格構式支撐體系在屋蓋管桁架中的研究與應用

郭威

（山西三建集團有限公司，山西 晉城 048000）

1 工程概況

晉城市丹河新城金村新區起步區教育園區共享項目（職院范圍）及教育園區酒店項目設計施工總承包-體育場工程，總建筑面積33362m2；主看臺分為東、西兩個看臺，地上三層，基礎形式為柱下條形基礎；主體為框架結構、局部型鋼柱。

體育場鋼屋蓋為空間管桁架結構，桁架桿件采用圓鋼管，鋼管截面為?89×5～?600×30。體育場整體呈橢圓形，南北軸向長240m，東西軸向寬220m，最大高度為45.2m。傳統支撐體系施工在材料運輸、安裝、拆除方面極為煩瑣，施工安全得不到保障，在施工進度方面較為緩慢。為了優化該道施工工序，該項目經過多次市場調研圖紙深化，擬采用格構式支撐體系，格構式支撐架標準節尺寸為1.5m（長）×1.5m（寬）×2.5m（高），采用?140×4型鋼材質Q235焊接而成，承載力大，標準節之間采用螺栓連接，可以拆卸為格構方框，運輸極為方便，在保證施工安全的同時又提高了工作效率，縮短了工期，降低了施工成本。胎架結構是指主要起承重和支撐作用的腳手架，在模板、吊裝工程以及鋼結構安裝工程中有廣泛的應用。對于復雜的大跨度鋼結構而言，由于在施工過程中，結構的變形和受力狀態與成型后有很大的差異，所以需要利用各式各樣的支撐胎架來保證結構的精度。同時不同的結構形式所用的胎架也各不相同，因此選擇最合理的胎架結構進行施工很有必要。

2 工藝原理及施工流程

工藝原理：格構式胎架類似于格構柱，一般由角鋼和槽鋼等構件組成。格構式支撐架標準節尺寸為1.5m（長）×1.5m（寬）×2.5m（高），采用?140×4型鋼材質Q235焊接而成，承載力大，標準節之間采用螺栓連接，可以拆卸為格構方框，運輸極為方便，在保證施工安全的同時又提高了工作效率，縮短了工期，降低了施工成本。

施工流程：測量定位→胎架轉換梁安裝→胎架安裝→復測固定→桁架吊裝→卸載。

3 操作要點

3.1 施工準備

為確保格構式支撐架的安裝質量及施工安全，安裝實施前編制專項施工方案，經企業技術負責人審批，報總監理工程師審核后，嚴格按方案組織實施。同時根據二次深化后的施工圖紙設計要求，選擇有焊工資格證且經驗豐富的焊工進行平臺轉換梁的施工，按要求做焊接試件并進行工藝性能檢驗，合格后方可正式安裝[1]。

3.2 測量定位

針對本工程的結構特點，制定專項測量技術培訓，落實主要鋼構件的測量參數計算。全部施工測量儀器設備進場之前要進行復驗，并縮短檢測周期。

（1）測量儀器。為了滿足三維坐標的快速測量，提高測量精度，選用全站儀和經緯儀。

（2）測量控制網。測量控制網由測量基準點和各軸線主要投影點構成。場外、場內應各有不少于3個能相互通視的測量基準點和2個高程水準點，以便于相互校核[2]。

（3）測量基準點的功能是作為全站儀在施工過程中定位施測的基準，應滿足通視要求和具備定期復核精度條件，須全過程保護或及時恢復。

（4）各軸線主要投影點，在吊裝前應施測標識在結構上，并進行閉合測量，滿足精度要求。在此基礎上，根據施工要求，增設若干輔助控制點，便于構件安裝時的定位。

3.3 胎架轉換梁的安裝

支撐梁規格為H300×300×8×10，組裝成2.5m×2.5m方形轉換平臺，一組10m，每組支撐體系需要上下2組轉換平臺，一共80組支撐體系，合計需要1600m支撐梁。

3.4 胎架拼裝、吊裝

桁架安裝分區進行，主要圍繞建設施工區域結構形式以及兩端落地生根的形式特點，推動工程施工，其主要優勢在于施工時間的有效縮減，其中分區施工的供需可以根據實際情況推進[3]。本工程施工中，為方便原材料的采購、運輸、實際施工應用等，根據屋蓋桁架結構的細節優勢、施工現場的環境以及成本控制需求，將屋蓋東、西兩側分成6個區域，按照區域分配施工中需要應用的桁架完成分配，每區分配的數量為10個，特殊區域可用12～15個，多數集中于端部區域。

