济南大剧院脚手架体系施工监测与控制

陈 鲁 张吉顺 董希祥 刘燕萍

(1．同济大学浙江学院土木系，嘉兴314051;2．上海同济建设工程质量检测站，上海200092;3．济南西城投资开发集团有限公司，济南250001)

1 工程概况

济南大剧院位于济南西部新城西客站片区的核心区内。大剧院建筑由三个观众厅构成，包括歌剧厅(1 791座)、音乐厅(1 512座)、多功能厅(476座)及辅助功能用房等，总建筑面积74 776 m2，如图1所示。

大剧院工程主要的高支模区域包括:歌剧厅的主舞台台仓上部梁板结构，后舞台梁板结构，两个侧舞台及观众厅混凝土屋面结构，音乐厅演出大厅屋顶，多功能厅顶部结构，结构如图2所示。

图1 大剧院效果图Fig．1 Rendering of Grand Theater

图2 结构简图Fig．2 Structural diagram

1．1 音乐厅演出大厅屋顶高支模模板体系概况

音乐厅演出大厅混凝土结构在音乐厅两弧形剪力墙内侧，屋面大梁为劲型钢骨混凝土梁。音乐厅模板体系的整体设计思路为利用钢骨自身承载力，采取悬挂体系进行模板组立系统支设。利用钢骨吊挂体系作为模板组立系统，即利用钢骨腹板上原有预留孔洞及补充开孔穿入与梁正交向的横向型钢吊挂梁底板模板同时抬撑上部梁间板底模支撑架体，如图3所示。

图3 音乐厅吊挂模板体系简图Fig．3 Music hall hanging formwork system diagram

1．2 歌剧院舞台高支模模板支撑体系概况

歌剧厅主舞台、侧舞台以及后舞台结构采用满堂架体支撑，模板支撑体系以及立杆平面布置点位示例如图4所示。

图4 歌剧院模板支撑体系Fig．4 Opera hall support system

2 监测分项和监测内容

2．1 音乐厅演出大厅屋顶高支模模板体系

监测对象为如下几类构件:托架梁，即横穿于各I型钢骨腹板洞口中的双拼槽钢;吊杆，即用以将梁底横担吊挂于托架梁上的竖向连杆。采用直径30螺杆、M30螺栓。监测内容为吊杆拉力，钢骨混凝土梁梁底挠度以及托架梁挠度。

2．2 歌剧院高支模模板体系

监测对象为如下几类构件:支撑体系立杆;支撑体系整体结构。监测内容为主舞台、侧舞台、后舞台以及观众大厅支撑体系立杆的两端轴力，主舞台支撑体系的整体侧向位移。

3 监测设备和技术方法

3．1 吊杆拉力监测

采用穿心式压式负荷传感器(量程100 kN)进行测量和监控。压式负荷传感器是利用电阻应变的原理，将高精度的箔式应变计通过一定的方式粘贴在弹性体上。当传感器受外力作用时，通过外加激励电压将受力的大小转换成相应的电动势，从而达到测量的目的。传感器如图5所示。

图5 穿心压式负荷传感器Fig．5 Through type load sensor

3．2 立杆轴力监测

采用实心式压式负荷传感器(量程100 kN)进行测量和监控。传感器外形如图6所示。

图6 实心压式负荷传感器Fig．6 Solid type load sensor

3．3 梁底挠度、托架梁挠度、支撑体系位移监控

针对钢骨混凝土梁的梁底挠度、托架梁的挠度、主舞台支撑体系的整体侧移以及局部位移的测量和监控，采用振弦式位移计进行测量，采用量程50 mm的位移计。振弦式位移计的主要测量元件是一个振弦式位移传感器，传感器连接滑动杆。滑动杆传递仪器两端法兰的伸缩，引起弹簧的张力以及振弦的张力变化。张力的变化量与拉伸量成正比。根据测量的仪器读数，即可计算出位移量，如图7所示。

图7 位移计Fig．7 Displacement meter

3．4 数据采集与传输设备

采用无线数据采集器配合笔记本电脑进行现场人工测量，无线数据采集器如图8所示，数据采集仪将传感器信号转换为数字信号，无线传输至笔记本电脑终端。采集方式为传感器—采集器—笔记本电脑终端，配备专用采集软件进行数据整理与统计，如图9所示。

4 测点布置

4．1 音乐厅演出大厅模板体系钢骨混凝土梁梁底挠度监测

音乐厅观众大厅楼面钢骨混凝土梁的梁底挠度监测，三个区域各选择一点进行监测。各区域均选择平面位置居中的钢骨混凝土梁作为监测对象，监测点设置在该钢骨混凝土梁的跨中位置，共计位移计数量3点。测点布置如图10所示。

