一种快装式组合承重支架撑架应用新技术

   作者；郑晓敏

1工程概况

    杭州国际博览中心作为全球第二大单体建筑，工程占地面积1 9万平方米，总建筑面积约85万平方米(见图1)。其中钢结构施工是本工程的重点和难点，钢结构总重量达14.5万吨，钢构件总数量约为6.2万件。

    工程中平面钢桁架共有约700榀，高度高（均在3.6m以上），跨度大（主要为18m、27m、36和54m），重量重（单榀最大重量达184t），故桁架安装过程中需要在桁架下部设置大量的临时支撑装置；此外本项目需要在设有地下室的区域采用行走式塔吊，塔吊重量较大，也需采用临时支撑架对地下室进行加固。因此临时支撑架的选择和应用技术直接影响到本项目的施工质量、成本和工期。

2快装式组合承重支撑架

    工程施工过程中需使用大量的临时支撑架，传统的支撑架一般通过焊接一次成型，形状固定且难以拆卸，重复利用率低，并且运输效率低、储存空间大，使用十分不便。若临时支撑架采用完全现场组装方式，会显著提高施工成本和增加工期，并且支撑架的安装质量难以保证。

    为了克服上述现有承重支撑架的不足之处，在施工中提出一种便于运输、存放和使用的快装式组合承重支撑架（见图2）。承重支撑架包括方形底座、支撑板、活动横杆和活动斜杆、连接座。其中，支撑板由两根支撑杆和分布在支撑杆之间的固定横杆和固定斜杆焊接而成，支撑杆上焊接有与支撑板垂直的设有插销孔的连接板；方形底座一侧及连接座两侧的四个顶角分别焊接设有安装槽和插销孔的撑杆座；支撑杆两端分别焊接设有插销孔的安装板，两块支撑板经支撑杆端部的安装板安装在方形底座及连接座的撑杆座上并用插销或螺栓固定：活动横杆和活动斜杆的两端分别焊接设有插销孔的安装板：活动横杆和活动斜杆分布并经安装板用插销或螺栓安装在相应的两个支撑杆之间的连接板上。

    为了提高支撑板安装精度，可将方形底座及连接座相邻撑杆座上的安装槽之间的夹角设为900（见图3），相邻支撑杆端部安装板之间的夹角与安装槽相对应。

    安装时，先将两个支撑板上的四个支撑杆分别插装在方形底座的四个销座上并用插销或螺栓紧固，再将活动横杆和活动斜杆经插销或螺栓安装在两个支撑板之间的相应位置的连接板上，最后在四个支撑杆的上端再安装一个连接座，即为一个完整的承重支撑架；而在高度不够的情况下，需要多个承重支撑架叠加组合，可用几个承重支撑架相互连接使用；如需支撑多层构件，可在支撑架体适当位置上少装适量的活动横杆和活动斜杆以方便构件的穿越。

    该快装式组合承重支撑架是将一个经焊接而成的整体式承重支撑架分解成便于安装和拆卸的格构式支撑板、方形底座／连接座，及适量的活动横杆和活动斜杆，也便于运输或存储。提高了施工和运输效率，且减少存放空间，现场安装还可根据需要灵活方便地将多个支撑架组合使用，适用性强，重复利用率高，进而节材节能。

3支撑架施工技术

3.1安装工序

    支撑架安装工序见图4。首先将方形底座固定（图4a），然后分别将两片格构式支撑板通过销座固定到方形底座上（图4b），支撑板安装完毕后，将活动横杆和活动斜杆依次连接到两片格构式支撑板之间（图4c），最后将连接座安装在支撑板上部(图4d)。整个装置安装过程简单快捷，支撑架稳固牢靠。

