扣式脚手架在大跨度椭圆形弦支穹顶结构施工中的应用

通过对几种脚手架的分析比较，天津中医药大学新建体育馆工程选用扣件式脚手架作为支撑。

天津中医药大学新建体育馆工程平面呈椭圆形，建筑面积17420㎡，主体一层，局部四层，建筑高度24.3m，钢屋盖呈椭圆形，长轴92m，短轴73m，挑高6.5m，网壳上层由超大型空心带肋焊球和空心杆件焊接而成，形式为Schwedler-Kewitt网壳。下部柔性系统由4圈缆绳、5圈径向拉杆和81根垂直支柱组成。整个屋顶位于内环的26根混凝土柱和一个跨度为55的桁架上。北侧6米。它通过竖向异形平面桁架与外环的32根混凝土柱相连。弹簧支架预埋在立柱顶部，预埋件留在立柱内。网壳与异形平面桁架焊接，异形平面桁架与弹簧支座和预埋件焊接形成稳定体系。如图1所示。

体育馆中心是比赛场地，周围是阶梯式看台，可容纳5300多人。是国际比赛、休息和娱乐的理想场所。如图2所示。

钢屋盖施工方法的确定

由于网壳拼装后需要施加预应力，张拉过程中网壳会经历复杂的受力变化状态，部分构件由受压变为受拉，中间起拱值为67mm，安装精度要求较高，因此精度控制成为保证后张法成型的关键。

高空大量使用满堂脚手架。脚手架应具有不影响网壳定位和组装的功能，并保证每个杆件和球节点能反复测量和校正。当杆件组装和焊接出现偏差时，可以依靠脚手架及时纠正偏差，从而保证整个屋架的安装精度。安装屋面网架时，脚手架的立杆和水平杆的位置可以及时改变，为网壳下部的竖向撑杆、径向拉杆、环向拉索和张拉作业提供了安全可靠的工作平台，使高空散装网壳成为最佳施工方案。

悬挂穹顶支撑脚手架的作用

1.支撑网壳的荷载

网壳和焊球安装时，需要吊装在支撑脚手架形成的操作平台上，然后在平台上设置三维调整转换装置。经过反复测量，准确定位，安装焊接，反复测量，调整，纠偏，直至达到设计值。依次安装网壳的所有构件和球节点，形成整个网壳。张拉前，整个网壳的荷载作用在脚手架上。

2.施工操作平台

脚手架形成的平台是施工人员安装焊接网壳构件和球节点的工作平台，也是放置作业工具和运输材料的平台。

3、缆索系统安装、张拉操作平台

下层网壳索杆体系的竖向撑杆和径向拉杆在网壳拼装完成后与环向索同时安装，在支撑脚手架上完成施工。整个钢屋盖安装完成后，需要安装张拉工具，进行预应力张拉，支撑脚手架提供操作空间。

4、脚手架要求

弦支穹顶结构(见图3)，上部单层网壳为椭圆曲面，为了施工方便，需要根据穹顶曲面搭建塔梯，这就必然需要更多不均匀的立杆来满足塔梯的搭设(见图4)。下弦支式结构的支撑脚手架可以灵活避开竖向撑杆、径向拉杆和环向拉索，以满足结构和施工的需要。

梯形支撑架

脚手架选择

为满足脚手架条件，对扣件式钢管脚手架、碗扣式钢管脚手架、安德固脚手架和扣件式脚手架进行了比选。

1)扣件式钢管脚手架

是应用最广泛的脚手架，搬运方便，通用性强，成本低。但本工程弦杆结构呈现立体姿态，这种类型的脚手架很难满足弦杆结构的空中姿态和穹顶曲面的变化。如果使用这种类型的脚手架，需要切割和更换大量的钢管，造成大量的浪费。另外，安全性很难保证。