該工程混凝土主體上部為鋼結構空間網格體系組成的桁架單元鋼屋蓋，利用看臺支座及兩端落地支座承擔豎向及水平荷載形成的整體閉合結構體系。鋼屋蓋最高點標高為45.2m，北端落地處標高為－0.9m，南端落地處標高為－0.3m，采用多根圓管相貫節點連接，形成閉合單元。屋蓋東西兩側桁架各分為6個施工區域，先施工西側屋蓋桁架，由南北兩端向中間推進施工，再用相同方法施工東側屋蓋桁架。單側屋蓋桁架進行分塊吊裝，兩端的分塊采用搭設腳手架，高空散裝，其他分塊采用現場拼裝，利用350t履帶吊進行吊裝，設置支撐架進行支撐。懸挑區域部分采用地面拼裝，分塊吊裝的方法施工，在吊裝分塊下設置支撐架。支撐架高度較高，在22.5～28.5m之間，標準節尺寸為2.0m×2.0m×1.5m；支撐架四肢鋼管規格為P114×5（LZ-1），支撐架腹桿鋼管規格為P89×4（GF）。屋蓋桁架采用地面分塊拼裝，設置支撐架，分塊吊裝。

本工程支撐架具有支撐重量重、支撐胎架高度高等特點，對支撐架的強度及穩定性起控制作用。支撐架的穩定性主要通過支撐架的長細比進行控制。支撐架需要提前進場進行組裝，待看臺具備安裝支撐架時進行安裝，用纜風繩進行4個方向拉設固定，保證其穩定性。待桁架整體安裝完成后，進行整體拆除支撐架，安裝拆除支撐架計劃使用1臺80t和2臺50t汽車吊進行作業，東西看臺各需要施工3個月。

西看臺需要規格2.0m×2.0m×1.5m支撐架665m；東看臺和西看臺桁架為對稱結構，東看臺也需要支撐架665m，合計需要2.0m×2.0m×1.5m支撐架為1330m。

就位操作階段：就位操作過程中，為方便人們的上下及水平行走，在水平（徑向上）用桁架連接起來。該水平桁架有兩個作用：①作為支撐胎架的水平支撐；②操作人員的水平通道。

支撐架設置有以下4個具體要求。

（1）支撐架的位置嚴格按主體結構的分段位置設立。

（2）支撐架由于受力較大，且部分設置在看臺上，所以必須對看臺混凝土相應結構進行計算并加強，確保看臺結構不被破壞并保證桁架吊裝的安全。

（3）支撐架必須保證設立后的整體穩定性，采用剛性支撐及纜風繩將支撐架與看臺及地面進行穩定加固。

支撐架纜風繩設置：纜風繩設置以最高的支撐架為例，支撐架高約50m，每隔15m設置一道纜風繩，共需拉設12根纜風繩。纜風繩拉設時纜風繩與地面的夾角不得小于60°。纜風繩錨固當纜風繩可在混凝土柱、梁上綁扎固定，當無法在柱梁上固定時采用以下方法。

纜風繩錨固方法有兩種：①支撐架設置在混凝土看臺上，纜風繩需拉設在混凝土看臺上，錨固時在混凝土看臺臺階預埋件上。②纜風繩需拉設在自然地面上時，錨固時有可以拉設的柱子等固定物則拉設在固定物上，沒有固定物則制作活動地錨，拉設在地錨上。

（4）支撐架架頂部的就位胎架模板的坐標定位尺寸必須得到保證，用全站儀進行精確定位。

胎架安裝中防腐涂料的操作有以下4個要求。

（1）配置防腐涂料的過程中，為避免油漆影響周邊施工環境可通過設置防污布減少對地面的損害。

（2）配置油漆的過程中，為保證油漆質量，需要嚴格按照施工說明書進行，做到根據需求配置，避免浪費。

（3）實行油漆的補刷時，施工人員需要重視外觀的整齊度，保證各個區域油漆均勻涂抹，不出現漏刷現象。

（4）由于該項工作是露天作業，在實際施工中需要考慮天氣及季節方面因素的影響，尤其是氣溫低、濕度大、雨水充沛的天氣切勿進行油漆補刷。

防火涂料施工操作有以下5個要求。

（1）表面清理工作中，施工人員需要保持防火架構表面的清潔度，具體要求為干燥、無異物、表面無任何覆蓋物質，檢測可通過施工人員自行判斷，如出現異?？梢娖浔砻娴挠椭覊m等清理干凈。

