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盘扣式脚手架在大跨度椭圆形弦支穹顶结构施工中的应用

文档作者：邓应平，张永坡，张宝利，王振普文档来源：天津三建建筑工程有限公司		点击数：	更新时间： 2025年12月15日
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２０１７ 年７ 月下
第４６ 卷 第１４ 期
施 工 技 术
ＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ３９
ＤＯＩ：１０. ７６７２／ ｓｇｊｓ２０１７１４００３９
盘扣式脚手架在大跨度椭圆形弦支穹顶
结构施工中的应用
邓应平，张永坡，张宝利，王振普
（天津三建建筑工程有限公司，天津 ３００１７０）
［摘要］ 研究了弦支穹顶结构高空散装施工支撑技术。通过几种脚手架的分析对比，选中盘扣式脚手架作为支撑。
天津中医药大学新建体院馆项目屋盖施工的实际应用验证了该支撑体系在弦支穹顶结构高空散装施工的优越性。
［关键词］ 支撑；脚手架；安装；施工技术
［中图分类号］ ＴＵ７３１. ２ ［文献标识码］ Ａ ［文章编号］ １００２⁃８４９８（２０１７）１４⁃００３９⁃０３
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｄｉｓｋ Ｌｏｃｋ Ｓｃａｆｆｏｌｄ ｉｎ ｔｈｅ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ
Ｌｏｎｇ⁃ｓｐａｎ Ｅｌｌｉｐｔｉｃａｌ Ｓｕｓｐｅｎｄｏｍｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
ＤＥＮＧ Ｙｉｎｇｐｉｎｇ， ＺHＡＮＧ Ｙｏｎｇｐｏ， ＺHＡＮＧ Ｂａｏｌｉ， ＷＡＮＧ Ｚｈｅｎｐｕ
（Ｔｉａｎｊｉｎ Ｔｈｉｒｄ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏ． ， Ｌｔｄ． ， Ｔｉａｎｊｉｎ ３００１７０， Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｓｕｐｐｏｒｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｈｉｇｈ ａｌｔｉｔｕｄｅ ｂｕｌｋ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｄｏｍｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｉｓ ｓｔｕｄｉｅｄ．
Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｓｅｖｅｒａｌ ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ ｆｒａｍｅ ｂｏｄｙ， ｄｉｓｋ ｌｏｃｋ ｓｃａｆｆｏｌｄ ｉｓ ｓｅｌｅｃｔｅｄ ａｓ ａ
ｓｕｐｐｏｒｔ， ｔｈｅ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｎｅｗ ｓｔａｄｉｕｍ ｒｏｏｆ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｊｅｃｔ ｏｆ Ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ Ｃｈｉｎｅｓｅ
Ｍｅｄｉｃｉｎｅ ｏｆ Ｔｉａｎｊｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｐｒｏｖｅｓ ｔｈｅ ｓｕｐｅｒｉｏｒｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｒｏｏｆ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ
ｉｎ ｈｉｇｈ ａｌｔｉｔｕｄｅ ｂｕｌｋ ｓｕｓｐｅｎｄｏｍｅ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｕｐｐｏｒｔｓ； ｓｃａｆｆｏｌｄｓ； ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ； ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ
