摘要：随着建筑行业的发展以及建筑领域技术水平的提高，超高层和高层钢结构建筑工程越来越多。钢结构代表了世界建筑发展的潮流，大型、异型的高层钢结构建筑在不断涌现。凤凰国际传媒中心工程钢结构安装具有高度高、跨度大、结构构件形体复杂等特点，传统的脚手架施工技术已不能满足时间、空间及安装的要求，因此合理的选择钢结构支撑体系将对钢结构的顺利安装起到决定性的作用。临时支撑（格构柱）的有效性、安全性，对于本工程钢结构的顺利吊装具有战略性的意义。
关键词：钢结构；格构柱；临时支撑；制作；安装；卸载
一、工程概况
凤凰国际传媒中心工程位于北京市朝阳区朝阳公园西南角，东侧、北侧紧邻朝阳公园。建筑面积64973㎡，主体结构有北侧的演播楼、南侧的办公楼及地下商业、停车、机房组成，钢结构将演播楼和办公楼整体包裹起来，钢结构外壳最高点位54m。其中钢结构外壳包括钢结构罩棚、内部旋转坡道、通天楼梯、拱桥、平台及马道等六大部分。钢结构罩棚表面积约为27500㎡，重量达5400吨左右，分内外两层，各自采用大小不等的梯形截面的弯扭箱型构件，相互交叉编织而成，建筑造型十分复杂。外壳钢结构工程是全新概念的媒体体验舱，它超越了以往媒体与观众隔着屏幕交流的关系，将观众引入开放的莫比乌斯环形空间当中，现场观摩媒体的制作流程，参加互动性的体验项目，享受媒体主题的餐厅、酒吧、展廊、品牌专营店以及空中会所，人们能在公园的绿色环境当中感受凤凰传媒的魅力。
二、临时支撑的布置及主要支撑结构
2.1临时支撑设置原则
1）传递荷载的有效性：在钢构件形成整体结构能够承受自身及外在荷载前，临时支撑能够有效的将构件自重和相关施工荷载传递至下部的安装作业平台，因此需要临时支撑具有足够的强度。
2）施工中结构变形的可控制性：为保证结构最终成型时与原设计误差在可控制的范围之内，需要合理的设置临时支撑，使得安装中结构构件能够准确就位，并且构件自身变形和构件安装应力在控制范围之内。这要求在支撑设计中，合理确定支撑设置的部位，临时支撑需具备足够的刚度。
3）支撑体系的可靠性：为确保支撑体系的可靠性，在设计中除了按照钢结构设计规范计算临时支撑刚度、强度、稳定性外，还必须采取必要的措施确保支撑体系的可靠性。这里主要通过在支撑顶部设置揽风绳以及相邻支撑间的连接来实现。
4）支撑底部承台的可靠性：临时支撑底部将荷载传递至作为安装作业平台的结构上，为保证承台能够有效受力，应确保不发生受力平台的破坏，因此在临时支撑的底部应当有合理的构造措施使得下部的荷载有效的传递。
5）支撑设置的经济性：在满足前面几条原则并具有足够的富余度的基础上，还需要考虑到支撑设置的经济性，在保证安全的前提下尽量降低构造措施的用钢量。
2.2临时支撑布
应根据外壳钢结构主肋的走向，设置临时支撑的位置和数量，将其坐标直接投影在施工现场，保证格构柱临时支撑的准确性及施工安全性。
2.3临时支撑规格及形式
根据工况计算用于本工程的临时主要有独立的格构式支撑，旋转坡道处的格构组合的门架式支撑。
1）格构式支撑标准段设计截面尺寸为1.2m*1.5m，弦杆（立杆）采用Φ159*6钢管，腹杆采用L75*6角钢。水平腹杆的竖向间距取2.0m。顶端根据所支撑的结构作相应的构造设计，底部根据结构面的承载力要求作详细的设计（包括转换梁或平台等）；
2）本工程结构形式及现场条件的限制，在旋转坡道、通天楼梯及马道分段安装时所采用的临时支撑设计为组合格构的门架形式（见图一）：
图一 旋转坡道临时支撑布置
三、临时支撑构造措施
为保证临时支撑体系能够可靠的发挥作用，必须采取合适的构造措施，保证体系不发生意外破坏而失效。构造措施主要包括临时支撑格构柱底部应力的有效扩散措施和揽风绳的设置与有效锚固。
3.1临时支撑底部构造
为保证临时支撑格构柱竖向荷载能够有效地传递到底部的结构顶板，并且保证结构顶板不发生破坏，在临时支撑柱底部采取了相关构造措施，在格构柱下端设置箱形梁，箱形梁的受力点传递至主体结构柱顶端，减少顶板的上的施工荷载。
为使格构柱底部形成整体，在柱脚部位设置了有工字钢焊接而成的方框架，格构柱柱肢固定于工字钢的交点处。