（2）遮蔽、保護工作中，施工人員應盡可能保證遮蔽物的干凈與整潔度。

（3）防火涂料涂抹中，可采用滾涂的形式推進，保持恒溫狀態下涂抹涂料，且環境濕度需要在正常狀態之下。涂抹次數為1～2次，兩次涂抹時間可控制在4～6h。

（4）校驗環節，施工人員可根據防火涂料的實際厚度進行測量，如果涂抹中厚度不均勻，或因為表面平整度不夠，涂抹中會出現凹凸現象且厚度過厚會造成涂料斷裂等問題。除此之外，在交接工作時，交接資料也應準備好保證齊全。

（5）為保證環境干凈整潔，達到實際交工標準，為項目投資建設保留良好的印象，在完工后可將施工中做的保護設施拆除，并清理環境，保證整潔度，加深使用者使用印象，具體的測評可通過目測完成。

3.5 支撐架卸載

支撐胎架卸載過程既是釋放胎架中的內力和拆除胎架的過程，是桿件內力重分布的過程，也是屋蓋結構產生變形和結構體系穩步成型的過程。在此過程中，支撐胎架和結構體系中的受力十分復雜。為防止發生意外，確保卸載的順利進行，應采取特殊的技術措施：①卸載方案不僅要考慮主體結構對卸載步驟和順序的影響，同時也要考慮臨時支撐系統剛度的影響。②卸載操作過程是以調整千斤頂的行程為主，這一行程已包括了支撐系統的反彈效應。而對于主體結構和臨時支撐在卸載過程中的安全程度通過力的控制來達到。③在正式卸載前，要進行模擬試驗。④為確保結構體系的安全，卸載每進行一步后應稍作停頓，進行檢查和監視。⑤根據理論計算的結果，在卸載整個過程中，每個卸載點除了豎向的位移外，均存在水平方向的位移，水平位移的出現勢必對卸載千斤頂頂部產生非常不利的水平推力，使千斤頂出現傾覆，導致卸載點的失效。為確保安全，避免千斤頂的破壞，在主結構下弦下表面設置水平支頂托座，千斤頂上端設置鞍座（可轉向）和支托，減少水平位移對液壓千斤頂的影響。⑥支撐架的卸載順序是：首先對體育場內側的格構式支撐架進行卸載，再由中間向兩邊分步分批次卸載。卸載時屋蓋結構除有向下的變形外，還有向體育場內側的水平變形。

4 質量控制

4.1 測量質量控制

①儀器定期進行檢驗校正，確保儀器在有效期內使用，在施工中所使用的儀器必須保證精度達標。②保證測量人員持證上崗。③各控制點應分布均勻，并定期進行復測，以確?？刂泣c的精度。④施工中放樣應進行檢核，保證其準確性。⑤根據施工區的地質情況、通視情況對測量方法進行優化，并盡量在外界條件較好的環境下進行測量。

4.2 焊接質量控制

①焊接工程師、焊接質檢人員、無損探傷人員及焊工必須持證上崗。②對各類焊接接頭編制焊接工藝評定，現場焊接參數按照焊接工藝評定進行。③由專人保管焊機、保溫箱、檢測設備，并定期進行檢查和維修，保證施工機械能滿足現在安裝質量的要求。④加強對焊接材料的選擇和保管，焊材在使用前必須經過烘焙，經烘焙的焊條必須放在保溫筒內，隨取隨用。當日未使用完的焊條必須收回，焊條烘焙兩次以上必須申請報廢處理，并分開存放、標識明確。⑤在特殊環境下施工時，嚴格按照季節性施工措施進行，保證焊接質量。⑥在所有構件焊接、探傷后提交所有質量資料，請監理復驗。

