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盘扣式脚手架在大跨度椭圆形弦支穹顶结构施工中的应用!

文章作者:小编  点击量:151   发布时间:2022-05-21 13:02

天津中医药大学新建体院馆项目通过几种脚手架的分析对比,选中盘扣式脚手架作为支撑。

天津中医药大学新建体育馆工程平面呈椭圆形,建筑面积为 17420㎡,主体1层,局部4层,建筑高度24.3m。钢屋盖为椭圆形,长轴 92m,短轴 73m,矢高 6.5m。上层网壳采用超大空心加肋焊接球和空心杆件焊接而成,形式为施威德勒-凯威特型网壳;下部柔性体系由4环环拉索、5圈径向拉杆和81 根竖向撑杆组成。整个屋盖坐落在内圈26根混凝土柱和北侧跨度为 55. 6m的桁架上,与外圈32根混凝土柱采用竖向异形平面桁架连接,柱顶预埋弹簧支座,柱身留有预埋件。网壳与异形平面桁架,异形平面桁架与弹簧支座、预埋件焊接,形成稳定体系。如图1所示。体育馆中心为比赛场地,四周为阶梯观赛看台,可容纳 5300 余人,是理想的国际赛事和休息娱乐场所。如图 2 所示。

 

盘扣式脚手架在大跨度椭圆形弦支穹顶结构施工中的应用!(图1)




钢屋盖施工方法确定

由于网壳拼装完成后需要进行预应力张拉,张拉过程中网壳会经过复杂的力变状态,某些杆件会从受压变成受拉,中部起拱值达 67mm,安装精度要求高,精度控制便成为保证张拉后成型的关键。

采用满堂红脚手架高空散装,脚手架应具备不影响网壳定位拼装,保证每个杆件和球节点可以反复测量校正的功能,当杆件拼装焊接出现偏差时,可以依靠脚手架及时纠偏,为整体屋盖网架的安装精度提供保障。当屋盖网架安装完成后,可以及时改动脚手架立杆、水平杆位置,为网壳下部竖向撑杆、径向拉杆和环向拉索及张拉工作提供安全可靠作业平台,使网壳高空散装成为最佳的施工方案。

盘扣式脚手架在大跨度椭圆形弦支穹顶结构施工中的应用!(图2)

弦支穹顶支撑脚手架的作用

1、支撑网壳荷载

网壳杆件和焊接球安装时,需要吊装到支撑脚手架形成的操作平台上,然后在平台上设置三维调节转换装置,经过反复测量精确定位,安装焊接,再反复测量调整、纠偏,直至达到设计值。网壳各杆件和球节点依次安装,形成整个网壳,张拉前,整个网壳的荷载作用在脚手架上。

 2、施工作业操作平台

脚手架形成的平台是施工作业人员安装焊接网壳杆件和球节点的作业平台,同时也是作业机具摆放和材料转运的平台。

3、索杆体系安装、张拉操作平台

网壳下部索杆体系的竖向撑杆和径向拉杆在网壳拼装完成后与环向拉索同时安装,均在支撑脚手架上施工完成。待整个钢屋盖安装完成后,需要安装张拉工装,进行预应力张拉,支撑脚手架提供操作空间。

4、脚手架要求

弦支穹顶结构(见图 3),上部单层网壳呈椭圆形曲面,必须按照穹顶曲面搭设成塔式阶梯状才能方便施工,必然需要较多参差不齐的竖向立杆来满足塔式阶梯状的搭设(见图 4)。下部弦支结构的支撑脚手架在遇到竖向撑杆、径向拉杆和环向拉索时能灵活避开,以满足结构和施工需要。

脚手架比选

为满足脚手架条件,对扣件式钢管脚手架、碗扣式钢管脚手架、盘扣式脚手架进行了比选。

1)扣件式钢管脚手架

是运用最广的脚手架,搬运方便,通用性强,成本较低,但本工程弦支结构呈三维姿态,运用该类型脚手架难以迎合弦支结构的空中姿态变化和穹顶曲面变化,如果使用该类型脚手架,需要大量切改钢管,造成大量浪费;此外,安全性也难以保证。

