高、大异形钢结构组合式支撑系统在建设工程中的应用

　　[摘要]本文针对目前建筑工程中存在的高、大异形钢结构，采用型钢胎架及钢管组合支撑作为钢结构施工的支撑系统，并通过转换钢平台的受力传递，有效的组合成了钢管、转换钢平台、型钢胎架的整体受力体系，保证了高、大异形钢结构吊装的有效支撑。取得了明显成效。
　　[关键词]高、大异形钢结构，型钢胎架，转换钢平台
　　1工程概况
　　无锡大剧院位于太湖新城蠡湖大道东侧，五里湖南岸,由国际著名设计公司－芬兰萨米宁建筑事务所设计。整个建筑如同站立在太湖边一只展开翅膀的蜻蜓，同时又像巨大的树叶，给人很强的动感，寓意深远，让人有种积极向上的感觉，基于所处的地理位置及其建筑形象，这个新艺术中心将成为一个重要的地标建筑。
　　本工程建筑总面积约78000平方米，2层以下连通成一体，2层以上由主剧场和小剧场双塔组成。主剧场能容纳1750-1890座，可上演古典及中国歌剧、芭蕾、交响乐等；小剧场能容纳450-750座，兼容室内乐、实验剧、流行乐演出、时尚秀等功能。
　　本工程钢结构体系为复杂的曲线空间网格管桁架体系，与下部砼结构基本脱开，自成体系。整体结构分为A1∽A5、B1∽B3八片巨大“叶片”构筑而成，每个叶片之间互不连接，在叶片端部处各设置一斜向钢管幕墙桁架，其中最大的钢结构“叶片”重达1300T，钢结构整体示意图如下图所示。
　　图1钢结构“叶片”示意图
　　2支撑体系的选择
　　根据支撑体系常用的施工方法，我们将从以下施工质量、施工难度和成本等几个方面进行分析比较：
　　表1高、大截面转换梁支撑系统方案比较
　　 方案一
　　脚手架支撑 方案二
　　格构式型钢支撑 方案三
　　型钢胎架及钢管组合式支撑
　　CQ 脚手架的搭设质量难保证 可保证施工质量 可保证施工质量；
　　CD 搭设困难，顶部标高无法精确控制； 需要进行大量的焊接 搭设方便，胎架顶部标高可精确定位；
　　CS 搭设速度慢 加工速度慢，吊装速度慢 速度较快
　　CC 成本低廉； 成本较高； 成本较低，型钢可重复利用；
　　注：CQ：施工质量；CD：施工难度；CS：施工工期CC：施工成本
　　经过分析对比，最终选择方案三作为本工程高、大异形钢结构安装的支撑方案。
　　3型钢及钢管组合式支撑
　　3.1施工工艺原理
　　由于钢结构叶片位于混凝土屋面之上，从空间角度看，叶片在吊装过程中必须在混凝土屋面上做支撑架；但是混凝土结构比较复杂，屋面各个区域的标高都不尽相同，若采取点支撑，则支撑的刚度及整个支撑体系的整体性都存在安全隐患，考虑到安全及可操作性，采取型钢胎架及钢管组合式支撑系统支撑体系最具可行性。
　　高、大异形钢结构型钢胎架及钢管组合式支撑系统设计原理是在考虑到高、大异形钢结构在吊装的过程将会产生很大的侧向力及竖向力，为确保脚手架的侧向稳定性以及竖向承载力，同时精确控制竖向支撑与异形钢结构的空间定位，需要在脚手架顶部设置转换钢平台及型钢胎架。该平台在脚手架顶部形成一个有限的约束，加强了脚手架的整体稳定性。平台的纵横杆间距严格按照脚手架的间距来布置。在平台的选材过程中主要考虑平台的刚度，为了防止平台在屋盖钢结构的吊装过程中扭曲变形，通过计算，采用的是18#工字钢，其刚度、挠度、承载力完全可以满足使用要求。型钢胎架在承受上部高、大异形钢结构的荷载的同时，可以根据异形钢结构的空间坐标要求，进行定位的调整。
　　3.2实施方法
