格构式支撑体系在屋盖管桁架中的研究与应用

郭威

（山西三建集团有限公司，山西 晋城 048000）

1 工程概况

晋城市丹河新城金村新区起步区教育园区共享项目（职院范围）及教育园区酒店项目设计施工总承包-体育场工程，总建筑面积33362m2；主看台分为东、西两个看台，地上三层，基础形式为柱下条形基础；主体为框架结构、局部型钢柱。

体育场钢屋盖为空间管桁架结构，桁架杆件采用圆钢管，钢管截面为ϕ89×5～ϕ600×30。体育场整体呈椭圆形，南北轴向长240m，东西轴向宽220m，最大高度为45.2m。传统支撑体系施工在材料运输、安装、拆除方面极为烦琐，施工安全得不到保障，在施工进度方面较为缓慢。为了优化该道施工工序，该项目经过多次市场调研图纸深化，拟采用格构式支撑体系，格构式支撑架标准节尺寸为1.5m（长）×1.5m（宽）×2.5m（高），采用ϕ140×4型钢材质Q235焊接而成，承载力大，标准节之间采用螺栓连接，可以拆卸为格构方框，运输极为方便，在保证施工安全的同时又提高了工作效率，缩短了工期，降低了施工成本。胎架结构是指主要起承重和支撑作用的脚手架，在模板、吊装工程以及钢结构安装工程中有广泛的应用。对于复杂的大跨度钢结构而言，由于在施工过程中，结构的变形和受力状态与成型后有很大的差异，所以需要利用各式各样的支撑胎架来保证结构的精度。同时不同的结构形式所用的胎架也各不相同，因此选择最合理的胎架结构进行施工很有必要。

2 工艺原理及施工流程

工艺原理：格构式胎架类似于格构柱，一般由角钢和槽钢等构件组成。格构式支撑架标准节尺寸为1.5m（长）×1.5m（宽）×2.5m（高），采用ϕ140×4型钢材质Q235焊接而成，承载力大，标准节之间采用螺栓连接，可以拆卸为格构方框，运输极为方便，在保证施工安全的同时又提高了工作效率，缩短了工期，降低了施工成本。

施工流程：测量定位→胎架转换梁安装→胎架安装→复测固定→桁架吊装→卸载。

3 操作要点

3.1 施工准备

为确保格构式支撑架的安装质量及施工安全，安装实施前编制专项施工方案，经企业技术负责人审批，报总监理工程师审核后，严格按方案组织实施。同时根据二次深化后的施工图纸设计要求，选择有焊工资格证且经验丰富的焊工进行平台转换梁的施工，按要求做焊接试件并进行工艺性能检验，合格后方可正式安装[1]。

3.2 测量定位

针对本工程的结构特点，制定专项测量技术培训，落实主要钢构件的测量参数计算。全部施工测量仪器设备进场之前要进行复验，并缩短检测周期。

（1）测量仪器。为了满足三维坐标的快速测量，提高测量精度，选用全站仪和经纬仪。

（2）测量控制网。测量控制网由测量基准点和各轴线主要投影点构成。场外、场内应各有不少于3个能相互通视的测量基准点和2个高程水准点，以便于相互校核[2]。

（3）测量基准点的功能是作为全站仪在施工过程中定位施测的基准，应满足通视要求和具备定期复核精度条件，须全过程保护或及时恢复。

（4）各轴线主要投影点，在吊装前应施测标识在结构上，并进行闭合测量，满足精度要求。在此基础上，根据施工要求，增设若干辅助控制点，便于构件安装时的定位。

3.3 胎架转换梁的安装

支撑梁规格为H300×300×8×10，组装成2.5m×2.5m方形转换平台，一组10m，每组支撑体系需要上下2组转换平台，一共80组支撑体系，合计需要1600m支撑梁。

3.4 胎架拼装、吊装

桁架安装分区进行，主要围绕建设施工区域结构形式以及两端落地生根的形式特点，推动工程施工，其主要优势在于施工时间的有效缩减，其中分区施工的供需可以根据实际情况推进[3]。本工程施工中，为方便原材料的采购、运输、实际施工应用等，根据屋盖桁架结构的细节优势、施工现场的环境以及成本控制需求，将屋盖东、西两侧分成6个区域，按照区域分配施工中需要应用的桁架完成分配，每区分配的数量为10个，特殊区域可用12～15个，多数集中于端部区域。

