袁 鼎

上海市機(jī)械施工集團(tuán)有限公司 上海 200072

1 工程概況

在上海漕河涇新建生產(chǎn)及輔助用房項(xiàng)目屋蓋工程中，措施鋼平臺(tái)是聯(lián)系各塔樓頂部的鋁合金網(wǎng)殼屋蓋的施工平臺(tái)（圖1）。在策劃頂部鋁合金網(wǎng)殼屋蓋施工之前，項(xiàng)目中所有的塔樓均已完成結(jié)構(gòu)施工。因此，提升措施鋼平臺(tái)所需的提升支架均需依附或借助于已有結(jié)構(gòu)[1-3]。提升支架的架設(shè)與使用不能對(duì)已完工的主體結(jié)構(gòu)造成損害。在該項(xiàng)目中，主體結(jié)構(gòu)上并未為安裝鋁合金網(wǎng)殼屋蓋留出施工所需的埋件等措施。

2 設(shè)計(jì)難點(diǎn)及對(duì)策

1）塔樓間最遠(yuǎn)間距130 m，最近間距75 m，措施平臺(tái)跨度較大。因此，需要在沒有塔樓結(jié)構(gòu)的跨中建立起提升點(diǎn)以減小跨度（圖2），保證措施用鋼的經(jīng)濟(jì)性。

圖2 20個(gè)提升點(diǎn)與臨時(shí)支架布置示意

圖1 措施鋼平臺(tái)與塔樓T1、T3（已建成）間關(guān)系示意

2）塔樓結(jié)構(gòu)、裙房結(jié)構(gòu)等并未按整體提升/下降施工的需求設(shè)置埋件。因此，需通過后置埋件、構(gòu)造處理等來解決該問題。

3）塔樓結(jié)構(gòu)并未考慮整體提升/下降的施工荷載，其梁、柱等結(jié)構(gòu)局部節(jié)點(diǎn)存在無法承受措施鋼平臺(tái)整體提升/下降時(shí)的臨時(shí)荷載的情況。因此，需通過局部節(jié)點(diǎn)區(qū)域加固、增加臨時(shí)支撐等方式，對(duì)塔樓、裙房頂板等部位進(jìn)行加固，以滿足施工需要。

4）雖然已建成的塔樓、裙房和地下室等結(jié)構(gòu)有完整圖紙，但由于施工面積比較大，各處施工質(zhì)量并不一致，無法精準(zhǔn)地把握加固效果。因此，需通過原位滿載試驗(yàn)來進(jìn)一步確定加固效果，保證結(jié)構(gòu)及施工的安全性。

3 提升支架結(jié)構(gòu)分析計(jì)算

根據(jù)塔樓與裙房頂部臨時(shí)支架的具體情況，分別設(shè)計(jì)了2種形式的提升支架以滿足要求（圖3、圖4）。提升支架的計(jì)算模型及分析結(jié)果如表1所示。

圖3 塔樓上的提升支架

圖4 臨時(shí)支架頂上的提升支架

表1 提升支架的計(jì)算模型及分析結(jié)果

4 原位試驗(yàn)

4.1 試驗(yàn)?zāi)康募氨O(jiān)測(cè)方案

為考察提升支架在原位加載時(shí)，桿件的實(shí)際內(nèi)力分布情況與數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果是否一致，在現(xiàn)場(chǎng)開展了應(yīng)力監(jiān)測(cè)工作。同時(shí)，通過桿件的實(shí)際內(nèi)力情況分析得出結(jié)構(gòu)加固點(diǎn)的受力情況及其安全性。

1）應(yīng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置。選擇3根桿件作為本次原位試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的對(duì)象，如圖5所示。

圖5 應(yīng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

2）傳感器截面布置。各測(cè)點(diǎn)在截面上的布置形式及其編號(hào)如圖6所示。圖6中的黑色三角標(biāo)記與圖5中的三角標(biāo)記一一對(duì)應(yīng)，以明確現(xiàn)場(chǎng)的布置位置。

圖6 傳感器截面布置及其編號(hào)

4.2 數(shù)值模擬

預(yù)設(shè)初始階段及各個(gè)加載階段的測(cè)點(diǎn)桿件在數(shù)值模擬分析下的內(nèi)力值，通過數(shù)值模擬得出各個(gè)階段傳感器處的截面應(yīng)力值，其中“自重”階段下的內(nèi)力值和應(yīng)力值分別為初始內(nèi)力和初始應(yīng)力，該階段的數(shù)值無法通過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)獲得。

應(yīng)力傳感器選用振弦式應(yīng)力計(jì)，配備四通道無線采集器。振弦式應(yīng)力計(jì)在安裝前應(yīng)做好放線定位工作，桿件應(yīng)力測(cè)點(diǎn)的位置應(yīng)與計(jì)算假定理論位置一致，同時(shí)1個(gè)測(cè)點(diǎn)處的4個(gè)傳感器應(yīng)在同一截面處。應(yīng)力計(jì)的布置方向應(yīng)與桿件軸線方向一致。