图8 数据采集器Fig．8 Data collector

图9 采集流程示意图Fig．9 Schematic diagram of acquisition process

图10 钢骨混凝土梁梁底挠度监测测点布置图Fig．10 Layout of deflection mornitoring points on steel reinforced concrete beam's bottom

4．2 音乐厅演出大厅模板体系托架梁梁底挠度监测

音乐厅观众大厅楼面模板支撑体系的托架梁梁底挠度监测，三个区域各选择一点进行监测。各区域均选择平面位置居中的托架梁作为监测对象，监测点设置在该托架梁的跨中位置，共计位移计数量3点。测点布置如图11所示。

4．3 音乐厅演出大厅模板体系吊杆拉力监测

音乐厅观众大厅楼面模板支撑体系的吊杆拉力监测，三个区域每区各选择两点进行监测。各区域均选择平面位置居中以及居于边缘的各一根托架梁作为监测对象，该托架梁跨中位置各选择一根吊杆进行拉力测量。共计压式负荷传感器数量6点。测点布置如图12所示。

4．4 歌剧院模板支撑体系立杆轴力监测

图11 托架梁梁底挠度监测测点布置图Fig．11 Layout of deflection mornitoring points on bracket beam's bottom

图12 吊杆拉力监测测点布置图Fig．12 Layout of deflection mornitoring points on suspender

沿主舞台模板支撑体系的平面布置，均匀选择4根立杆进行立杆轴力监测，每根立杆测量上下两端的轴力，共计压式负荷传感器数量8台。测点布置如图13所示。

图13 主舞台立杆轴力监测测点布置图Fig．13 Layout of axial force monitoring points on main vertical rods

5 测量数据分析

5．1 钢骨梁梁底挠度

由图14钢骨架梁底挠度变化可以得出:

(1)随着混凝土浇筑过程，梁底挠度不断加大。

(2)整个过程最大挠度出现在浇筑完成12 h后，测点位置为钢骨梁梁底挠度1，挠度数值2．147 mm。

(3)各测点梁底挠度数值较为均匀，最大挠度在1．8 ～2．1 mm 之间。

(4)自浇筑完成至养护12 h后，梁底挠度未出现明显变化。

(5)梁底挠度满足设计要求，低于预先设定的挠度限值。

5．2 托架梁梁底挠度

由图14栓架梁梁底挠度变化可以得出:

图14 梁底挠度Fig．14 Deflection of beam's bottom

(1)随着混凝土浇筑过程，梁底挠度不断加大。

(2)整个过程最大挠度出现在浇筑完成12 h后，测点位置为托架梁梁底挠度2，挠度数值2．477 mm。

(3)各测点托架梁梁底挠度数值较为均匀，最大挠度在1．9～2．5 mm之间。

(4)自浇筑完成至养护12 h后，梁底挠度未出现明显变化。

(5)梁底挠度满足设计要求，低于预先设定的挠度限值。

5．3 音乐厅吊杆拉力

由图15吊杆拉力变化可以得出:

(1)随着混凝土浇筑过程，吊杆拉力不断加大。

(2)整个过程最大拉力出现在浇筑完成12 h后，测点位置为13号梁端头，拉力数值13．4 kN。

(3)自浇筑完成至养护12 h过程，拉力数值未出现明显变化。

(4)吊杆拉力满足设计要求，低于预先设定的拉力限值。

图15 吊杆拉力Fig．15 Tension in suspenders

5．4 主舞台立杆轴力

由图16立杆轴力变化可以得出:

(1)随着混凝土浇筑过程，立杆轴力不断加大。

(2)整个过程最大拉力出现在浇筑完成12 h后，测点位置为7-1-上，轴力数值13．4 kN。

(3)自浇筑完成至养护12 h过程，轴力数值未出现明显变化。

(4)立杆轴力满足设计要求，低于预先设定的轴力限值。

图16 立杆轴力Fig．16 Axial force of vertical rods

5．5 主舞台脚手架体系侧移

由图17体系侧移变化可以得出:

(1)随着混凝土浇筑过程，体系侧移量不断加大。

(2)整个过程最大位移出现在浇筑完成12 h后，测点位置为整体侧移2，侧移数值1．276 mm。

(3)自浇筑完成至养护12 h过程，侧移数值未出现明显变化。

(4)侧移量满足设计要求，低于预先设定的限值。

图17 侧移Fig．17 Lateral displacement

参考《省会文化艺术中心(大剧院)工程歌剧院高架支模计算书》和《省会文化艺术中心(大剧院)工程音乐厅吊挂模板计算书》，混凝土梁的梁底挠度最大容许值3．6 mm，托架梁挠度最大容许值4．16 mm，监测过程未发现数据超限。

6 结语

高架支模体系在专项施工过程中结构安全，稳定性较好，满足设计以及施工的各项要求，说明该类体系作为大跨度结构体系的施工辅助设施，可以满足相关要求，具备较好的应用前景。

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