3.2材料分析

    以本项目中采用的两种尺寸的组合式支撑架（见图5）为例进行分析，其规格、材质和重量见表。

3.3支撑架力学分析

    为保证安全性能，需要对支撑体系进行验算。计算软件采用通用有限元计算分析软件ANSYS13.0，结构构件采用Beam188空间梁单元模拟（见图6）。

    计算中利用了Ansys单元生死的功能以模拟施工过程。计算时，首先杀死未安装的单元以模拟未安装的杆件，当完成上一施工步进行下一施工步时，激活将要安装的单元，以此来

考虑安装过程中由于杆件变形锁定的内力和变形的累积效应。

    计算方法采用二阶弹性大变形算法，考虑了钢构件几何非线性的影响，因而考虑了钢结构构件的弹性稳定性。荷载取1.2倍自重，考虑节点构造及加劲措施的影响，系数1.2考虑节点加劲及构造措施的影响。经分析，对于单元为2400×2400x6950的快装式组合承重支撑架，支撑桁架重量可达200t，单体支撑架最大高度可达20m。

经过分析支撑架和钢桁架的应力和变形量，可知所设计结果体系的最大拉压力和压应力均满足本项目的要求。3.4应用情况

3.4.1桁架支撑

    在杭博的会议会展区域，由于桁架跨度大（36m和54m），重量重，需要采用临时支撑装置来保证桁架体系的应力和变形量符合设计及规范要求。

    主要安装工艺：与桁架腹杆平行的斜杆、横杆采用焊接，成片安装：与桁架腹板垂直的斜杆、横杆采用螺栓连接并且高空散装，并可根据桁架的位置进行斜杆、横杆的选择性安

装，支撑架平台上根据桁架安装的需要可设有预起拱装置。桁架下弦与支撑系统间设置调整和顶紧装置，便于卸载和顶紧；体系设置时，主要考虑支撑系统承载两层桁架的重量：上层

桁架安装完成，下一层桁架支撑体系卸载，保证受力传递到底部支撑架上（临时支撑体系安装见图7）。

3.4.2混凝土结构支撑

    项目在C轴以南区域按设计分区为五个施工段，在每个施工段的±0.00m结构平面上布置两台1100t．m型行走式塔吊。由于在施工过程中，行走式塔吊轨道区域内的地面载荷较大，故需要采用临时支撑对地下室进行加固以保证建筑结构的安全性，塔吊在使用过程中的竖向荷载由钢梁传递给混凝土梁柱和临时支撑上。行走式塔吊轨距设为18m．采用1500mm x1500mm临时支撑对地下室的两层混凝土结构进行加固（见图8）。

    在地下室混凝土结构强度达到设计强度的75%~ 80%，且混凝土龄期达到21d时交付钢结构专业进行安装。临时支撑的安装分两步进行，第一步随混凝土梁底部模版施工同步进行，将支撑架（不包括200mm高承台）放置于加固位置；第二步待土建脚手架拆除完毕后，将200mm高承台放入支撑架里。

    为保证上部荷载的有效传递，使加固结构完全发挥设计功能，临时支撑安装到位后，支撑架顶部距离混凝土梁底部的间隙大约为50mm左右，先使用千斤顶将临时支撑顶至和混凝土梁接触，然后使用模数为10mm厚的钢板垫高，再在支撑架底部对称打入斜垫铁进行调整，塞紧斜垫铁后将其和临时支撑底部钢板点焊在一起，最后拆除千斤顶。

3.5效益分析

    快装式组合临时支撑架，相对于传统形式的支撑架节省了大量的钢材用量、安装工时、运输费、仓储费等，此项技术在该工程中所产生的经济效益达1 000万元。同时快装式组合支撑架安装方式减少了焊接运输等能量耗损，材料可回收利用，节材节能，符合绿色施工的要求，具有良好的社会效益。

结束语

针对新型快装式组合承重支撑架所展开的研究，并结合实际工程项目的应用，证明该装置及技术有较好的社会效益和经济效益。随着社会的不断进步，大型建筑及大型空间的钢结构施工逐渐增多，临时支撑装置在钢结构施工中的重要性也日益重要，本文可为同类项目的施工提供参考。

4摘要：本文结合某钢结构项目对所采用的新型承重支撑架进行研究，介绍了其研究背景、技术内容、安装工艺、材料及力学分析、应用情况和效益分析等，表明该快装式组合承重支撑架具有良好的应用前景。