1 臨時支撐體系的作用
大跨度鋼結構的施工過程是由局部到整體的過程,結構未成型之前尚不能完全靠自身承載或保持穩定,通常需要在安裝階段預先搭設臨時支撐,在結構安裝完成后,再按照預定的方法及順序拆除這些臨時支撐。臨時支撐在施工過程中有如下作用[1]:①為主體結構的高空安裝提供操作平臺;②保持已安裝結構構件的穩定性;③減小安裝過程中主體結構的內力、變形;④提高主體結構施工過程的安全性及安裝精度。
2 臨時支撐體系的布置原則
設置臨時支撐幾乎是所有大跨度結構安裝過程中必然遇到的問題,但是臨時支撐改變了結構的設計受力狀態,可能會造成臨時支撐點處及附近區域的桿件內力加大,引起安裝過程中結構構件的破壞。如何選擇一個適合大跨度空間結構臨時支撐布置,保證結構安裝的安全可靠性而又符合現場下部結構形式便于施工,成為一個值得探討的問題。
臨時支撐的布置與結構的施工方法有關??臻g鋼結構的常用施工方法有高空散裝法、吊裝法、滑移法、整體提升法、整體頂升法等[2].高空散裝法常采用滿堂腳手架布置; 滑移法結構在腳手架平臺上安裝; 吊裝法、整體頂升法或整體提升法施工時由于結構跨度較大,通常在結構上設置多個臨時支撐點,這些支撐點通??梢酝ㄟ^拉桿或者斜撐形成一個整體。
當大跨度鋼結構施工需要設置多個臨時支撐點時,其設置的基本原則如下:①根據主體結構與施工區段的劃分,分塊進行臨時支撐的設置;②臨時支撐的設置應與施工吊裝方案設計相結合,保證吊裝過程中已安裝結構的穩定性;③對于基本對稱的結構,一般可按經驗方法在屋蓋平面的中心或者桁架平面投影的中點設置一臨時支撐,其余支撐按對稱原則設置;④充分利用主體結構強度,減少不必要的臨時支撐??稍谥麒旒芟略O置部分臨時支撐,待主桁架分段吊裝完畢后,將主桁架作為次桁架安裝的支撐點。
3 臨時支撐體系的優化方法
大跨度鋼結構施工過程中用到的臨時支撐數量大,規格多。為滿足施工要求,需要投入大量的人力、物力和時間進行臨時支撐的加工制作、安裝以及后期拆除。因而,對臨時支撐體系進行優化對縮短施工時間、節省施工費用很有必要??梢詮呐R時支撐體系設計、布置、使用等方面進行優化。①采用通用組合式臨時支撐;②提高臨時支撐循環利用率;③優化吊裝順序、減少臨時支撐;④合理減少懸挑端臨時支撐數量。
3. 1采用通用組合式臨時支撐
在大跨度鋼結構安裝過程中,需要利用各種各樣的胎架,以方便安裝、控制構件幾何精度,若這些胎架不具備互換性,往往當一種產品完工后,與之相應的胎架便失去了作用,所有工程竣工后鋼結構施工胎架必然會造成長期閑置并帶來浪費。這樣不僅增加了制造成本,而且延緩了生產進度、降低了勞動生產率。因此,研制具有互換性、通用性且簡便易操作的胎架對鋼結構制造非常必要[1].
以中國博覽會會展綜合體項目為例,該項目采用的臨時支撐為格構柱,由底座、標準節、頂部平臺組成。格構柱布置于桁架下方,承受桁架自重及安裝活荷載,格構柱設置在16m樓板上,樓板下方由格構柱頂緊支承。格構柱根據高度不同共分41,27,7m 3種類別,如圖1所示。格構柱均采用4根鋼管(\ue788159 × 8) 為主肢、圓管(\ue788133 × 6) 為綴條組成的 格 構 式 截 面,管 中 心 間 距 為2 000mm ×2 000mm,材質為Q345B.臨時支撐在使用完畢后可以將標準節進行循環再利用。
3. 2提高臨時支撐循環利用率
大跨度鋼結構若采用分區安裝的方法,當一塊區域的鋼結構安裝完畢并形成穩定結構后,可以將該區域的臨時支撐拆除,并將其倒運至新的安裝區域,實現臨時支撐的循環利用,提高臨時支撐的利用率。以中國博覽會會展綜合體項目為例,該項目的典型施工步驟如下:①第1步 安裝C-1,C-2單元桁架臨時支撐,安裝C-1,C-2單元桁架 ( 見圖2a) ;②第2步 安裝C-3,C-4單元桁架臨時支撐,安裝C-3,C-4單元桁架( 見圖2b) ;③第3步 拆除C1,C2單元桁架臨時支撐,安裝C-5,C-6單元桁架臨時支撐,安裝C-5,C-6單元桁架( 見圖2c)。
3. 3優化吊裝順序、減少臨時支撐
中國博覽會會展綜合體項目通過如下2種施工方案的比選,確定了一種支撐數量最少的安裝方案,實現了108m跨三角管桁架的無支撐安裝[3].其中108m跨桁架位置如圖3a所示,縱向連系桁架位置如圖3b所示。
1) 方案1在108m跨桁架中部下方加設臨時支撐,將其分為2段,每段長54m,質量為31 ~ 47t.
2) 方案2 108m跨桁架中部不設置臨時支撐,而是先安裝縱向連系桁架,利用縱向連系桁架作為支撐。108m跨桁架分為2段,每段長度為54m,質量為31 ~ 47t; 縱向連系桁架處跨度為36m.方案2利用提前安裝的相鄰2榀桁架以及36m跨縱向轉換桁架,實現了108m跨三角管桁架的無支撐安裝。