［作者简介］ 邓应平， 高级工程师，Ｅ⁃ｍａｉｌ： ２６０５８８１２１６＠ ｑｑ． ｃｏｍ ［收稿日期］ ２０１６⁃１１⁃０８
１ 工程概况
天津中医药大学新建体育馆工程是中国２０１７
年十三届全运会场馆之一，工程平面呈椭圆形，建
筑面积为１７ ４２０ｍ２，主体１ 层，局部４ 层，建筑高度
２４. ３ｍ。钢屋盖为椭圆形，长轴９２ｍ，短轴７３ｍ，矢
高６. ５ｍ。上层网壳采用超大空心加肋焊接球和空
心杆件焊接而成，形式为施威德勒⁃凯威特型网壳；
下部柔性体系由４ 环环拉索、５ 圈径向拉杆和８１ 根
竖向撑杆组成。整个屋盖坐落在内圈２６ 根混凝土
柱和北侧跨度为５５. ６ｍ 的桁架上，与外圈３２ 根混
凝土柱采用竖向异形平面桁架连接，柱顶预埋弹簧
支座，柱身留有预埋件。网壳与异形平面桁架，异
形平面桁架与弹簧支座、预埋件焊接，形成稳定体
系。如图１ 所示。
体育馆中心为比赛场地，四周为阶梯观赛看
台，可容纳５ ３００ 余人，是理想的国际赛事和休息娱
乐场所。如图２ 所示。
图１ 主体结构长轴剖面
Ｆｉｇ． １ Ｌｏｎｇ⁃ａｘｉｓ ｓｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｍａｉｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
图２ 整体效果
Ｆｉｇ． ２ Ｏｖｅｒａｌｌ ｅｆｆｅｃｔ
２ 钢屋盖施工方法确定
由于网壳拼装完成后需要进行预应力张拉，张
拉过程中网壳会经过复杂的力变状态，某些杆件会
从受压变成受拉，中部起拱值达６７ｍｍ，安装精度要
求高，精度控制便成为保证张拉后成型的关键。
采用满堂红脚手架高空散装，脚手架应具备不
影响网壳定位拼装，保证每个杆件和球节点可以反
万方数据
４０ 施工技术 第４６ 卷
复测量校正的功能，当杆件拼装焊接出现偏差时，
可以依靠脚手架及时纠偏，为整体屋盖网架的安装
精度提供保障。当屋盖网架安装完成后，可以及时
改动脚手架立杆、水平杆位置，为网壳下部竖向撑
杆、径向拉杆和环向拉索及张拉工作提供安全可靠
作业平台，使网壳高空散装成为最佳的施工方案。
３ 弦支穹顶支撑脚手架的作用
３. １ 支撑网壳荷载
网壳杆件和焊接球安装时，需要吊装到支撑脚
手架形成的操作平台上，然后在平台上设置三维调
节转换装置，经过反复测量精确定位，安装焊接，再
反复测量调整、纠偏，直至达到设计值。网壳各杆
件和球节点依次安装，形成整个网壳，张拉前，整个
网壳的荷载作用在脚手架上。
３. ２ 施工作业操作平台
脚手架形成的平台是施工作业人员安装焊接
网壳杆件和球节点的作业平台，同时也是作业机具
摆放和材料转运的平台。
３. ３ 索杆体系安装、张拉操作平台
网壳下部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拉索同时安装，均在支撑脚
手架上施工完成。待整个钢屋盖安装完成后，需要
安装张拉工装，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），上部单层网壳呈椭圆
形曲面，必须按照穹顶曲面搭设成塔式阶梯状才能
方便施工，必然需要较多参差不齐的竖向立杆来满
足塔式阶梯状的搭设（见图４）。下部弦支结构的支
撑脚手架在遇到竖向撑杆、径向拉杆和环向拉索时
能灵活避开，以满足结构和施工需要。
图３ 弦支穹顶结构剖面
Ｆｉｇ． ３ Ｃｒｏｓｓ ｓｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｄｏｍｅ
图４ 高空塔式阶梯状平台
Ｆｉｇ． ４ Ｈｉｇｈ ａｌｔｉｔｕｄｅ ｔｏｗｅｒ ｌａｄｄｅｒ ｐｌａｔｆｏｒｍ
５ 脚手架比选
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、盘扣式脚手架进
行了比选。
１）扣件式钢管脚手架 是目前运用最广的脚
手架，搬运方便，通用性强，成本较低，但本工程弦
支结构呈三维姿态，运用该类型脚手架难以迎合弦
支结构的空中姿态变化和穹顶曲面变化，如果使用
该类型脚手架，需要大量切改钢管，造成大量浪费；
此外，安全性也难以保证。
２）碗扣式脚手架 虽然碗扣节点结构合理、立
杆轴向传力、结构强度高、整体性好，能较好地满足
施工安全的需要。该类型脚手架在天津周边地区
