矩值明顯大于斜桿上的彎矩值，但實測值表明斜桿的次彎矩非常小，斜桿接近理想二力桿。

5）總體而言，現場監測得到的數據與理論計算的變化趨勢吻合，換算得到的內力值差異并不大，因此監測數據是可信、有效的，并證明支撐架內力分布情況與理論計算基本相同。

6）試驗中，通過對混凝土加固節點的觀察，結合由鋼結構得到的內力進行復算，可知混凝土加固節點安全。

5 實施效果

根據上述設計及試驗結論，在施工現場完成了2種類型提升支架的設置及相關措施工作（圖14、圖15）。在后續措施鋼平臺的整體提升過程中，通過施工過程桿件應力監測，證明其與試驗情況接近，取得了良好的效果。

圖14 塔樓上的提升支架

6 結語

圖15 臨時支架上的提升支架

當前的建筑呈現出越來越多的結構形式，一方面這些新的建筑結構形式展現了不同的建筑結構美感，但在另一方面也增加了施工難度，需要通過一系列結構計算來確定最優施工方案。如何設定結構計算的邊界條件，并確保計算結果符合實際工況的需求是一大難題。漕河涇新建生產及輔助用房項目即通過施工現場原位滿載試驗來驗證計算數據的準確性，證明屋蓋臨時支架系統的可靠性。在面對復雜工況時，本工程實例的成功實施為今后的類似施工計算驗證提供了一定的方案參考。