蔣平平，馮 凱，朱薇娜，何賢健，郟鴻韜，李 強

(1.浙江省二建建設(shè)集團有限公司，浙江 寧波 315200；2.重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院，重慶 400074；3.浙大寧波理工學(xué)院土木建筑工程學(xué)院，浙江 寧波 315100)

0 引言

近年來，隨著我國建筑行業(yè)各項技術(shù)發(fā)展與完善，建筑整體向高度更高、跨度更長等方向發(fā)展，對技術(shù)要求也隨之提高，使超高模板支撐體系應(yīng)用也愈加廣泛。目前，超高支撐體系有4種定義：施工現(xiàn)場具有8m以上支撐高度的模板支撐體系、搭設(shè)跨度18m以上的模板支撐體系、施工過程中具有15kN/m2以上總荷載的模板支撐體系、集中線荷載>20kN/m 的模板支撐體系[1]。然而，模板支撐體系作為臨時支撐，設(shè)計和管理理念并未得到較大重視，支撐體系倒塌情況時有發(fā)生，僅2018年全國發(fā)生的22起較大及以上事故中，有10起事故是因支撐體系坍塌而引起[2]。

隨著施工高度的不斷升高，支撐體系自重及變形也逐漸增大，導(dǎo)致其穩(wěn)定性逐漸減弱。此外，支撐體系易受搭設(shè)材料及搭設(shè)方式的限制，再加上超高施工條件使其受到風(fēng)荷載及施工荷載的耦合效應(yīng)越發(fā)明顯，超高模板支撐體系安全性也越難以保障。尤其是我國沿海地區(qū)時常遭受臺風(fēng)侵?jǐn)_，在風(fēng)荷載與上部施工荷載耦合作用下可能會導(dǎo)致支撐結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損傷甚至破壞倒塌。針對支撐體系安全穩(wěn)定性問題，國內(nèi)外學(xué)者均進(jìn)行了相應(yīng)研究，如Peng等[3]以門式及扣件式腳手架為研究對象，指出斜撐對超高支模架整體穩(wěn)定性的影響；Yue等[4]對提升式腳手架進(jìn)行風(fēng)洞試驗，指出風(fēng)荷載對超高支模架整體穩(wěn)定性有較大影響。

然而對于高支模支撐架，我國并未形成成熟的計算理論，與之相關(guān)的設(shè)計研究工作也停留在初級發(fā)展階段，我國學(xué)者仍將其計算模型的探討作為研究焦點[5]。如王翠英等[6]利用動力學(xué)方法在有限元模擬中施加動力風(fēng)荷載，模擬風(fēng)荷載作用下模板支撐體系承載力影響效應(yīng)；陳永瑞等[7]根據(jù)實際工程，針對某碗扣式腳手架支撐體系進(jìn)行現(xiàn)場試驗，分析得到該系統(tǒng)在混凝土澆筑過程中受力變化規(guī)律，隨后利用有限元軟件進(jìn)行計算，得到碗扣式腳手架更為合理的計算模型。但在目前研究中，極少有學(xué)者對風(fēng)荷載作用下超高支撐體系進(jìn)行施工監(jiān)測。由于超高支撐體系高度高，自重及變形大于普通支撐體系，在施工期間也更易發(fā)生安全隱患。因此，針對超高支撐體系監(jiān)測和研究工作變得至關(guān)重要。然而普通監(jiān)測方法主要以人工為主，由于工地空間限制，該方法用以獲取實測數(shù)據(jù)具有局限性。基于此，為實時掌握在風(fēng)荷載及上部施工荷載耦合作用下超高模板支撐體系安全性，本文以某工程中超高模板支撐為依托，利用物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)實時獲取支撐體系位移變化情況。

1 工程概況

寧波市某科技產(chǎn)業(yè)園項目由主樓及裙樓組成，其中超高區(qū)域位于主樓大堂部位。超高區(qū)域支模架立面如圖1所示，區(qū)域內(nèi)支模架高度最高達(dá)9m，跨度達(dá)57.1m，其中連續(xù)設(shè)置3道水平剪刀撐及1道豎向剪刀撐。連接節(jié)點如圖2所示，采用盤扣式連接方式。

圖1 支模架立面

圖2 盤扣式支模架連接節(jié)點

2 物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)搭建

2.1 監(jiān)控設(shè)備

如圖3所示，為實現(xiàn)實時監(jiān)測支模架狀態(tài)，選取具有實時上傳數(shù)據(jù)功能的傾角傳感器(型號為WEMS401)，該儀器可根據(jù)3個軸向傾角變化計算出支模架偏移情況，測量內(nèi)容為x，y，z軸傾角，上傳數(shù)據(jù)為3個軸向傾角平均值、最大值、最小值，量程為±90°，靈敏度為0.001°，最大誤差為0.01°。此外，由于研究內(nèi)容與風(fēng)速密切相關(guān)，因此，需在場地內(nèi)安裝氣象站用來監(jiān)測該地風(fēng)速、風(fēng)向情況?；诖?，選取具有存儲、實時監(jiān)測功能的小型氣象站。氣象站監(jiān)測設(shè)備如圖4所示，該儀器可實時自動記錄場地風(fēng)速、風(fēng)向變化情況并可將數(shù)據(jù)通過網(wǎng)關(guān)發(fā)送至終端，上傳數(shù)據(jù)包含當(dāng)前風(fēng)速、最小風(fēng)速、最大風(fēng)速、平均風(fēng)速等。

