1、立杆轴力监测技术在超大空间结构施工过程中的应用内容摘要：结合工程实例，系统介绍了立杆轴力监测技术在江苏广电城工程主舞台屋盖超大空间混凝土结构模板排架支撑体系实施过程中的运用，讨论了工程施工中的重点、难点和动态监测技术在危险性较大的工程施工中的必要性，通过对立杆监测数据的比较和分析，实现了动态控制和信息化施工。为类似高支撑模板排架体系施工提供借鉴。 关键词：超大空间结构、变形控制、立杆轴力、动态监测、信息化施工 中图分类号： TU71 文献标识码： A 工程概况 1.1 工程规模及概况描述 江苏广电城位于南京市北京东路 4 号，裙楼为电视工艺用房，建筑面积 68000m2，钢筋混凝土框架结构，地
2、上 8 层，地下 2 层。裙楼设1200 座电视剧场一座（如图一） ，剧场包括池座区和舞台区两大部分（如图一） ，舞台区 1600m2 分侧舞台和主舞台，两侧为侧舞台，跨 23 层空间，跨度 20m，净空高度 10m，主舞台居中，面积 550m2（主舞台范围28.8m19.2m） ，为机械升降舞台，主舞台的底仓为地下室负一层（结构标高-5.2m） ，顶为裙楼屋面（结构标高 38.00m） ，跨 8 层空间，净空高度43.2m，如同一个巨大的天井，而主舞台顶就是天井的盖子，整个主舞台区域为一个超大空间结构。 图一施工中的剧场（23.0m 标高） 1.2 主舞台屋面钢筋混凝梁结构设计特点 主舞台屋
3、面东西长 28.8m，南北长 19.2m，屋面标高为 38.0，而与其相邻的周边裙楼屋面标高为 36.0m，该高差部分分别设置 10003700 mm 、10003500 mm 预应力屋面梁形成一个“井口” （如图二） ，主舞台屋面梁板就像“井盖” ，为满足舞台机械设备安装的吊挂荷载的需要，主舞台屋面梁板南北方向设置 8001500 mm 3 根预应力主梁和 2 根 7001000 mm 次梁，东西方向设置 4 根 7001000 mm 次梁形井字屋盖搁置与“井口”（如图三） 。 图二舞台大空间“井口” （36.0m 标高） 图三施工中的主舞台大空间屋面（38.0m 标高） 二 施工方案描述及
4、重点、难点分析 2.1 主舞台屋面梁板高支模排架施工方案描述 近年来国内钢筋混凝土高支撑模板结构由于支撑排架设计和施工问题导致垮塌的事故时有发生，造成了人员伤亡和巨大的经济损失，影响极坏。本工程主舞台屋面超大空间结构为工程施工的重中之重，得到了建设、监理、施工等参建单位及相关主管部门的高度重视。为确保该高支模施工的安全，施工单位分别设计了桁架支模和脚手钢管搭设排架支模的两套方案。经过多轮讨论和方案比选，结合现有塔吊的布置位置的起重能力，在方便施工和确保施工绝对安全的前提下，决定选择常规钢管、扣件搭设排架的支撑形式。 排架设计为：采用 483.0 脚手钢管扣件搭设，按梁与板按不同的荷载分别计算：
5、10003700mm 梁下设横向 12 根立杆，8001500mm 梁下设横向 5 根立杆， 6001000mm、7001000mm、600900mm 屋面梁下设横向 4 根立杆，立杆纵距均为 0.6m，步距均为 1.6m，水平横杆双向拉通，设双向剪刀撑；板下排架搭设，立杆纵横距为 6001200mm，与梁下立杆模数吻合，步距采用 1.6m，双向水平杆与梁下排架拉通。为确保架体稳定和分担部分立杆荷载，在主舞台周边的各层已完成的砼梁面按1.2m 模数埋入短钢管，排架的横杆与短钢管拉结固定，排架与周边的砼结构顶紧或与周边的柱用钢管夹固，同时在中部区域梁交点荷载集中位置设置 4 个钢管加强搭构架（形
6、式类似于塔吊塔身标准节）的加强区。主舞台屋面支撑排架搭设共使钢管 610t，各类型扣件 3.6 万只。 2.2 主舞台屋面梁板的重点和难点分析 主舞台屋面板的“井口”四周钢筋混凝土预应力梁为跨度大（28.8 m、19.2 m） 、截面大（10003700 mm 、10003500 mm） ，屋面顶板为大空间（净空 h=43.2m） ，结构自重大，施工荷载大。施工的重点为模板排架系统的设计、搭设、拆除，其中支撑立杆需对接 6 个接头。施工的难点为模板支撑排架系统变形控制，尤其是大梁和“井口”四周钢筋混凝土预应力大梁施工过程中模板排架系统立杆的稳定性和变形控制。根据建设部建质【2004】213 号
7、文件危险性较大工程安全专项施工方案及专家论证审查办法要求该模板支撑系统高度超过 8m，跨度超过 18m，线荷载大于 15kN/m，其模板支撑系统设计专项施工方案应按规定进行专家论证。 三专项施工方案审查、论证和要求 3.1 专项方案审查、论证 专家审查了施工方案支撑系统的计算书、支撑系统构造措施、砼浇筑方法、浇筑程序、质量安全保证措施，同时也对施工方案的形式进行了审查，确认了施工单位技术负责人签字。专家提出如下论证意见：（1）支撑立杆立于-5.2m 楼面（负一层） ，由于荷载较大必须在立杆下垫板，同时在负二层增加立杆对-5.2m 楼面进行加强（原施工排架支撑保留未拆除） ，并控制地下室顶板支撑