结合主肋分段的位置，裙楼外围临时支撑有部分布置在土体上，根据支撑的底部的反力情况对支撑底部进行相应处理：单件支撑下端反力在3t范围内的临时支撑的底部布置1.5m*1.5m的型钢方平台；单件支撑下端反力大于3t的在临时支撑的下端布置1.8m*8.0m（200mm厚）的路基箱，并且将支撑与路基箱进行可靠的焊接连接。
3.2揽风绳的设置及其锚固
在进行临时支撑布置时，为加强临时支撑的稳定性，考虑采用布置辅助缆风绳的方法。具体布置方式为：在临时支撑的近顶部位置与结构面间的可靠固定点上拉设缆风，缆风绳与地面的夹角在有条件情况下控制在45°～60°间，同时考虑机械设备的通行；支撑锚固点可借助结构面上的连接点或预先埋设埋件；辅助缆风绳采用不小于14.5 的钢丝绳，在进行缆风绳布置时必须注意将缆风绳与临时支撑的上端及地面锚固点的各连接处进行可靠连接。临时支撑辅助缆风绳布置如下示意图（单件支撑缆风绳布置参照门式按同样原则布置）。
图二 临时支撑辅助缆风面及平面布置
图三 临时支撑埋件布置
四、格构柱的制作、安装和拆除
4.1临时支撑的制作
根据临时支撑的设计，在施工准备阶段按临时支撑图纸在专门场地进行拼装制作。在具体进行拼装制作时按相应构件的制作工艺进行下料、放线及定位；当焊接无特别要求时，支撑的弦杆及腹杆间的焊接不得遗漏且焊缝应饱满，满足角焊缝的基本要求。临时支撑需分段制作的，在进行分段拼装时应将分段处的嵌补腹杆安装完成。
4.2临时支撑的安装
本工程钢结构吊装过程中，结构并未形成整体之前，并不能由结构构件本身来承担其自重及相关施工荷载，因此需要在所有分段口位置搭设临时支撑，通过临时支撑将结构构件的自重和施工荷载有效地传递至作为安装作业平台的有效支持部位。
本工程钢结构安装具有高度高、跨度大、结构构件形体复杂等特点。因此临时支撑的有效性、安全性，对于本工程钢结构部分的顺利吊装具有尤为重要的作用。
安装时根据临时支撑的平面位置进行放线，同时对支撑就位处进行必要的处理，如清理（支撑布置在回填土上时必须填平、垫实；必要时布置200～300mm高的路基箱）。临时支撑安装时根据其就位位置采用相应的吊装设备（相应位置的塔吊）进行吊装，吊装前将临时支撑缆风绳的上端先在临时支撑上固定好，并将风绳下端先盘好用铁丝固定在支撑的下端；同时安装好支撑上端的操作平台及辅助工装设施、安全防护设施（安全护栏或安全绳）。待上述准备工作完成后可指挥吊机吊装，吊装就位调整完毕后（主要是垂直度的调整）立即完成临时支撑周围缆风绳的布置，而后吊机才能松钩完成支撑的安装。进行门式支撑的安装时应先安装完成支撑立柱，而后进行支撑横梁的安装，临时支撑横梁吊装就位后需与立柱进行可靠的焊接连接后吊机方可松钩。
4.3施工作业通道
由于本工程跨度大，高度高，临时支撑之间的施工通道必须保证可靠性、安全性。东西两侧连接段的施工通道布置尤其总要。位于主楼与裙楼连接段的作业通道布置结合结构及临时支撑的形式进行布置：东侧在与旋转坡道相近的位置采取从旋转坡道至外壳的内侧之间搭设脚手板作为施工通道；除此之外的部位在相邻近的格构支撑之间的联系结构上铺设脚手板并作好安全绳等安全维护措施。
4.4临时支撑的卸载
本工程一共布置了399个卸载支撑，卸载点分布范围较大，对于此类大跨空间结构，最优的卸载方式是399个支撑同步卸载，但考虑到如此复杂的空间钢结构，支撑反力和各个支撑点的卸载变形量均有较大差异，要实现399个支撑的整体同步卸载，不仅从卸载的硬件条件、卸载的整体控制管理，以及同步的精度等方面实施难度巨大。根据工程的实际情况以及整体钢结构的受力和变形特点，确定采用“分区分步”的卸载总原则，卸载过程中遵循“合理、有序、平稳、缓慢、均匀、可操作”的原则。
根据以上的卸载原则结合本工程作如下的卸载说明：根据屋盖主次肋等其它结构安装后支撑反力情况，遵循顶层楼板支撑先卸载，反力较大的支撑先卸载，结构竖向变形较大处先卸载的原则，共分析了9个典型工况，分别得出各卸载工况下的整体变形、支撑变形、应力及支撑反力情况。9个卸载工况的说明如下表所示。