该工程混凝土主体上部为钢结构空间网格体系组成的桁架单元钢屋盖，利用看台支座及两端落地支座承担竖向及水平荷载形成的整体闭合结构体系。钢屋盖最高点标高为45.2m，北端落地处标高为－0.9m，南端落地处标高为－0.3m，采用多根圆管相贯节点连接，形成闭合单元。屋盖东西两侧桁架各分为6个施工区域，先施工西侧屋盖桁架，由南北两端向中间推进施工，再用相同方法施工东侧屋盖桁架。单侧屋盖桁架进行分块吊装，两端的分块采用搭设脚手架，高空散装，其他分块采用现场拼装，利用350t履带吊进行吊装，设置支撑架进行支撑。悬挑区域部分采用地面拼装，分块吊装的方法施工，在吊装分块下设置支撑架。支撑架高度较高，在22.5～28.5m之间，标准节尺寸为2.0m×2.0m×1.5m；支撑架四肢钢管规格为P114×5（LZ-1），支撑架腹杆钢管规格为P89×4（GF）。屋盖桁架采用地面分块拼装，设置支撑架，分块吊装。

本工程支撑架具有支撑重量重、支撑胎架高度高等特点，对支撑架的强度及稳定性起控制作用。支撑架的稳定性主要通过支撑架的长细比进行控制。支撑架需要提前进场进行组装，待看台具备安装支撑架时进行安装，用缆风绳进行4个方向拉设固定，保证其稳定性。待桁架整体安装完成后，进行整体拆除支撑架，安装拆除支撑架计划使用1台80t和2台50t汽车吊进行作业，东西看台各需要施工3个月。

西看台需要规格2.0m×2.0m×1.5m支撑架665m；东看台和西看台桁架为对称结构，东看台也需要支撑架665m，合计需要2.0m×2.0m×1.5m支撑架为1330m。

就位操作阶段：就位操作过程中，为方便人们的上下及水平行走，在水平（径向上）用桁架连接起来。该水平桁架有两个作用：①作为支撑胎架的水平支撑；②操作人员的水平通道。

支撑架设置有以下4个具体要求。

（1）支撑架的位置严格按主体结构的分段位置设立。

（2）支撑架由于受力较大，且部分设置在看台上，所以必须对看台混凝土相应结构进行计算并加强，确保看台结构不被破坏并保证桁架吊装的安全。

（3）支撑架必须保证设立后的整体稳定性，采用刚性支撑及缆风绳将支撑架与看台及地面进行稳定加固。

支撑架缆风绳设置：缆风绳设置以最高的支撑架为例，支撑架高约50m，每隔15m设置一道缆风绳，共需拉设12根缆风绳。缆风绳拉设时缆风绳与地面的夹角不得小于60°。缆风绳锚固当缆风绳可在混凝土柱、梁上绑扎固定，当无法在柱梁上固定时采用以下方法。

缆风绳锚固方法有两种：①支撑架设置在混凝土看台上，缆风绳需拉设在混凝土看台上，锚固时在混凝土看台台阶预埋件上。②缆风绳需拉设在自然地面上时，锚固时有可以拉设的柱子等固定物则拉设在固定物上，没有固定物则制作活动地锚，拉设在地锚上。

（4）支撑架架顶部的就位胎架模板的坐标定位尺寸必须得到保证，用全站仪进行精确定位。

胎架安装中防腐涂料的操作有以下4个要求。

（1）配置防腐涂料的过程中，为避免油漆影响周边施工环境可通过设置防污布减少对地面的损害。

（2）配置油漆的过程中，为保证油漆质量，需要严格按照施工说明书进行，做到根据需求配置，避免浪费。

（3）实行油漆的补刷时，施工人员需要重视外观的整齐度，保证各个区域油漆均匀涂抹，不出现漏刷现象。

（4）由于该项工作是露天作业，在实际施工中需要考虑天气及季节方面因素的影响，尤其是气温低、湿度大、雨水充沛的天气切勿进行油漆补刷。

防火涂料施工操作有以下5个要求。

（1）表面清理工作中，施工人员需要保持防火架构表面的清洁度，具体要求为干燥、无异物、表面无任何覆盖物质，检测可通过施工人员自行判断，如出现异常可见其表面的油脂灰尘等清理干净。

