铝合金网壳屋盖施工中措施钢平台的提升支架系统设计

袁 鼎

上海市机械施工集团有限公司 上海 200072

1 工程概况

在上海漕河泾新建生产及辅助用房项目屋盖工程中，措施钢平台是联系各塔楼顶部的铝合金网壳屋盖的施工平台（图1）。在策划顶部铝合金网壳屋盖施工之前，项目中所有的塔楼均已完成结构施工。因此，提升措施钢平台所需的提升支架均需依附或借助于已有结构[1-3]。提升支架的架设与使用不能对已完工的主体结构造成损害。在该项目中，主体结构上并未为安装铝合金网壳屋盖留出施工所需的埋件等措施。

2 设计难点及对策

1）塔楼间最远间距130 m，最近间距75 m，措施平台跨度较大。因此，需要在没有塔楼结构的跨中建立起提升点以减小跨度（图2），保证措施用钢的经济性。

图2 20个提升点与临时支架布置示意

图1 措施钢平台与塔楼T1、T3（已建成）间关系示意

2）塔楼结构、裙房结构等并未按整体提升/下降施工的需求设置埋件。因此，需通过后置埋件、构造处理等来解决该问题。

3）塔楼结构并未考虑整体提升/下降的施工荷载，其梁、柱等结构局部节点存在无法承受措施钢平台整体提升/下降时的临时荷载的情况。因此，需通过局部节点区域加固、增加临时支撑等方式，对塔楼、裙房顶板等部位进行加固，以满足施工需要。

4）虽然已建成的塔楼、裙房和地下室等结构有完整图纸，但由于施工面积比较大，各处施工质量并不一致，无法精准地把握加固效果。因此，需通过原位满载试验来进一步确定加固效果，保证结构及施工的安全性。

3 提升支架结构分析计算

根据塔楼与裙房顶部临时支架的具体情况，分别设计了2种形式的提升支架以满足要求（图3、图4）。提升支架的计算模型及分析结果如表1所示。

图3 塔楼上的提升支架

图4 临时支架顶上的提升支架

表1 提升支架的计算模型及分析结果

4 原位试验

4.1 试验目的及监测方案

为考察提升支架在原位加载时，杆件的实际内力分布情况与数值模拟计算结果是否一致，在现场开展了应力监测工作。同时，通过杆件的实际内力情况分析得出结构加固点的受力情况及其安全性。

1）应力监测点布置。选择3根杆件作为本次原位试验现场监测的对象，如图5所示。

图5 应力监测点布置

2）传感器截面布置。各测点在截面上的布置形式及其编号如图6所示。图6中的黑色三角标记与图5中的三角标记一一对应，以明确现场的布置位置。

图6 传感器截面布置及其编号

4.2 数值模拟

预设初始阶段及各个加载阶段的测点杆件在数值模拟分析下的内力值，通过数值模拟得出各个阶段传感器处的截面应力值，其中“自重”阶段下的内力值和应力值分别为初始内力和初始应力，该阶段的数值无法通过现场监测获得。

应力传感器选用振弦式应力计，配备四通道无线采集器。振弦式应力计在安装前应做好放线定位工作，杆件应力测点的位置应与计算假定理论位置一致，同时1个测点处的4个传感器应在同一截面处。应力计的布置方向应与杆件轴线方向一致。

4.3 加载方式及制度

试验采用逐级加载制度，共分3级，第1级加载至40 t，第2级加载至80 t，第3级加载至100 t。

4.4 监测数据分析和对比

图7、图8和图9分别给出了测点1、测点2和测点3各个截面位置处的荷载-应力关系曲线。荷载-应力关系曲线表明：提升支架结构杆件各截面处的应力随荷载的增加呈比例增加，说明杆件在加载过程中，始终处于弹性工作范围内；所有的应力数值均为负值，说明提升支架各杆件均处于受压状态。其中，测点1位于提升支架的竖腹杆上，对应的关系曲线（图7）表明：竖腹杆的2块腹板上的应力数值接近，而2块翼缘板上的应力数值相差较大，说明竖腹杆上不仅有压力，还有弯矩，属于压弯构件。测点2和测点3位于提升支架的斜腹杆上，对应的关系曲线（图8、图9）表明：斜腹杆的4块板件上的应力数值差异较小，说明斜腹杆以轴心受压为主，杆件次弯矩较小。

图7 测点1的荷载-应力关系曲线

图8 测点2的荷载-应力关系曲线

图9 测点3的荷载-应力关系曲线

图10、图11和图12分别给出了测点1、测点2和测点3所在截面上的荷载-轴力关系曲线。荷载-轴力关系曲线表明：各测点截面上的实测轴力与荷载呈线性增长的关系，且趋势与理论分析结果一致，但各测点的轴力实测值均低于理论分析值，与理论值的差异不大于20%。

②工程耐久性。治理工程应该具备一定的耐久抗老化功能，耐水耐气侵蚀，避免治理工程实施后进行重复性维修工作。

图10 测点1的荷载-轴力关系曲线

图13给出了测点1所在截面上的荷载-弯矩关系曲线。荷载-弯矩关系曲线表明：该截面上的弯矩随荷载增长的变化趋势与理论分析结果一致，但弯矩实测值低于理论分析值，且与理论值差异较大。

图11 测点2的荷载-轴力关系曲线

图12 测点3的荷载-轴力关系曲线

图13 测点1的荷载-轴力弯矩关系曲线

4.5 试验结论

从试验的对比数据可以得到如下主要结论：

1）随着加载的量值增加，提升支架杆件的内力也随之增加，并呈线性变化，实测值与理论值的变化趋势一致。提升支架的应力数值并未超过材料设计强度，因此提升支架始终处于弹性变形状态。

2）杆件实测轴力值较理论计算值偏小，可能的原因包括数值模拟时考虑的提升荷载偏心距偏大，计算模型中斜杆的角度与实际安装的角度不同等。

3）杆件实测弯矩值较理论计算值偏小。理论值与实测值均表明立杆上的弯矩值明显大于斜杆上的弯矩值，但实测值表明斜杆的次弯矩非常小，斜杆接近理想二力杆。

5）总体而言，现场监测得到的数据与理论计算的变化趋势吻合，换算得到的内力值差异并不大，因此监测数据是可信、有效的，并证明支撑架内力分布情况与理论计算基本相同。

6）试验中，通过对混凝土加固节点的观察，结合由钢结构得到的内力进行复算，可知混凝土加固节点安全。

5 实施效果

根据上述设计及试验结论，在施工现场完成了2种类型提升支架的设置及相关措施工作（图14、图15）。在后续措施钢平台的整体提升过程中，通过施工过程杆件应力监测，证明其与试验情况接近，取得了良好的效果。

图14 塔楼上的提升支架

6 结语

图15 临时支架上的提升支架

当前的建筑呈现出越来越多的结构形式，一方面这些新的建筑结构形式展现了不同的建筑结构美感，但在另一方面也增加了施工难度，需要通过一系列结构计算来确定最优施工方案。如何设定结构计算的边界条件，并确保计算结果符合实际工况的需求是一大难题。漕河泾新建生产及辅助用房项目即通过施工现场原位满载试验来验证计算数据的准确性，证明屋盖临时支架系统的可靠性。在面对复杂工况时，本工程实例的成功实施为今后的类似施工计算验证提供了一定的方案参考。