全国建筑工程优秀QC成果---高空大悬挑结构支撑体系的研制与应用

QC 小组名称：*会议展览中心 45m 高支模 QC 小组 单 位 名 称： *省*建设股份有限公司*分公司二*年*月*日*年年度度全全国国工工程程建建设设 优优 秀秀质质量量管管理理 小小组组成成果果资资料料1高高空空大大悬悬挑挑结结构构支支撑撑体体系系的的研研制制与与应应用用*分公司*会议展览中心 45m 高支模 QC 小组（一）企业简介*省*建设股份有限公司（原*一建）是国家房屋建筑工程施工总承包特级企业， 1982 年 5 月进入*参加特区建设。公司以“严守法规、奉献用户、精益求精、质量兴业” 为质量方针，近年来多次获得省、市优质工程奖，十一次荣获“鲁班奖”,被评为“全国 工程建设质量管理优秀企业” ，树立了良好的质量信誉。（二）工程概况*会议展览中心位于*市中心区，总建筑面积 255616 m2，是座具有国际标准的超 大型展览建筑，也是*市的标志性建筑。建筑物长：540m（18×30m） ，宽 282m（126m30m126m） 。主体为钢筋混凝土框架剪力墙结构，中间跨跨度 30m（空 腹柱外截面 4m×4m） ，两翼钢结构屋架跨度 126m。会议展览中心地下局部三层，地上六 层，总高 60m；45m 标高悬挑梁（悬挑 15.545m）两端铰支座支撑钢屋架将会议中心屋盖。 该工程规模大，采用新技术多，2003 年被建设部批准立项为综合科技示范项目（立项批 文为建科函200392 号，项目编号为 03-4-003） 。图 1 *会议展览中心主体结构外貌一、前一、前 言言245m 层：长 360m，宽 60m，横向柱间双排预应力鱼腹式框架梁（共 24 根）SL1截面 尺寸为 1m×5.368m6.368m，跨度 30m；柱外两端各悬挑出 15.545m（各 24 根） ，截面 尺寸为 1m×2.826m5.368m。悬挑范围从 4-16 轴，共计 360m（12×30m）长，悬挑部 位的投影面积达 11192.4m2。3由于本工程鱼腹式悬挑梁混凝土结构截面大、悬挑长、高度高，悬挑部位面积大，且 工期要求严，本工程无类似施工经验，*乃至国内无类似工程可借鉴。急需研究、制定 科学、可靠、适宜的方案并实施，以确保鱼腹式 45m 高大悬挑梁高支模的施工质量、安 全和工期，故在工程开工之初本公司就成立了*会议展览中心 45m 高支模 QC 小组。其 小组成员基本情况如下表（表 1）：QC小组成员一览表 表 1小小组组名称名称*会议展览中心 45m 高支模 QC 小组成立成立时间时间2002.11小小组类组类型型创新型活活动时间动时间2002.11.12003.8.30新注册日期新注册日期2002.11注册注册编编号号2002-1101活活动频动频率率平均每三周一次课题课题活活动动次数次数16序序 号号姓姓 名名性性 别别年年 龄龄文化文化 程度程度职职 务务职职 称称组组内内 职务职务TQC 教育教育1李*男36专科技术部经理高级工程师组长2* 锋男35本科工程部经理高级工程师副组长3查*男53本科项目总工程师教授级高工副组长4文*男53专科项目经理高级工程师副组长5乐*男32本科技术处副主任工程师副组长6林*男36专科技术部副经理工程师组员7于*男35硕士技术部副经理高级工程师组员8刘*男34本科技术部副经理高级工程师组员9庄*男37中专安全部副经理助理工程师组员10* 杰男25本科技术部资料员助理工程师组员11* 荣男36中专工 长助理工程师组员12* 庆男23中专工 长助理工程师组员均超 48 学 时以上制表：* 杰 复核：李* 日期：2002 年 11 月 5 日二、二、QCQC 小组简介小组简介4特邀东南大学建筑工程系副主任郭正兴教授、清华大学结构工程研究所黄李骥博士担 任本 QC 小组技术顾问。