深圳大运中心主体育场：单层折面空间网格结构可拆装式支撑胎架性能的监测与分析

[摘要] 针对深圳大运中心主体育场钢结构工程单层折面空间网格的结构特征和施工难度，确定了采用四角锥台形胎架与可拆装式标准节形胎架相结合的支撑方案，并将施工过程模拟计算结果与实时监测数据进行对比，验证了支撑设计的合理性与经济性。
[关键词] 单层折面空间网格，临时支撑体系，可拆装式胎架，应力-应变监测，数据分析
1 工程概况
深圳大运中心主体育场钢屋盖为马鞍形单层折面空间网格结构（见图1），钢结构平面形状为270m×285m的椭圆形，由20个相近似的单层折面单元组成，钢屋盖最高点51.3m，悬挑长度51.8m ～68.4m，主体结构总用钢量约1.8万吨。该结构最大的特点是仅有20个球铰支座支承上部的单层折面大跨度悬挑网壳，并立足于土建混凝土结构上。因此结合土建结构的梁柱布置位置，本工程选取了三种形式的胎架支撑（见图2、3）：①背峰背谷胎架采用四角锥台形胎架支撑，柱脚布置于混凝土柱顶；②冠谷胎架采用下部锥台型扩大节与上部标准节结合的胎架支撑，柱脚布置于混凝土柱顶；③内环采用标准节胎架支撑，柱脚设置独立基础。


2 胎架设计与应用
2.1 胎架平面布置
本工程共设置82个胎架（见图4），采用Q345材质的不同型号圆管约2000吨，分别布置在背峰、背谷、冠谷、内环节点下方，可拆装式胎架和不可拆装式胎架各占一半，图4蓝色部分为全焊接不可拆装式胎架，红色部分为高强螺栓连接可拆装循环利用式胎架。



2.2 胎架设计
2.2.1 可拆装式
本工程中可拆装式胎架分布在冠谷和内环节点下方，胎架安装在构件开始吊装前基本完成,。标准节主管采用Φ203*8mm，水平腹杆采用Φ102*5mm，斜腹杆采用Φ146*8mm，标准节考虑到方便堆放和安装，在结构上采用标准节相对的两侧主管和腹杆采用相贯焊接，焊接为整体，另外两侧腹杆和主管采用M30高强度螺栓连接，标准节与标准节之间采用M40高强度销轴连接。顶部设置由HP300*305*15*15和HM148*100*6*9上铺6毫米厚钢板组成的钢平台。平台主梁HP300*305*15*15十字交叉与主管之间全熔透围焊（见图5、6、7）。


背峰，背谷胎架竖向荷载较大，个别胎架局部水平推力也过大，一方面考虑到柱脚要落在混凝土柱顶，另一方面考虑到侧向稳定，胎架采用钢管焊接为整体的锥台，主管采用钢管Φ325X10，腹杆采用钢管Φ219x8，腹杆和主管以及腹杆和腹杆之间均采用相贯焊接焊接（见图8）。顶部与内环胎架一样设置。


2.3 胎架安装
临时胎架安装工艺流程为：胎架制作验收→埋件预埋→测量放线→胎架吊装就位→校正与临时固定→连系桁架和支撑安装→整体校正焊接。其中可拆装式胎架在地面进行单节拼装，然后再高空拼装。（见图9、10、11）

3 胎架监测及数据分析
3.1 胎架监测方案
本工程采用钢弦式应变传感器（如图12）。这种传感器量程大、精度高、非线性范围大、零漂、温漂范围微小，对测量精度基本无影响，且自身防护破损的能力好，便于环境恶劣的施工现场长期观测，是应力-应变测量较理想的传感元件。



通过有限元模拟计算，得出以下部分胎架在最不利工况下的应力比都在0.7左右，因此重点监控这部分胎架杆件。本工程为双轴对称结构，为了结果具有较高的可比性和方便记录监测结果，选择对称区域相同设置的胎架进行监测，以南北轴为界，东边为A区，西边为B区，具体见表1和图13.




整个监测过程中将进行18次应变（应力）测读，详见表2所示。


3.2 应力测点布置原则
背峰、背谷胎架上部测点布置遵循以下原则：柱脚选取计算模型中应力较大杆件进行监测，同时选取此柱脚所在的杆件上端为测点，且尽量靠近与腹杆连接的焊缝的周围（见图14描红位置）。
冠谷每一个胎架设三个测点，分别在柱顶和柱脚以及中部，冠谷柱脚测点的布设与背峰、背谷胎架柱脚测点布设方法相同，冠谷胎架上部测点布置遵循以下原则：
1.选取柱脚测点所对应的上部立柱设置测点；
2.测点布置在连系桁架的上下八字撑与胎架立柱连接点部位，并靠近焊缝；
3.上八字撑与连系桁架连接处，在桁架上弦设置测点。当同一个立柱既连接径向连系桁架，又连接了环向连系桁架时，测点设置在环向连系桁架上。（如图15描红位置）
内环除柱脚不设置测点外，其余同冠谷一样。





从以上曲线图可以看出，理论值与实测值有一定差别，主要表现和原因分析见表3：



4 结语
经过有限元模拟计算和实地监测，本工程的胎架设置合理，在整个施工过程中，胎架主要构件的应力与计算理论值趋势走向基本一致，并未发生局部不可逆转的破坏，可拆装式胎架可以继续应用到下一工程中，满足了胎架设计经济合理的原则。