（2）遮蔽、保护工作中，施工人员应尽可能保证遮蔽物的干净与整洁度。

（3）防火涂料涂抹中，可采用滚涂的形式推进，保持恒温状态下涂抹涂料，且环境湿度需要在正常状态之下。涂抹次数为1～2次，两次涂抹时间可控制在4～6h。

（4）校验环节，施工人员可根据防火涂料的实际厚度进行测量，如果涂抹中厚度不均匀，或因为表面平整度不够，涂抹中会出现凹凸现象且厚度过厚会造成涂料断裂等问题。除此之外，在交接工作时，交接资料也应准备好保证齐全。

（5）为保证环境干净整洁，达到实际交工标准，为项目投资建设保留良好的印象，在完工后可将施工中做的保护设施拆除，并清理环境，保证整洁度，加深使用者使用印象，具体的测评可通过目测完成。

3.5 支撑架卸载

支撑胎架卸载过程既是释放胎架中的内力和拆除胎架的过程，是杆件内力重分布的过程，也是屋盖结构产生变形和结构体系稳步成型的过程。在此过程中，支撑胎架和结构体系中的受力十分复杂。为防止发生意外，确保卸载的顺利进行，应采取特殊的技术措施：①卸载方案不仅要考虑主体结构对卸载步骤和顺序的影响，同时也要考虑临时支撑系统刚度的影响。②卸载操作过程是以调整千斤顶的行程为主，这一行程已包括了支撑系统的反弹效应。而对于主体结构和临时支撑在卸载过程中的安全程度通过力的控制来达到。③在正式卸载前，要进行模拟试验。④为确保结构体系的安全，卸载每进行一步后应稍作停顿，进行检查和监视。⑤根据理论计算的结果，在卸载整个过程中，每个卸载点除了竖向的位移外，均存在水平方向的位移，水平位移的出现势必对卸载千斤顶顶部产生非常不利的水平推力，使千斤顶出现倾覆，导致卸载点的失效。为确保安全，避免千斤顶的破坏，在主结构下弦下表面设置水平支顶托座，千斤顶上端设置鞍座（可转向）和支托，减少水平位移对液压千斤顶的影响。⑥支撑架的卸载顺序是：首先对体育场内侧的格构式支撑架进行卸载，再由中间向两边分步分批次卸载。卸载时屋盖结构除有向下的变形外，还有向体育场内侧的水平变形。

4 质量控制

4.1 测量质量控制

①仪器定期进行检验校正，确保仪器在有效期内使用，在施工中所使用的仪器必须保证精度达标。②保证测量人员持证上岗。③各控制点应分布均匀，并定期进行复测，以确保控制点的精度。④施工中放样应进行检核，保证其准确性。⑤根据施工区的地质情况、通视情况对测量方法进行优化，并尽量在外界条件较好的环境下进行测量。

4.2 焊接质量控制

①焊接工程师、焊接质检人员、无损探伤人员及焊工必须持证上岗。②对各类焊接接头编制焊接工艺评定，现场焊接参数按照焊接工艺评定进行。③由专人保管焊机、保温箱、检测设备，并定期进行检查和维修，保证施工机械能满足现在安装质量的要求。④加强对焊接材料的选择和保管，焊材在使用前必须经过烘焙，经烘焙的焊条必须放在保温筒内，随取随用。当日未使用完的焊条必须收回，焊条烘焙两次以上必须申请报废处理，并分开存放、标识明确。⑤在特殊环境下施工时，严格按照季节性施工措施进行，保证焊接质量。⑥在所有构件焊接、探伤后提交所有质量资料，请监理复验。

