鋼結構技術論文
中國建筑金屬結構協會
建筑鋼結構分會主辦
[摘要] 針對深圳大運中心主體育場鋼結構工程單層折面空間網格的結構特征和施工難度，確定了采用四角錐臺形胎架與可拆裝式標準節形胎架相結合的支撐方案，并將施工過程模擬計算結果與實時監測數據進行對比，驗證了支撐設計的合理性與經濟性。
[關鍵詞] 單層折面空間網格，臨時支撐體系，可拆裝式胎架，應力-應變監測，數據分析
1 工程概況
深圳大運中心主體育場鋼屋蓋為馬鞍形單層折面空間網格結構（見圖1），鋼結構平面形狀為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51.3m，懸挑長度51.8m ～68.4m，主體結構總用鋼量約1.8萬噸。該結構最大的特點是僅有20個球鉸支座支承上部的單層折面大跨度懸挑網殼，并立足于土建混凝土結構上。因此結合土建結構的梁柱布置位置，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大節與上部標準節結合的胎架支撐，柱腳布置于混凝土柱頂；③內環采用標準節胎架支撐，柱腳設置獨立基礎。
圖1 鋼屋蓋與土建結構整體效果圖
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 胎架設計與應用
2.1 胎架平面布置
本工程共設置82個胎架（見圖4），采用Q345材質的不同型號圓管約2000噸，分別布置在背峰、背谷、冠谷、內環節點下方，可拆裝式胎架和不可拆裝式胎架各占一半，圖4藍色部分為全焊接不可拆裝式胎架，紅色部分為高強螺栓連接可拆裝循環利用式胎架。
圖4胎架布置圖
2.2 胎架設計
2.2.1 可拆裝式
本工程中可拆裝式胎架分布在冠谷和內環節點下方，胎架安裝在構件開始吊裝前基本完成,。標準節主管采用Φ203*8mm，水平腹桿采用Φ102*5mm，斜腹桿采用Φ146*8mm，標準節考慮到方便堆放和安裝，在結構上采用標準節相對的兩側主管和腹桿采用相貫焊接，焊接為整體，另外兩側腹桿和主管采用M30高強度螺栓連接，標準節與標準節之間采用M40高強度銷軸連接。頂部設置由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冠谷和內環胎架
圖6胎架照片
圖7節點照片
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，另一方面考慮到側向穩定，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）。頂部與內環胎架一樣設置。
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：胎架制作驗收→埋件預埋→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行單節拼裝，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 胎架監測及數據分析
3.1 胎架監測方案
本工程采用鋼弦式應變傳感器（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，且自身防護破損的能力好，便于環境惡劣的施工現場長期觀測，是應力-應變測量較理想的傳感元件。
圖12鋼弦式應變傳感器
通過有限元模擬計算，得出以下部分胎架在最不利工況下的應力比都在0.7左右，因此重點監控這部分胎架桿件。本工程為雙軸對稱結構，為了結果具有較高的可比性和方便記錄監測結果，選擇對稱區域相同設置的胎架進行監測，以南北軸為界，東邊為A區，西邊為B區，具體見表1和圖13.
表1：胎架結構應變測點
圖13胎架編號圖
整個監測過程中將進行18次應變（應力）測讀，詳見表2所示。
表2 監測工況說明表
3.2 應力測點布置原則
背峰、背谷胎架上部測點布置遵循以下原則：柱腳選取計算模型中應力較大桿件進行監測，同時選取此柱腳所在的桿件上端為測點，且盡量靠近與腹桿連接的焊縫的周圍（見圖14描紅位置）。
冠谷每一個胎架設三個測點，分別在柱頂和柱腳以及中部，冠谷柱腳測點的布設與背峰、背谷胎架柱腳測點布設方法相同，冠谷胎架上部測點布置遵循以下原則：
1.選取柱腳測點所對應的上部立柱設置測點；
2.測點布置在連系桁架的上下八字撐與胎架立柱連接點部位，并靠近焊縫；
3.上八字撐與連系桁架連接處，在桁架上弦設置測點。當同一個立柱既連接徑向連系桁架，又連接了環向連系桁架時，測點設置在環向連系桁架上。（如圖15描紅位置）
內環除柱腳不設置測點外，其余同冠谷一樣。
圖14背谷背峰胎架桿件測點布置示意圖
圖15冠谷胎架測點布設示意圖
監測結果進行換算后，部分典型胎架構件的應力曲線如圖16、17、18、19所示：
圖16胎架6c底部應力曲線
圖17胎架6c頂部應力曲線
圖18胎架4d頂部應力曲線
圖19胎架5d頂部應力曲線
從以上曲線圖可以看出，理論值與實測值有一定差別，主要表現和原因分析見表3：
表3分析表
4 結語
經過有限元模擬計算和實地監測，本工程的胎架設置合理，在整個施工過程中，胎架主要構件的應力與計算理論值趨勢走向基本一致，并未發生局部不可逆轉的破壞，可拆裝式胎架可以繼續應用到下一工程中，滿足了胎架設計經濟合理的原則。
參考文獻：
【1】. 鋼結構設計規范［S］GB50017-2003，北京鋼鐵設計研究總院,北京，中國計劃出版社,2003。
【2】. 鄶國雄 （中建鋼構有限公司 廣東 廣州 510000）廣州歌劇院鋼結構施工胎架設計與搭設
【3】. 嚴小霞 單層折面空間網格結構臨時支撐體系的設計與應用 《鋼結構》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； 學歷：碩士研究生；職稱：教授級高工；
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