2)碗扣式脚手架

碗扣式接头虽然结构合理，轴力由立杆传递，结构强度高，整体性好，但更能满足施工安全的需要。天津周边地区有很多这类脚手架的生产厂家。在长期施工中，发现租赁单位从多家厂家购买产品或为一个项目租赁多批产品后，产品质量标准和制造精度不统一，杆件和碗扣混在一起，横杆接头上的牙印误差如水平杆的长度误差，立杆上碗扣的间距误差，且上下碗扣齿痕的宽度和深度不能很好的匹配，导致脚手架碗扣紧固力不足，脚手架整体稳定性差，给施工带来一定的安全隐患。此外，施工单位租赁后，损失了部分钢筋，通过自行重组弥补了租赁钢筋的数量，导致钢筋加工质量误差增大；最后，网壳的组装精度难以保证。

3)安德古脚手架

能满足使用要求，不存在上述缺点。而国内没有行业规范和标准，施工过程中不方便与业主、监理和施工单位以及政府相关管理部门进行检查和沟通。

4)扣件式脚手架

脚手架的立杆长度为0。5~ 3.0m，水平杆为0。3~2m，规格齐全，有助于解决弦支穹顶结构中塔梯脚手架搭设所需立杆长度不一的问题。该脚手架可以弥补上述支撑脚手架的不足，同时可以在高空的两个立杆之间任意增加横杆钢梁，在钢梁上任意增加立杆，可以很好的解决与索杆体系碰撞时避开竖向撑杆、径向拉杆和环向索的问题。当支撑脚手架和弦支穹顶结构不合适时，只需调整部分脚手架构件的位置即可解决问题，大大方便了施工。更重要的是，脚手架稳定性好，承载力高，安全可靠，调节灵活方便。它为环向索、竖向撑杆、径向拉杆的安装和预应力张拉施工创造了安全可靠的施工环境，是弦支穹顶结构最合适的支撑体系。

负载计算

脚手架承受的荷载主要包括:钢屋盖荷载、三维调整转换装置、施工人员和设备等。

1)焊球处的节点反力为16kN。

2)三维调整转换装置0。65kN/m2。

3)施工人员和设备3kN/m2。

4)荷载组合的恒载分项系数为1。2，活载分项系数为1。4.

计算:

1)三维调整转换装置中工字钢的最大应力σmax为70。62n/mm2< FM = 205n/mm2。

2)立杆支座力σ= 107。2N/mm2< [f] =300N/mm2。

3)地基承载力P= N/A =13。9kN/m2

脚手架搭建

中心场地支撑架的地基处理方法如下:

1)素土回填，回填高度1500mm，压实系数≥0。95.

2)150mm厚3∶7灰土回填。

3)200mm厚钢筋C20混凝土垫层。

其他场地支撑位于看台(看台容许承载力为3~ 4kn/m2)。为满足看台的承载力要求，看台下方采用支撑架，支撑架的地基处理方法如下:

1)素土回填，回填高度1500mm，压实系数≥0。95.

2)150mm厚3∶7灰土回填。

3)60mm厚钢筋C20混凝土垫层。

处理后承载力满足设计要求。

采用60系列扣件式脚手架，立杆布置间距为1。5m×1。5m，间距1。5m。脚手架搭设形式为矩阵式桁架支撑结构。即四根立杆、水平杆和垂直斜杆组成一个单元桁架，每个单元桁架由水平杆连接，如图5所示。

支架支撑采用点对点顶升，以提高支撑稳定性，如图6所示。与脚手架周围的混凝土框架柱可靠连接，如图7所示。

搭设塔式梯子平台，如图8所示。

天津中医药大学新建体育馆钢屋盖弦支穹顶结构采用扣件式脚手架施工，施工空间安全宽敞，能满足预应力安装和张拉施工的要求。组装后整个网壳的最大挠度只有16mm，远小于30mm的规定值。表明脚手架作为椭圆形大跨度弦支穹顶结构的支撑体系已显示出其优越性。为此类工程中支撑脚手架的选择提供了工程实例。

来源：湖南拯卫建设科技