5 安全措施

本工程支撑架在卸载过程中监控是一项重点，卸载监控应分为两大项：①钢结构单位对卸载过程中钢结构部分进行监控。②土建单位对支撑架卸载过程中对土建混凝土结构的监控。

针对钢结构的卸载监控人员要配备到位，现场项目经理根据卸载顺序配备相关人员监控，并组织业主、项目部和监理等相关技术、管理负责人到场。

支撑架卸载的技术设备监控也应到位，现场测量人员必须利用全站仪对整个卸载过程进行实时监控，并对相应的测量数据进行计入，以便后续分析。

6 环保措施

①电动设备及工具应安装在专用加工棚内，且加工棚的四周采取防吸音措施，以免施工噪声超标而影响周围居民休息。②各种机械设备维修保养使用的润滑油不得随意丢弃，以免污染地面。③各种机械设备噪声超标或有杂音时，应停机检修，严禁带病作业。④夜间焊接施工时，焊接区域采取遮光板隔离，防止光污染。⑤工作完毕后应切断电动设备电源，将工作范围内废料和垃圾清理干净。

7 特殊季节的施工保证措施

7.1 雨季施工预防管理措施

（1）小组合作，完成预计防汛防洪工作，落实具体的负责人员，制定防洪方案，进行多方面因素考虑与准备，保障在文明施工的同时，为之后的施工做足准备。

（2）管理人员需加强对天气情况的预测，通过气象环境信息的收取，及时通报本日与明日天气，以方便相关人员事先做好调整。

（3）工程施工管理中心应事先做好预防措施，保证施工调整的及时性。

7.2 雨季防护措施

（1）做好构件的及时固定，检查其中是否存在未落实的情况，并及时进行构件的调整，拉设好缆风绳，避免构件倾倒或是脱落。

（2）注意环境问题，以免出现木质材料变形或是金属材料生锈现象。

（3）值班人员需完成值班记录工作，同时记录施工期间的天气情况，尤其是在雨季，工作人员及现场施工管理人员可根据第二天的天气情况做好第二天的施工计划。

（4）施工人员在预计环境特殊的情况下，需对施工方案进行调整，对工人的技术水平有所了解，在技术交底的情况下，减少施工周期延误的情况。

（5）由于雨季气候多变，为减少外部环境对格构式支撑系统的影响，在大雨之后施工人员要进行现场施工内容、机械设备以及材料等方面的检查。

（6）保证现场各重要场所的防水性，做好隔离工作，通过下垫上盖等形式完成。

（7）雨季过后由于各设备处于超值状态，施工人员容易受到电击，需做好绝缘工作。

8 验收标准

由于验收工作时格构是支撑体系在屋盖管桁架中最重要的程序，其直接决定着该项工作能否高效完成，在效率与质量得到保证的情况下，确保符合验收标准。因此，为保证验收程序的科学性，施工人员可以从验收流程着手，在项目合格的情况下，经施工单位项目技术负责人员及总监理工程师的签字后，方可进入下一施工环节。

实际的验收程序中，管理人员需要从多个方面做好验收工作：①管理人员根据标准及深化图了解此部分内容是否高质量完成，分析屋盖管桁架的规格、品种、型号、数量、质量等要求算出所需要甲方指定产品清单，送交到相关部门。②该部门根据实际采购的数量，按批次向施工单位提供材料。③供应部门在实际的工作中，应该将所需物品的材料详细列出，实行岗位责任制，每个人都需要为自己的工作内容负责，一旦出现问题，需履行自身责任。④质量部负责对进场材料的保管工作，并通过仓库完成后续的一系列管理工作，尽量减少各种自然灾害以及非自然灾害现象的影响。⑤原材料在采购中通常会按照材料进行详细标注，保证材料的固定、焊接工艺顺利推进。提高对材料节省、成本控制等问题的关注。

质量监督检查人员需要严格控制材料各项技术指标，检查其涉及的规范是否相悖，如果资料清单中存在疑问，可对此项单据提出质疑，双方互相核对之后，再完成确认工作。

9 结语

本工程钢屋盖空间管桁架结构通过采用格构式支撑体系施工技术，构造简单、安装方便、操作灵活，确保钢屋盖的安装质量，降低了施工成本，为之后的施工技术提升打牢基础。