圖3 傾角傳感器

圖4 小型氣象站

2.2 監(jiān)控方案

以該工程主樓大堂區(qū)域超高支撐體系為研究對象。為分析支模架在風(fēng)荷載及上部施工荷載耦合作用下的位移情況，施工現(xiàn)場超高區(qū)域及儀器布置如圖5所示，儀器均利用抱箍固定在測點,布置8個傾角傳感器(1610，1611，1612，1614，1615，1616，1617，1618)及1個振動傳感器(4600)。為更直觀地觀測塔式起重機受臺風(fēng)作用的影響，將傾角傳感器收集數(shù)據(jù)頻率設(shè)置為1min/次。在施工場地內(nèi)安裝有1個小型氣象站用來監(jiān)測施工場地內(nèi)風(fēng)向、風(fēng)速變化，如圖6所示。

圖5 儀器布置

圖6 氣象站位置示意

3 超高支模架監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

3.1 氣象站數(shù)據(jù)分析

3.1.1風(fēng)向

根據(jù)小型氣象站監(jiān)測得到的風(fēng)向數(shù)據(jù)，將其依據(jù)羅盤方位進(jìn)行分類，并繪制16方位風(fēng)玫瑰圖。監(jiān)測期間(即2021-11-17—2021-12-23)風(fēng)速及主要風(fēng)向如圖7所示。由圖7可知，項目現(xiàn)場主要受西南(WSW)方向的強風(fēng)影響，此外，北方向與東方向均有一定風(fēng)速影響。該風(fēng)向為后續(xù)超高支撐體系的研究提供依據(jù)。

圖7 監(jiān)測期間現(xiàn)場風(fēng)玫瑰圖

3.1.2風(fēng)速

根據(jù)小型氣象站監(jiān)測得到的數(shù)據(jù)，篩選出監(jiān)測期間場地區(qū)域內(nèi)風(fēng)速，結(jié)果如圖8所示。由圖8可知，在監(jiān)測期間不時有大風(fēng)天氣，風(fēng)速最大可達(dá)10.8m/s。因此，在此期間研究超高支撐體系風(fēng)致響應(yīng)具有重要意義。

圖8 監(jiān)測期間現(xiàn)場風(fēng)速

3.2 支撐體系風(fēng)致響應(yīng)分析

通過對傾角數(shù)據(jù)處理，可得到如圖9，10所示y，z軸方向偏移量。由于在大堂超高區(qū)域北側(cè)有該項目主體結(jié)構(gòu)遮擋，南側(cè)無建筑遮擋。因此，將儀器劃分為北側(cè)(1610，1616，1614，1612)、南側(cè)(1611，1617，1615，1618)分別進(jìn)行分析。由圖9，10可知，支模架在y，z軸方向均發(fā)生了偏移，且在y軸方向上，南側(cè)測點與北側(cè)測點偏移方向不同，南側(cè)呈現(xiàn)出向負(fù)方向偏移的趨勢，而北側(cè)則相反。在監(jiān)測持續(xù)時間前期，數(shù)據(jù)有較多波動。分析其主要原因是上部施工荷載與風(fēng)荷載的耦合作用。在這兩者耦合作用下，監(jiān)測前期數(shù)據(jù)在上部施工過程中呈現(xiàn)波動范圍廣的特點。此外，在監(jiān)測后期，支模架偏移量隨著時間變化而趨于穩(wěn)定。分析其主要原因是上部施工已初步完成，支模架偏移量達(dá)到一定閾值，但風(fēng)荷載的作用依然存在，因此，后期數(shù)據(jù)雖然趨于穩(wěn)定但仍存在波動。

圖9 支模架y軸方向各點偏移量

圖10 支模架z軸方向各點偏移量

綜上所述，南側(cè)支模架最終在y軸負(fù)方向及z軸負(fù)方向上均有偏移，而北側(cè)支模架主要在y軸正方向及z軸負(fù)方向上偏移。如圖11所示，結(jié)合方位及整體坐標(biāo)可知，南側(cè)支模架整體向東北方向偏移，而北側(cè)支模架整體向西北方向偏移。結(jié)合實測風(fēng)速風(fēng)向及現(xiàn)場施工布置可知，南側(cè)支模架測點偏移方向與風(fēng)向一致，而北側(cè)支模架測點偏移方向與風(fēng)向相反，分析其主要原因是北側(cè)支模架靠近建筑內(nèi)部，大部分風(fēng)被阻擋，其主要受上部施工荷載的作用。

圖11 支模架偏移趨勢

4 結(jié)語

基于某工程施工階段超高支撐體系，通過對其盤扣式腳手架建立物聯(lián)網(wǎng)實時監(jiān)測系統(tǒng)，分析其風(fēng)致響應(yīng)，結(jié)果如下。

1)監(jiān)測數(shù)據(jù)與施工階段中工況進(jìn)展及風(fēng)環(huán)境改變相符，數(shù)據(jù)合理且有效。

2)施工荷載與風(fēng)荷載耦合作用使支模架偏移量明顯增大，施工場地可通過防風(fēng)措施降低支模架失效風(fēng)險。

3)將物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于支撐體系中，大大提高支撐體系安全性分析效率，對降低工程風(fēng)險有指導(dǎo)意義。