濟(jì)南大劇院腳手架體系施工監(jiān)測與控制

陳 魯 張吉順 董希祥 劉燕萍

(1．同濟(jì)大學(xué)浙江學(xué)院土木系，嘉興314051;2．上海同濟(jì)建設(shè)工程質(zhì)量檢測站，上海200092;3．濟(jì)南西城投資開發(fā)集團(tuán)有限公司，濟(jì)南250001)

1 工程概況

濟(jì)南大劇院位于濟(jì)南西部新城西客站片區(qū)的核心區(qū)內(nèi)。大劇院建筑由三個(gè)觀眾廳構(gòu)成，包括歌劇廳(1 791座)、音樂廳(1 512座)、多功能廳(476座)及輔助功能用房等，總建筑面積74 776 m2，如圖1所示。

大劇院工程主要的高支模區(qū)域包括:歌劇廳的主舞臺臺倉上部梁板結(jié)構(gòu)，后舞臺梁板結(jié)構(gòu)，兩個(gè)側(cè)舞臺及觀眾廳混凝土屋面結(jié)構(gòu)，音樂廳演出大廳屋頂，多功能廳頂部結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1 大劇院效果圖Fig．1 Rendering of Grand Theater

圖2 結(jié)構(gòu)簡圖Fig．2 Structural diagram

1．1 音樂廳演出大廳屋頂高支模模板體系概況

音樂廳演出大廳混凝土結(jié)構(gòu)在音樂廳兩弧形剪力墻內(nèi)側(cè)，屋面大梁為勁型鋼骨混凝土梁。音樂廳模板體系的整體設(shè)計(jì)思路為利用鋼骨自身承載力，采取懸掛體系進(jìn)行模板組立系統(tǒng)支設(shè)。利用鋼骨吊掛體系作為模板組立系統(tǒng)，即利用鋼骨腹板上原有預(yù)留孔洞及補(bǔ)充開孔穿入與梁正交向的橫向型鋼吊掛梁底板模板同時(shí)抬撐上部梁間板底模支撐架體，如圖3所示。

圖3 音樂廳吊掛模板體系簡圖Fig．3 Music hall hanging formwork system diagram

1．2 歌劇院舞臺高支模模板支撐體系概況

歌劇廳主舞臺、側(cè)舞臺以及后舞臺結(jié)構(gòu)采用滿堂架體支撐，模板支撐體系以及立桿平面布置點(diǎn)位示例如圖4所示。

圖4 歌劇院模板支撐體系Fig．4 Opera hall support system

2 監(jiān)測分項(xiàng)和監(jiān)測內(nèi)容

2．1 音樂廳演出大廳屋頂高支模模板體系

監(jiān)測對象為如下幾類構(gòu)件:托架梁，即橫穿于各I型鋼骨腹板洞口中的雙拼槽鋼;吊桿，即用以將梁底橫擔(dān)吊掛于托架梁上的豎向連桿。采用直徑30螺桿、M30螺栓。監(jiān)測內(nèi)容為吊桿拉力，鋼骨混凝土梁梁底撓度以及托架梁撓度。

2．2 歌劇院高支模模板體系

監(jiān)測對象為如下幾類構(gòu)件:支撐體系立桿;支撐體系整體結(jié)構(gòu)。監(jiān)測內(nèi)容為主舞臺、側(cè)舞臺、后舞臺以及觀眾大廳支撐體系立桿的兩端軸力，主舞臺支撐體系的整體側(cè)向位移。

3 監(jiān)測設(shè)備和技術(shù)方法

3．1 吊桿拉力監(jiān)測

采用穿心式壓式負(fù)荷傳感器(量程100 kN)進(jìn)行測量和監(jiān)控。壓式負(fù)荷傳感器是利用電阻應(yīng)變的原理，將高精度的箔式應(yīng)變計(jì)通過一定的方式粘貼在彈性體上。當(dāng)傳感器受外力作用時(shí)，通過外加激勵(lì)電壓將受力的大小轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電動(dòng)勢，從而達(dá)到測量的目的。傳感器如圖5所示。

圖5 穿心壓式負(fù)荷傳感器Fig．5 Through type load sensor

3．2 立桿軸力監(jiān)測

采用實(shí)心式壓式負(fù)荷傳感器(量程100 kN)進(jìn)行測量和監(jiān)控。傳感器外形如圖6所示。

圖6 實(shí)心壓式負(fù)荷傳感器Fig．6 Solid type load sensor

3．3 梁底撓度、托架梁撓度、支撐體系位移監(jiān)控

針對鋼骨混凝土梁的梁底撓度、托架梁的撓度、主舞臺支撐體系的整體側(cè)移以及局部位移的測量和監(jiān)控，采用振弦式位移計(jì)進(jìn)行測量，采用量程50 mm的位移計(jì)。振弦式位移計(jì)的主要測量元件是一個(gè)振弦式位移傳感器，傳感器連接滑動(dòng)桿?；瑒?dòng)桿傳遞儀器兩端法蘭的伸縮，引起彈簧的張力以及振弦的張力變化。張力的變化量與拉伸量成正比。根據(jù)測量的儀器讀數(shù)，即可計(jì)算出位移量，如圖7所示。