针对第6卸载工况，结合结构布置形式：通天楼梯安装完成卸载后即可安排旋转坡道支撑体系的卸载，旋转坡道在卸载前应将坡道与结构的连接点完成连接并将拉索安装完成初步张紧，然后将旋转坡道的支撑按照从上到下的顺序依次卸载，待旋转坡道卸载完成后再进行外壳结构的卸载，卸载过程按卸载原则进行，在卸载过程中外壳与旋转坡道完成变形协调，最终再调整拉索至张紧状态。
根据施工分区，在辅助临时支撑安装的构件形成区域并完成必要的焊接检查后可对支撑进行卸载。
针对每个区域的临时支撑卸载分阶段逐步进行。根据屋盖主次肋等其它结构安装后支撑反力情况，遵循反力较小的支撑先卸载，顶层楼板支撑先卸载，结构竖向变形较小处先卸载的原则。
当完成钢结构安装和卸载后，便可拆除临时支撑，临时支撑拆除时同样根据其所处位置，周围结构构件情况，合理选择吊机进行拆除。拆除时先将吊机就位后挂钩，而后解除支撑与结构间的连接同时拆除缆风绳；然后通过吊机转臂将临时支撑放平或吊出结构覆盖范围装车、转运至堆放场地。
根据施工卸载分工况分析，如果单阶段的卸载点较多（超过20个）时，为保证卸载的同步性，将此工况再进行分区，卸载时按一定次序采取分区逐次分步卸载的办法。
桁架施工完毕后对安装时采用的临时支撑进行拆除，支撑拆除时采取对支持顶部的钢板分条割除的办法进行，根据支撑位置的卸载位移量控制每次割除的高度△H（每次割除量控制在5～10mm）直至完成某一步的割除后桁架不再产生向下的位移后拆除支撑；在支撑卸载过程中注意监测变形控制点的位移量，如出现较大偏差时应立即停止，会同各相关单位查出原因并排除后继续进行。支撑拆除过程中在未解除底端约束时（支撑与结构面上的临时连接）须保证支撑上端与桁架或采用揽风绳进行临时稳固连接。支撑拆除采用塔吊进行。
五、经济效益
格构式支撑体系施工费用为：外壳钢结构支撑体系用钢量为2118t，钢结构折旧系数按0.3考虑，综合单价为6000元/T，费用为：2118*6000*0.3/10000=381.24万元，吊装吊次为1638次，塔吊每30min一吊，总用时为1638*0.5=819h，塔吊租赁费用为25万/月，即每小时费用为347元，塔吊费用为：347*819/10000=24.42万元。总费用为：381.24+24.42=405.66万元
脚手管支撑体系费用为：脚手管支撑搭设面积约为7800m2，脚手管搭设立杆间距为900*900，水平杆件间距为1500mm，搭设高度为54m，立杆下垫设0.15*0.15*0.05木方，人工费用为150元/天，定额需要人工为6.68天/100m2。需要的立杆为7800/0.9*0.9=6318根，共6318*54=341172m；水平杆件为（54/1.5）*7800*2=561600m，共计561600/6=93600根；扣件为6318*54/6+7800*2*54/1.5+93600/2=665262个。工期为5个月，共计150天，脚手管租赁费为0.023元/天，扣件租赁费为0.018元/天，木方为2000元/m3。脚手管租赁费为：[（341172+561600）*0.023*150+665262*0.018*150]/10000=491.08万元，木方费用为0.15*0.15*0.05*6318*2000/10000=1.42万元，安拆时人工费用为：（6.68*7800*150/100）*2/10000=15.63万元。总计费用为491.08+1.42+15.63=508.13万元
经核算，采用格构柱支撑体系节约的费用为：508.13-405.66=102.47万元，企业经济效益获得大幅提升。
六、结语
现代建筑事业的飞速发展，尤其是采用大跨度、大柱网空间钢结构的公共和工业建筑越来越广泛，这给建筑施工提出了新的更高的要求。大跨度空间钢结构支撑形式的选取更是施工中的重点与难点，格构柱支撑技术的应用不仅能满足时间及空间上的要求，而且施工中比传统的脚手架技术应用更具优越性。格构柱支撑形式凭借着施工方便灵活、结构安
全稳定、经济效益良好逐渐取代脚手架支撑形式。格构柱式支撑凭借其众多优越性必将在施工过程中等到广泛应用。
论文作者:罗林
论文发表刊物:《防护工程》2019年10期
论文发表时间:2019/8/12
标签：结构论文; 钢结构论文; 坡道论文; 构件论文; 荷载论文; 万元论文; 工况论文; 《防护工程》2019年10期论文;