4.3 加載方式及制度

試驗(yàn)采用逐級(jí)加載制度，共分3級(jí)，第1級(jí)加載至40 t，第2級(jí)加載至80 t，第3級(jí)加載至100 t。

4.4 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析和對(duì)比

圖7、圖8和圖9分別給出了測(cè)點(diǎn)1、測(cè)點(diǎn)2和測(cè)點(diǎn)3各個(gè)截面位置處的荷載-應(yīng)力關(guān)系曲線。荷載-應(yīng)力關(guān)系曲線表明：提升支架結(jié)構(gòu)桿件各截面處的應(yīng)力隨荷載的增加呈比例增加，說明桿件在加載過程中，始終處于彈性工作范圍內(nèi)；所有的應(yīng)力數(shù)值均為負(fù)值，說明提升支架各桿件均處于受壓狀態(tài)。其中，測(cè)點(diǎn)1位于提升支架的豎腹桿上，對(duì)應(yīng)的關(guān)系曲線（圖7）表明：豎腹桿的2塊腹板上的應(yīng)力數(shù)值接近，而2塊翼緣板上的應(yīng)力數(shù)值相差較大，說明豎腹桿上不僅有壓力，還有彎矩，屬于壓彎構(gòu)件。測(cè)點(diǎn)2和測(cè)點(diǎn)3位于提升支架的斜腹桿上，對(duì)應(yīng)的關(guān)系曲線（圖8、圖9）表明：斜腹桿的4塊板件上的應(yīng)力數(shù)值差異較小，說明斜腹桿以軸心受壓為主，桿件次彎矩較小。

圖7 測(cè)點(diǎn)1的荷載-應(yīng)力關(guān)系曲線

圖8 測(cè)點(diǎn)2的荷載-應(yīng)力關(guān)系曲線

圖9 測(cè)點(diǎn)3的荷載-應(yīng)力關(guān)系曲線

圖10、圖11和圖12分別給出了測(cè)點(diǎn)1、測(cè)點(diǎn)2和測(cè)點(diǎn)3所在截面上的荷載-軸力關(guān)系曲線。荷載-軸力關(guān)系曲線表明：各測(cè)點(diǎn)截面上的實(shí)測(cè)軸力與荷載呈線性增長的關(guān)系，且趨勢(shì)與理論分析結(jié)果一致，但各測(cè)點(diǎn)的軸力實(shí)測(cè)值均低于理論分析值，與理論值的差異不大于20%。

②工程耐久性。治理工程應(yīng)該具備一定的耐久抗老化功能，耐水耐氣侵蝕，避免治理工程實(shí)施后進(jìn)行重復(fù)性維修工作。

圖10 測(cè)點(diǎn)1的荷載-軸力關(guān)系曲線

圖13給出了測(cè)點(diǎn)1所在截面上的荷載-彎矩關(guān)系曲線。荷載-彎矩關(guān)系曲線表明：該截面上的彎矩隨荷載增長的變化趨勢(shì)與理論分析結(jié)果一致，但彎矩實(shí)測(cè)值低于理論分析值，且與理論值差異較大。

圖11 測(cè)點(diǎn)2的荷載-軸力關(guān)系曲線

圖12 測(cè)點(diǎn)3的荷載-軸力關(guān)系曲線

圖13 測(cè)點(diǎn)1的荷載-軸力彎矩關(guān)系曲線

4.5 試驗(yàn)結(jié)論

從試驗(yàn)的對(duì)比數(shù)據(jù)可以得到如下主要結(jié)論：

1）隨著加載的量值增加，提升支架桿件的內(nèi)力也隨之增加，并呈線性變化，實(shí)測(cè)值與理論值的變化趨勢(shì)一致。提升支架的應(yīng)力數(shù)值并未超過材料設(shè)計(jì)強(qiáng)度，因此提升支架始終處于彈性變形狀態(tài)。

2）桿件實(shí)測(cè)軸力值較理論計(jì)算值偏小，可能的原因包括數(shù)值模擬時(shí)考慮的提升荷載偏心距偏大，計(jì)算模型中斜桿的角度與實(shí)際安裝的角度不同等。

3）桿件實(shí)測(cè)彎矩值較理論計(jì)算值偏小。理論值與實(shí)測(cè)值均表明立桿上的彎矩值明顯大于斜桿上的彎矩值，但實(shí)測(cè)值表明斜桿的次彎矩非常小，斜桿接近理想二力桿。

5）總體而言，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)得到的數(shù)據(jù)與理論計(jì)算的變化趨勢(shì)吻合，換算得到的內(nèi)力值差異并不大，因此監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)是可信、有效的，并證明支撐架內(nèi)力分布情況與理論計(jì)算基本相同。

6）試驗(yàn)中，通過對(duì)混凝土加固節(jié)點(diǎn)的觀察，結(jié)合由鋼結(jié)構(gòu)得到的內(nèi)力進(jìn)行復(fù)算，可知混凝土加固節(jié)點(diǎn)安全。

5 實(shí)施效果

根據(jù)上述設(shè)計(jì)及試驗(yàn)結(jié)論，在施工現(xiàn)場(chǎng)完成了2種類型提升支架的設(shè)置及相關(guān)措施工作（圖14、圖15）。在后續(xù)措施鋼平臺(tái)的整體提升過程中，通過施工過程桿件應(yīng)力監(jiān)測(cè)，證明其與試驗(yàn)情況接近，取得了良好的效果。

圖14 塔樓上的提升支架

6 結(jié)語

圖15 臨時(shí)支架上的提升支架

當(dāng)前的建筑呈現(xiàn)出越來越多的結(jié)構(gòu)形式，一方面這些新的建筑結(jié)構(gòu)形式展現(xiàn)了不同的建筑結(jié)構(gòu)美感，但在另一方面也增加了施工難度，需要通過一系列結(jié)構(gòu)計(jì)算來確定最優(yōu)施工方案。如何設(shè)定結(jié)構(gòu)計(jì)算的邊界條件，并確保計(jì)算結(jié)果符合實(shí)際工況的需求是一大難題。漕河涇新建生產(chǎn)及輔助用房項(xiàng)目即通過施工現(xiàn)場(chǎng)原位滿載試驗(yàn)來驗(yàn)證計(jì)算數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，證明屋蓋臨時(shí)支架系統(tǒng)的可靠性。在面對(duì)復(fù)雜工況時(shí)，本工程實(shí)例的成功實(shí)施為今后的類似施工計(jì)算驗(yàn)證提供了一定的方案參考。