　　高、大异形钢结构型钢胎架及钢管组合式支撑系统，包括碗扣式钢管脚手架1、转换钢平台2和型钢胎架支撑体系，转换平台采用工字钢，型钢胎架支撑为立杆4、水平码板5、斜撑6、限位板7组成。碗扣式钢管脚手架与转换平台之间设置立杆可调托撑3。转换钢平台工字钢的纵横间距设置同钢管脚手架的立杆间距，立杆与转换平台之间采用一圈围焊。转换平台的安装均采用点焊定位。型钢胎架立杆高度超过一米均设置斜撑，型钢胎架码板与立杆之间必须采用双面满焊。异形钢结构8吊装完成后，再用限位板进行固定。
　　3.3工艺流程及操作要点
　　3.3.1工艺流程
　　3.3.2 碗扣式脚手架搭设
　　3.3.2.1在砼结构设计时，屋面结构要充分考虑到承受后期上部异形钢结构吊装的各种荷载。
　　3.3.2.2根据脚手架计算要求，确定所采用的立杆纵距、横距，并在屋面结构上弹线。
　　3.3.2.3根据异形钢结构的不同空间定位要求，分别进行脚手架支撑系统搭设。
　　3.3.2.4脚手架立杆顶部设置可调托撑，并确保托撑在同一水平标高。
　　3.3.3转换平台安装
　　3.3.3.1根据脚手架立杆的布置，进行工字钢的吊装。
　　3.3.3.2、工字钢在安装的过程中，采用点焊定位。
　　3.3.3.3、立杆（包括可调托撑）与工字钢之间采用一圈围焊。
　　3.3.3.4、吊装完毕后，经调整符合要求后，工字钢进行固定焊接。
　　图1钢结构的支撑系统平面布置示意图
　　图2钢结构组合支撑系统剖面示意图
　　3.3.4型钢型钢胎架安装
　　3.3.4.1、根据计算要求，确定型钢胎架布置的间距。
　　3.3.4.2、采用全站仪确定每个型钢胎架支撑点的坐标，并投影到型钢胎架上。
　　3.3.4.3、进行型钢胎架立杆的焊接。
　　3.3.4.4、采用经纬仪确定每个型钢胎架支撑点的高度。
　　3.3.4.5、进行型钢胎架码板的焊接。
　　3.3.4.6、进行型钢胎架斜撑的焊接。
　　3.3.4.7、待钢结构吊装定位后，进行限位板焊接固定。
　　图3钢结构支撑型钢胎架示意图
　　图4钢管支撑与转换钢平台连接示意图
　　现场搭设图片如下所示：
　　
　　3.4质量控制
　　3.4.1、高、大异形钢结构的组合式支撑系统在正式实施前，必须会同土建结构设计师，明确屋面砼结构可以承受上部异形钢结构自重及施工荷载。否则，要对下部的结构进行加固。
　　3.4.2、必须根据工程情况进行结构计算，确定采用转换钢平台的形式、规格及布置，确保转换钢平台能够传递上部荷载，同时计算焊缝的高度等。
　　3.4.3、必须根据工程情况进行结构计算，并结合异形钢结构的吊装定位，确定所采用的型钢胎架的形式、规格、及布置。同时，进行型钢胎架斜撑的加强。同时根据计算，确定型钢胎架各构件的焊缝高度。
　　3.4.4、高、大异形钢结构的组合式支撑系统在施工过程中，要严格控制好立杆可调托撑，保证顶部在同一标高上，避免不均匀受力。
　　3.4.5、脚手架的搭设完毕后，经过验收符合要求后，方可进行转换平台的安装。
　　3.4.6、转换平台在安装的过程中，必须确保其平整度，避免不均匀受力。
　　3.4.7、型钢胎架安装完毕后，其焊缝、垂直度、空间定位经过复核满足要求后，方可进行上部异形钢结构的吊装。
　　3.4.8、上部异形钢结构吊装完成后，采用型钢胎架限位板进行固定。
　　4结语
　　在本工程中，钢管、型钢组合支撑取得了良好的效果。
　　41满足大跨度、高大截面梁的支撑系统关于承载力、刚度、挠度的需求。
　　42所采用的材料均为工程施工中常用材料，竖向工字钢同钢管支撑的连接均采用钢管连接，施工方便快捷。
　　43结构施工完成后支撑系统材料可以重复利用，经济性较好。
　　参考文献：
　　[1]建筑施工计算手册（第二册）：中国建筑工业出版社

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