2)碗扣式脚手架

虽然碗扣节点结构合理、立杆轴向传力、结构强度高、整体性好,能较好地满足施工安全的需要。该类型脚手架在天津周边地区生产厂家较多,在长期施工过程中发现,租赁单位购买多厂家产品或某工程租用多家产品后,造成产品质量标准和制作精度不统一,杆件、碗扣件混杂在一起,水平杆件长度误差、立杆上碗扣间距误差及上下碗内齿痕的宽度和深度等横杆接头上的齿痕误差不能很好地匹配,造成脚手架碗扣节点紧固力不足,脚手架整体稳定性差,给施工带来一定的安全隐患;此外,施工单位租赁后部分杆件丢失,自行改制弥补租赁数量,造成杆件加工质量误差增大;最终使网壳拼装精度难以保障。

3)安德固脚手架

能满足使用要求,也不存在以上缺点,但在国内没有形成行业规范和标准,不便与业主、监理和施工单位及相关政府管理部门在施工过程中检查和沟通。

4)盘扣式脚手架

该脚手架立杆长度为 0. 5 3. 0m,水平杆为 0. 3 2m,规格齐全,有利于解决弦支穹顶结构搭设塔式阶梯状脚手架需要的不同长度杆件问题。该脚手架在弥补上述几种支撑脚手架不足的同时,高空 2 个竖杆间可随意增加横杆钢梁,钢梁上可任意增设竖杆,能够很好地解决与索杆体系产生碰撞时避开竖向撑杆、径向拉杆和环向拉索的问题。当支撑脚手架与弦支穹顶结构不适宜时,只需调整部分脚手架杆件位置便可解决问题,极大地方便了施工。更重要的是该脚手架稳定性好,承载力高,安全可靠,调整灵活方便,为环向拉索、竖向撑杆、径向拉杆的安装和预应力张拉施工营造安全可靠的施工环境,对于弦支穹顶结构是最适合的支撑体系。

荷载计算

脚手架承受的荷载主要有:钢屋盖荷载、三维调节转换装置、施工人员及设备等。

1)焊接球处节点反力16kN

2)三维调节转换装置0. 65kN/m2

3)施工人员及设备3kN/m2

4)荷载组合恒荷载分项系数取 1. 2,活荷载分项系数取 1. 4

 

经计算:

1)三维调节转换装置中工字钢最大应力 σmax =70. 62N/mm2 < fm = 205N/mm2

2) 立 杆 承 载 力 σ = 107. 2N/mm2 < [f] =300N/mm2

3)地基承载力 P = N/A =13. 9kN/m2 <20kN/m2,地基处理后的承载力满足规范、设计和实际工况要求。


脚手架搭设

中心场地支撑架基础处理方法如下:

1)素土回填,回填高度为1500mm,压实系数≥0. 95

2)150mm 3∶ 7灰土回填。

3)200mm 厚加筋 C20 混凝土垫层。

其他场地支撑架坐落在看台板上(看台板上允许承载力为 3 4kN/m2),为了满足看台板承载力要求,看台板下采用支撑架回顶,支撑架回顶基础处理方法如下:

1)素土回填,回填高度为1500mm,压实系数≥0. 95

2)150mm 3∶ 7灰土回填。

3)60mm 厚钢筋 C20 混凝土垫层。

处理完成后承载力满足设计要求。

采用60系列盘扣式脚手架,立杆布置间距为1. 5m × 1. 5m,步距为 1. 5m脚手架的搭设形式为矩阵式桁架支撑结构。即有4根立杆、水平杆、竖向斜杆组成单元桁架,每个单元桁架间采用水平杆连接,采用盘扣式脚手架施工的天津中医药大学新建体育馆钢屋盖弦支穹顶结构,施工空间安全宽敞,满足预应力安装张拉施工要求;整个网壳拼装完成后最大挠度值仅为 16mm,远小于规范规定值30mm。说明采用该脚手架为作为椭圆形大跨度弦支穹顶结构的支撑体系显示出了优越性。为该类工程支撑脚手架的选用提供了工程实例。

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