8、的拆除必须在上部支撑脚手架拆除之后进行；（2）应采用适当手段对支撑立杆工作轴力进行多阶段动态监测，做到信息化施工；（3）支撑立杆与顶部横杆应采用双扣件，拧紧力矩应达到 4065Nm；（4）模板支撑系统应与两侧已完成结构可靠连接，适当分担施工荷载，制约架体侧向变形；（5）支撑排架应分层设置防坠落安全网。施工单位将专家书面意见作为附件对原方案进行了完善，并履行了申报手续。 3.2 支撑排架立杆轴力监测的必要性和要求 按专家方案论证意见要求，需进一步有效控制支撑排架在施工过程中的整体稳定和变形，做到信息化施工。由于该排架高度达 43.2m，屋面梁截面大、跨度大，集中线荷载大，属于典型的重荷载超高支模
9、，又由于砼施工中排架支撑承受荷载随着砼浇捣不断变化，整个模板支撑排架体系属于时变结构体系，为确保施工安全，除混凝土浇筑必须严格控制施工载荷、对称进行浇筑外，确需采取适当有效的监测手段对支撑受力体系工作状况进行监测，传统的吊锤挂线监测方法显然无法实现迅速、准确地测量和反馈受力、变形情况。本工程选择委托第三方专业检测机构针对本支撑排架的具体工况采取科技手段对支撑架体受力、变形情况进行监测，做到及时反馈受力、变形数据信息。第三方专业检测机构编制了本支撑排架立杆轴力多阶段动态监测方案，并进行施工全过程监测。四 支撑排架立杆轴力多阶段监测 4.1 测点布置及测试仪器 根据该排架受力情况布置了 6 个监测
10、点，分别位于 8001500mm 与7001000mm 梁相交立杆处下布置轴力测力点 1、2、3、4、5、6，立杆下轴力测力点布置如图四所示，立杆轴力测试仪器采用 TJL-4 柱式拉压传感器，如图五所示。 图四立杆下轴力测力点布置平面图 图五 TJL-4 柱式拉压传感器图六 轴力监测工况图 4.2 立杆轴力多阶段动态监测 立杆轴力理论值根据现场排架搭设和具体测点立杆位置计算所得，所得立杆轴力增加值用于计算立杆失稳变形，从而确定立杆警戒报警值，经计算主舞台排架支撑立杆失稳极限轴力值为 13.8KN,取立杆失稳极限轴力值的 60%（8.280KN）为安全报警值。实测值超过安全报警值时混凝土浇筑暂停
11、，查明原因，解除隐患后恢复施工，真正做到动态监测、信息化施工，确保施工安全。轴力监测工况如图六。 （1）工况一：模板支架搭设完成砼浇筑前，本工况考虑高支撑模板排架搭设完成的受力情况，支架仅承受自重及模板、钢筋作用，此时立杆轴力较小，读取相应的初始值。 （2）工况二：砼浇筑过程中，本工程考虑砼浇筑期间排架的受力状况，此时排架承受工况一的各项荷载以外，尚需承受新浇筑砼的自重以及施工活荷载作用，此时支架处于受力最不利状态，所以该工况作为重点监测。砼浇筑过程中由于浇筑路径及施工流程的变化带来作用于支模排架的荷载变化也较大，实际测试时为每隔 12 小时读取一次读数。 （3）各测点不同工况下理论计算值：单
12、位（KN） 4.3 监测情况及数据 （1）工况一：砼浇筑前实测值与理论值比较（实测数据为读数平均值，单位 KN） 从上表可以看出，实测值比理论计算值小，这是由于变形协调的作用，模板支架的自重荷载未能完全落在传感器上。 （2）工况二：砼浇筑时荷载的增加值（实测数据为读数平均值，单位 KN） 五 监测结果分析 砼浇筑时实测荷载的增加值与理论值比较（实测数据为读数平均值，单位 KN） 从测试结果可以看出，实测数据值远小于安全报警值 8.280KN，实际各测点的增加值与理论计算增加值基本吻合，但实际增加值相对于计算增加值偏小，原因如下： （1）由于理论计算采用的是简化计算，为考虑整体效应；同时所测区域
13、位于 C 轴等接近边缘构件部位，该区域部分荷载轴力通过连墙件直接传递到周边已完成的混凝土结构上，对该区域起到卸载作用，符合方案设计预期。 （2）由于与计算增加值比较的实测读数为混凝土浇筑完毕后的最终值，没有考虑施工荷载。 实际浇筑混凝土是采用对称浇筑，而且有意识地分层浇筑，这样已浇好的部分对模板支架会起到一定帮助作用。 六 总结 通过全过程多阶段对高支撑模板排架立杆轴力进行动态监测，实现了对支撑排架体系方案设计的验证，实现了动态控制和信息化施工。在参建各方努力和配合下，主舞台屋面钢筋混凝土结构大空间结构施工顺利，在混凝土浇筑过程中高支撑模板排架受力和变形均在控制范围内，整个浇筑过程未出现任何异常情况，确保了施工安全和施工质量，取得了良好的预控效果，该项目获 2009 年国优鲁班奖。 参考文献 【1】 建筑扣件式钢管脚手架安全技术规范（JGJ1302001、2011） 【2】 建筑结构荷载规范 （GB500092001） 【3】建筑施工手册.中国建筑工业出版社.1997 作者简介：张学彪，男，1974 年生，本科学历，东南大学工民建、计算机科学与技术专业毕业，工程师，一级建造师、国家注册监理工程师资格，现在江苏建科建设监理有限公司从事工程监理和工程项目管理工作。