5 安全措施

本工程支撐架在卸載過程中監控是一項重點，卸載監控應分為兩大項：①鋼結構單位對卸載過程中鋼結構部分進行監控。②土建單位對支撐架卸載過程中對土建混凝土結構的監控。

針對鋼結構的卸載監控人員要配備到位，現場項目經理根據卸載順序配備相關人員監控，并組織業主、項目部和監理等相關技術、管理負責人到場。

支撐架卸載的技術設備監控也應到位，現場測量人員必須利用全站儀對整個卸載過程進行實時監控，并對相應的測量數據進行計入，以便后續分析。

6 環保措施

①電動設備及工具應安裝在專用加工棚內，且加工棚的四周采取防吸音措施，以免施工噪聲超標而影響周圍居民休息。②各種機械設備維修保養使用的潤滑油不得隨意丟棄，以免污染地面。③各種機械設備噪聲超標或有雜音時，應停機檢修，嚴禁帶病作業。④夜間焊接施工時，焊接區域采取遮光板隔離，防止光污染。⑤工作完畢后應切斷電動設備電源，將工作范圍內廢料和垃圾清理干凈。

7 特殊季節的施工保證措施

7.1 雨季施工預防管理措施

（1）小組合作，完成預計防汛防洪工作，落實具體的負責人員，制定防洪方案，進行多方面因素考慮與準備，保障在文明施工的同時，為之后的施工做足準備。

（2）管理人員需加強對天氣情況的預測，通過氣象環境信息的收取，及時通報本日與明日天氣，以方便相關人員事先做好調整。

（3）工程施工管理中心應事先做好預防措施，保證施工調整的及時性。

7.2 雨季防護措施

（1）做好構件的及時固定，檢查其中是否存在未落實的情況，并及時進行構件的調整，拉設好纜風繩，避免構件傾倒或是脫落。

（2）注意環境問題，以免出現木質材料變形或是金屬材料生銹現象。

（3）值班人員需完成值班記錄工作，同時記錄施工期間的天氣情況，尤其是在雨季，工作人員及現場施工管理人員可根據第二天的天氣情況做好第二天的施工計劃。

（4）施工人員在預計環境特殊的情況下，需對施工方案進行調整，對工人的技術水平有所了解，在技術交底的情況下，減少施工周期延誤的情況。

（5）由于雨季氣候多變，為減少外部環境對格構式支撐系統的影響，在大雨之后施工人員要進行現場施工內容、機械設備以及材料等方面的檢查。

（6）保證現場各重要場所的防水性，做好隔離工作，通過下墊上蓋等形式完成。

（7）雨季過后由于各設備處于超值狀態，施工人員容易受到電擊，需做好絕緣工作。

8 驗收標準

由于驗收工作時格構是支撐體系在屋蓋管桁架中最重要的程序，其直接決定著該項工作能否高效完成，在效率與質量得到保證的情況下，確保符合驗收標準。因此，為保證驗收程序的科學性，施工人員可以從驗收流程著手，在項目合格的情況下，經施工單位項目技術負責人員及總監理工程師的簽字后，方可進入下一施工環節。

實際的驗收程序中，管理人員需要從多個方面做好驗收工作：①管理人員根據標準及深化圖了解此部分內容是否高質量完成，分析屋蓋管桁架的規格、品種、型號、數量、質量等要求算出所需要甲方指定產品清單，送交到相關部門。②該部門根據實際采購的數量，按批次向施工單位提供材料。③供應部門在實際的工作中，應該將所需物品的材料詳細列出，實行崗位責任制，每個人都需要為自己的工作內容負責，一旦出現問題，需履行自身責任。④質量部負責對進場材料的保管工作，并通過倉庫完成后續的一系列管理工作，盡量減少各種自然災害以及非自然災害現象的影響。⑤原材料在采購中通常會按照材料進行詳細標注，保證材料的固定、焊接工藝順利推進。提高對材料節省、成本控制等問題的關注。

質量監督檢查人員需要嚴格控制材料各項技術指標，檢查其涉及的規范是否相悖，如果資料清單中存在疑問，可對此項單據提出質疑，雙方互相核對之后，再完成確認工作。

9 結語

本工程鋼屋蓋空間管桁架結構通過采用格構式支撐體系施工技術，構造簡單、安裝方便、操作靈活，確保鋼屋蓋的安裝質量，降低了施工成本，為之后的施工技術提升打牢基礎。