圖7 位移計(jì)Fig．7 Displacement meter

3．4 數(shù)據(jù)采集與傳輸設(shè)備

采用無線數(shù)據(jù)采集器配合筆記本電腦進(jìn)行現(xiàn)場人工測量，無線數(shù)據(jù)采集器如圖8所示，數(shù)據(jù)采集儀將傳感器信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，無線傳輸至筆記本電腦終端。采集方式為傳感器—采集器—筆記本電腦終端，配備專用采集軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理與統(tǒng)計(jì)，如圖9所示。

4 測點(diǎn)布置

4．1 音樂廳演出大廳模板體系鋼骨混凝土梁梁底撓度監(jiān)測

音樂廳觀眾大廳樓面鋼骨混凝土梁的梁底撓度監(jiān)測，三個(gè)區(qū)域各選擇一點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測。各區(qū)域均選擇平面位置居中的鋼骨混凝土梁作為監(jiān)測對象，監(jiān)測點(diǎn)設(shè)置在該鋼骨混凝土梁的跨中位置，共計(jì)位移計(jì)數(shù)量3點(diǎn)。測點(diǎn)布置如圖10所示。

圖8 數(shù)據(jù)采集器Fig．8 Data collector

圖9 采集流程示意圖Fig．9 Schematic diagram of acquisition process

圖10 鋼骨混凝土梁梁底撓度監(jiān)測測點(diǎn)布置圖Fig．10 Layout of deflection mornitoring points on steel reinforced concrete beam's bottom

4．2 音樂廳演出大廳模板體系托架梁梁底撓度監(jiān)測

音樂廳觀眾大廳樓面模板支撐體系的托架梁梁底撓度監(jiān)測，三個(gè)區(qū)域各選擇一點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測。各區(qū)域均選擇平面位置居中的托架梁作為監(jiān)測對象，監(jiān)測點(diǎn)設(shè)置在該托架梁的跨中位置，共計(jì)位移計(jì)數(shù)量3點(diǎn)。測點(diǎn)布置如圖11所示。

4．3 音樂廳演出大廳模板體系吊桿拉力監(jiān)測

音樂廳觀眾大廳樓面模板支撐體系的吊桿拉力監(jiān)測，三個(gè)區(qū)域每區(qū)各選擇兩點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測。各區(qū)域均選擇平面位置居中以及居于邊緣的各一根托架梁作為監(jiān)測對象，該托架梁跨中位置各選擇一根吊桿進(jìn)行拉力測量。共計(jì)壓式負(fù)荷傳感器數(shù)量6點(diǎn)。測點(diǎn)布置如圖12所示。

4．4 歌劇院模板支撐體系立桿軸力監(jiān)測

圖11 托架梁梁底撓度監(jiān)測測點(diǎn)布置圖Fig．11 Layout of deflection mornitoring points on bracket beam's bottom

圖12 吊桿拉力監(jiān)測測點(diǎn)布置圖Fig．12 Layout of deflection mornitoring points on suspender

沿主舞臺模板支撐體系的平面布置，均勻選擇4根立桿進(jìn)行立桿軸力監(jiān)測，每根立桿測量上下兩端的軸力，共計(jì)壓式負(fù)荷傳感器數(shù)量8臺。測點(diǎn)布置如圖13所示。

圖13 主舞臺立桿軸力監(jiān)測測點(diǎn)布置圖Fig．13 Layout of axial force monitoring points on main vertical rods

5 測量數(shù)據(jù)分析

5．1 鋼骨梁梁底撓度

由圖14鋼骨架梁底撓度變化可以得出:

(1)隨著混凝土澆筑過程，梁底撓度不斷加大。

(2)整個(gè)過程最大撓度出現(xiàn)在澆筑完成12 h后，測點(diǎn)位置為鋼骨梁梁底撓度1，撓度數(shù)值2．147 mm。

(3)各測點(diǎn)梁底撓度數(shù)值較為均勻，最大撓度在1．8 ～2．1 mm 之間。

(4)自澆筑完成至養(yǎng)護(hù)12 h后，梁底撓度未出現(xiàn)明顯變化。

(5)梁底撓度滿足設(shè)計(jì)要求，低于預(yù)先設(shè)定的撓度限值。

5．2 托架梁梁底撓度

由圖14栓架梁梁底撓度變化可以得出:

圖14 梁底撓度Fig．14 Deflection of beam's bottom

(1)隨著混凝土澆筑過程，梁底撓度不斷加大。

(2)整個(gè)過程最大撓度出現(xiàn)在澆筑完成12 h后，測點(diǎn)位置為托架梁梁底撓度2，撓度數(shù)值2．477 mm。

(3)各測點(diǎn)托架梁梁底撓度數(shù)值較為均勻，最大撓度在1．9～2．5 mm之間。

(4)自澆筑完成至養(yǎng)護(hù)12 h后，梁底撓度未出現(xiàn)明顯變化。

(5)梁底撓度滿足設(shè)計(jì)要求，低于預(yù)先設(shè)定的撓度限值。

5．3 音樂廳吊桿拉力

由圖15吊桿拉力變化可以得出:

(1)隨著混凝土澆筑過程，吊桿拉力不斷加大。

(2)整個(gè)過程最大拉力出現(xiàn)在澆筑完成12 h后，測點(diǎn)位置為13號梁端頭，拉力數(shù)值13．4 kN。

(3)自澆筑完成至養(yǎng)護(hù)12 h過程，拉力數(shù)值未出現(xiàn)明顯變化。

(4)吊桿拉力滿足設(shè)計(jì)要求，低于預(yù)先設(shè)定的拉力限值。

圖15 吊桿拉力Fig．15 Tension in suspenders

5．4 主舞臺立桿軸力

由圖16立桿軸力變化可以得出:

(1)隨著混凝土澆筑過程，立桿軸力不斷加大。

(2)整個(gè)過程最大拉力出現(xiàn)在澆筑完成12 h后，測點(diǎn)位置為7-1-上，軸力數(shù)值13．4 kN。

(3)自澆筑完成至養(yǎng)護(hù)12 h過程，軸力數(shù)值未出現(xiàn)明顯變化。

(4)立桿軸力滿足設(shè)計(jì)要求，低于預(yù)先設(shè)定的軸力限值。

圖16 立桿軸力Fig．16 Axial force of vertical rods

5．5 主舞臺腳手架體系側(cè)移

由圖17體系側(cè)移變化可以得出:

(1)隨著混凝土澆筑過程，體系側(cè)移量不斷加大。

(2)整個(gè)過程最大位移出現(xiàn)在澆筑完成12 h后，測點(diǎn)位置為整體側(cè)移2，側(cè)移數(shù)值1．276 mm。

(3)自澆筑完成至養(yǎng)護(hù)12 h過程，側(cè)移數(shù)值未出現(xiàn)明顯變化。

(4)側(cè)移量滿足設(shè)計(jì)要求，低于預(yù)先設(shè)定的限值。

圖17 側(cè)移Fig．17 Lateral displacement

參考《省會文化藝術(shù)中心(大劇院)工程歌劇院高架支模計(jì)算書》和《省會文化藝術(shù)中心(大劇院)工程音樂廳吊掛模板計(jì)算書》，混凝土梁的梁底撓度最大容許值3．6 mm，托架梁撓度最大容許值4．16 mm，監(jiān)測過程未發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)超限。

6 結(jié)語

高架支模體系在專項(xiàng)施工過程中結(jié)構(gòu)安全，穩(wěn)定性較好，滿足設(shè)計(jì)以及施工的各項(xiàng)要求，說明該類體系作為大跨度結(jié)構(gòu)體系的施工輔助設(shè)施，可以滿足相關(guān)要求，具備較好的應(yīng)用前景。

［1］ 劉應(yīng)戰(zhàn)，鄭明玉．預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁施工控制［J］．山西建筑，2005，13(5):79．Liu Yingzhan，Zhen Mingyu．Construction control of prestress concrete continuous boxed beam［J］．Shanxi Architecture，2005，13(5):79．(in Chinese)

［2］ 葉志燕，張其林，姜旭．新型插盤式腳手架的計(jì)算理論與設(shè)計(jì)公式［J］．特種結(jié)構(gòu)，2008，25(4):99-102．Ye Zhiyan，Zhang Qilin，Jiangxu．Calculation theory and design formula for new disk-type scafford［J］．Special Structures，2008，25(4):99-102．(in Chinese)

［3］ 張慎偉，張其林，羅曉群，等．大型復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)施工過程計(jì)算理論與應(yīng)用［J］．同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2009，37(4):445-448．Zhang Shenwei，Zhang Qilin，Luo Xiaoqun，et al．Construction process analysis theory of large scale and complex steel structure and its application［J］．Journal of Tongji University(Natural Science Edition)，2009，37(4):445-448．(in Chinese)

［4］ 張慎偉，張其林，羅曉群，等．高層鋼結(jié)構(gòu)施工過程時(shí)變模型理論與跟蹤監(jiān)測［J］．同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2009，37(11):1432-1439．Zhang Shenwei，Zhang Qilin，Luo Xiaoqun，et al．Time dependent model theory and track monitoring for construction process of high-rise and steel stuctural building［J］．Journal of Tongji University(Natural Science Edition)，2009，37(11):1432-1439．(in Chinese)

［5］ Guo Yanwen，Peng Qunsheng，Hu Guofei，et al．Smooth feature line detection for meshes［J］．Journal of Zhejiang University Science，2005，6A(5):460-468．

［6］ Mencl R，Muller H．A Graph-based approach to surface reconstruction［J］．Eurographics’95，1995:445-456．