（一）问题的提出45m高鱼腹式悬挑梁混凝土结构截面大、悬挑长、高度高，工程量大，安全施工面临 严峻考验，质量要求严格，工期紧迫，本工程 45m高鱼腹式悬挑梁施工*乃至国内无此 先例，本公司在此方面无施工经验，并且无类似工程可以借鉴。 传统满堂脚手架使用存在以下问题： 钢管、扣件均需人工搭设/拆除，不仅增加投资，而且严重影响工期； 40 多米高钢管自身重量达 300kg，使钢管脚手架承载减弱 1/41/3，需设置双钢管 立杆，且立杆密度加至400mm，悬挑鱼腹梁下250mm，脚手架钢管、扣件使用较多， 仅高支撑模板一项估计将需投入钢管 18,000 吨，扣件 630 万只，人工、运输、租赁费用 等极其昂贵； 由于立杆、水平杆密度大，人无法操作、检查；构造要求的水平、垂直方向剪刀 撑也无法搭设，架体垂直度无法控制，容易失稳，安全隐患较多； 依据建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范 （JGJ130-2001）6.4.4“对高度 24m 以上的双排脚手架，必须采用刚性连墙件与建筑物可靠连接。 ” （强制性条文） ，但施 工现场 14 层层高为 7.5/15m，柱距为 30m，无法按规范 6.1.1 条款中“二步三跨或三步三 跨”的规定设置连墙件。（二）课题确定由此可见，传统钢管脚手架无法满足要求，项目部需创建新型的支撑体系来替代。本次 QC 小组活动的课题为：三、选择课题三、选择课题高高空空大大悬悬挑挑结结构构支支撑撑体体系系的的研研制制与与应应用用5（一）目 标*会议展览中心高空大悬挑结构支撑系统稳定、安全。（二）目标值1） 、施工加荷过程中竖向构件侧向变形控制在 5 cm 以内； 2） 、支撑系统刚度满足要求，砼浇筑过程中沉陷控制在 2 cm 以内； 3） 、支撑系统于 2003 年 7 月 30 日前安装完毕，以确保鱼腹式悬挑梁砼 2003 年 8 月底全部浇筑完毕（节点工期） 。（三） 、目标可行性论证1、有利条件： 1） 、任何支撑体系均为型钢作构件组成有限元的结构体系，即可通过钢结构等专用软 件实现结构的应力、应变模拟试验； 2） 、本工程高支撑体系研制得到了清华大学土木工程系结构工程研究所黄李骥博士以 及东南大学郭正兴教授等技术指导，并担任本小组顾问；本小组技术力量强干， 集我公司以及会议展览中心项目部技术骨干组成，不含技术顾问其中高级工程 师 6 名（含教授级高级工程师 1 名） ； 3） 、得到*建升和钢结构建筑安装工程有限公司、中铁大桥局集团有限公司等单位 积极参与，实行“强强联合” 。 2、不利条件： 1） 、工程量大，工期紧迫； 2） 、安全隐患多； 3） 、需投入大量人力、物力。综合以上情况，经过客观分析，本小组一致认为：四、设定课题目标四、设定课题目标目标完全能够实现6（一）方案的提出在开工之初，围绕课题，小组成员通过“头脑风暴法”集思广益对其高支撑模板方案 进行讨论，按支撑结构形式归纳共提出四种方案及其立面图如下： 1、格构式钢框架支撑体系 2、万能杆件组合支撑体系 3、悬挑式桁架梁支撑体系 4、悬挑式钢拉索支撑体系E2/E3/EF+0.00+15.00+30.00+7.50+7.50+30.00+15.00+0.00方案3 悬挑式桁架梁支撑立面示意图方案2 万能杆件组合支撑立面示意图方案1 格构式钢框架支撑立面示意图2/E3/EE+45.00悬挑桁架梁FF+45.00+0.00+15.00+30.00+7.50E3/E2/E2/E3/EE+45.00工字钢F悬挑平台梁+45.00方案4 悬挑式钢拉索支撑立面示意图+7.50+30.00+15.00+0.00F3/E2/EE钢拉索（斜拉）五、提出方案，确定最佳方案五、提出方案，确定最佳方案7图 3 四种方案立面示意图（二）方案的分析、评估及选定1、方案一的分析论证采用钢结构桁架支撑平台与钢管排架相结合的办法。具体施工方案是在±0.00 结构或地面上浇筑混凝土基础，竖钢结构的型钢格构柱，于柱顶上沿纵向架设钢结构的桥式型钢桁架梁，在桁架梁上沿横向平铺工字钢梁，其中有一端直接附着在主体结构的 30m 楼面上，再在工字钢平台上搭设支撑 45m 层的满堂红钢管排架支撑系统，来解决 45m 的高支模体系。其平面（单跨） 、剖面示意图如下图：1421811250525015001000150052501125017501000150010001168800图 4 格构式钢框架结构支撑体系平面布置图（单跨）10000150037501500下下下150010000+30.0m +15.0m 下+7.5 m下1500100002000 2000下下下8001000350030000200052504500250下下下下下下250下下下下下20005250 2508H图 4b A-A剖面图F工字钢+45.00+30.00E3/E2/E+7.50+0.00+15.00由格构柱、桁架梁等构成平台梁直接支撑脚手架体系，荷载通过钢管排架传递给桁架柱和桁架梁；再传递给基础。由于设置了水平杆及剪刀撑，为施工平台提供足够的刚度，以抵抗水平荷载或把水平荷载可靠地传递给相邻的混凝土结构。该方案具有： 安全可靠，万无一失； 传力明确，受力合理； 施工便捷，实施可行； 工厂制作，现场拼焊；定型稳定，工期缩短； 型钢可回收利用，造价低，经济性好； 柱距达 10m，汽车可直接通行，便于大型设备等进场、安装经研究分析对比，该悬挑梁下型钢格构柱及纵向桁架梁组合的钢框架支撑体系是比较安全、经济的做法，通过小组成员的讨论，认为此方案能满足要求。2、方案二的分析论证 钢制万能杆件又称拼装式钢脚手架，可以组成桁架、龙门架等多种形式，通过选用基 本单元为 2×2m 的万能杆件组合成柱、平台梁，把施工平台传来的荷载传递给基础，施 工平台能够达到足够的刚度。万能杆件拆装容易，运输方便，利用效率高，可以大量节省 辅助结构所需的钢管及木枋等，适用范围较广。其平面（单跨） 、剖面示意图如下图：930.0（下下）2 1下 下 下115.0（下下）下下下下下下2下 下 下图 5 万能杆件平面布置图（单跨）1-1剖面22该方案具有： 安全性高，隐患较少； 节点受力，传力明确； 施工便捷，实施可行； 杆件定型，现场拼装； 杆件可反复使用，造价低，经济性好； 立杆间距 2m，小推车可以进出，但不便于大型设备进场通过以上分析，我们认为第 2 种方案虽然基本满足要求，但由于杆件使用量大，*乃至周边地区短期无法供应；同时，由于立杆间距小，不便于大型设备进场穿插施工，影响后期施工进度，不宜采用该方案。3、方案三的分析论证悬挑式桁架梁支撑体系是由德国 GMP 公司（设计院）建议的，利用+30.0m 钢筋混凝土结构楼面拼装、滑移悬挑式钢结构桁架梁平台，但每间隔 60m（纵向每两跨）均有核心筒影响，并且 EF 轴跨间设有光井，支撑体系先拼装，后施工核心筒严重影响主体结构进度；技术上悬挑式桁架梁端部受力变形大；由于梁下净高 40.0m，安全隐患多，经测算费用与第 1、2 种方案比较还高，吊装、拆除均占主体结构施工工期，严重影响 2004 年第六届高交会在会展中心召开。悬挑式桁架梁支撑体系立面示意图如下：××10E2/E3/EF+0.00+15.00+30.00+7.502/E3/EE+45.00悬挑桁架梁F图 6 悬挑式桁架梁支撑立面示意图该方案具有： 传力明确，但端部挠度偏大； 型钢用量大，增加造价； 跨内设有核心筒、光井，严重影响主体结构施工进度； 安全隐患多； 现场需 30m 楼面结束后进行桁架梁拼焊，严重影响工期。 因此该方案不能采用。4、方案四的分析论证 悬挑式钢拉索支撑体系是在悬挑式桁架梁支撑体系思路基础上改进，