生产厂家较多，在长期施工过程中发现，租赁单位
购买多厂家产品或某工程租用多家产品后，造成产
品质量标准和制作精度不统一，杆件、碗扣件混杂
在一起，水平杆件长度误差、立杆上碗扣间距误差
及上下碗内齿痕的宽度和深度等横杆接头上的齿
痕误差不能很好地匹配，造成脚手架碗扣节点紧固
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，施工单位租赁后部分杆件丢失，自
行改制弥补租赁数量，造成杆件加工质量误差增
大；最终使网壳拼装精度难以保障。
３）安德固脚手架 能满足使用要求，也不存在
以上缺点，但在国内没有形成行业规范和标准，不
便与业主、监理和施工单位及相关政府管理部门在
施工过程中检查和沟通。
４）盘扣式脚手架 该脚手架目前生产厂家少，
选用一家仅租赁不外卖的大型生产厂家。立杆长
度为０. ５ ～３. ０ｍ，水平杆为０. ３ ～ ２ｍ，规格齐全，有
利于解决弦支穹顶结构搭设塔式阶梯状脚手架需
要的不同长度杆件问题。该脚手架在弥补上述几
种支撑脚手架不足的同时，高空２ 个竖杆间可随意
增加横杆钢梁，钢梁上可任意增设竖杆，能够很好
地解决与索杆体系产生碰撞时避开竖向撑杆、径向
拉杆和环向拉索的问题。当支撑脚手架与弦支穹
顶结构不适宜时，只需调整部分脚手架杆件位置便
可解决问题，极大地方便了施工。更重要的是该脚
手架稳定性好，承载力高，安全可靠，调整灵活方
便，为环向拉索、竖向撑杆、径向拉杆的安装和预应
力张拉施工营造安全可靠的施工环境，对于弦支穹
顶结构是最适合的支撑体系。
６ 荷载计算
脚手架承受的荷载主要有：钢屋盖荷载、三维
调节转换装置、施工人员及设备等。
１）焊接球处节点反力 １６ｋＮ。
２）三维调节转换装置 ０. ６５ｋＮ／ ｍ２。万方数据
２０１７ Ｎｏ． １４ 邓应平等：盘扣式脚手架在大跨度椭圆形弦支穹顶结构施工中的应用 ４１
３）施工人员及设备 ３ｋＮ／ ｍ２。
４）荷载组合 恒荷载分项系数取１. ２，活荷载
分项系数取１. ４。
经计算：
１）三维调节转换装置中工字钢最大应力σｍａｘ ＝
７０. ６２Ｎ／ ｍｍ２ ＜ ｆｍ ＝２０５Ｎ／ ｍｍ２。
２） 立杆承载力σ ＝ １０７. ２Ｎ／ ｍｍ２ ＜ ［ ｆ ］ ＝
３００Ｎ／ ｍｍ２。
３）地基承载力Ｐ ＝ Ｎ／ Ａ ＝１３.９ｋＮ／ ｍ２ ＜２０ｋＮ／ ｍ２，
地基处理后的承载力满足规范、设计和实际工况
要求。
７ 脚手架搭设
中心场地支撑架基础处理方法如下：
１）素土回填，回填高度为１ ５００ｍｍ，压实系数≥
０. ９５。
２）１５０ｍｍ 厚３∶ ７灰土回填。
３）２００ｍｍ 厚加筋Ｃ２０ 混凝土垫层。
其他场地支撑架坐落在看台板上（看台板上允
许承载力为３ ～ ４ｋＮ／ ｍ２ ），为了满足看台板承载力
要求，看台板下采用支撑架回顶，支撑架回顶基础
处理方法如下：
１）素土回填，回填高度为１ ５００ｍｍ，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。
处理完成后承载力满足设计要求。
采用６０ 系列盘扣式脚手架，立杆布置间距为
１. ５ｍ ×１. ５ｍ，步距为１. ５ｍ。脚手架的搭设形式为
矩阵式桁架支撑结构。即有４ 根立杆、水平杆、竖向
斜杆组成单元桁架，每个单元桁架间采用水平杆连
接，如图５ 所示。
图５ 矩阵式脚手架细部搭设平面
Ｆｉｇ． ５ Ｓｅｔ ｐｌａｎ ｏｆ ｍａｔｒｉｘ ｓｕｐｐｏｒｔ ｆｒａｍｅ ｄｅｔａｉｌ
看台处支撑采取点对点回顶，以提高支撑稳定
图６ 脚手架回顶示意
Ｆｉｇ． ６ Ｂａｃｋ ｔｏ ｔｏｐ ｏｆ ｆｒａｍｅ
性，如图６ 所示。脚手架与四周混凝土框架柱做可
靠连接，如图７ 所示。
图７ 环抱柱
Ｆｉｇ． ７ Ｓｕｒｒｏｕｎｄ ｃｏｌｕｍｎ
搭设成塔式阶梯状平台，如图８ 所示。
图８ 塔式阶梯平台剖面
Ｆｉｇ． ８ Ｓｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｏｗｅｒ ｌａｄｄｅｒ ｐｌａｔｆｏｒｍ
８ 结语
采用盘扣式脚手架施工的天津中医药大学新
建体育馆钢屋盖弦支穹顶结构，施工空间安全宽
敞，满足预应力安装张拉施工要求；整个网壳拼装
完成后最大挠度值仅为１６ｍｍ，远小于规范规定值
３０ｍｍ。说明采用该脚手架为作为椭圆形大跨度弦
支穹顶结构的支撑体系显示出了优越性。为该类
工程支撑脚手架的选用提供了工程实例。
参考文献：
［ １ ］ 中国建筑股份有限公司． 钢结构工程施工规范：ＧＢ５０７５５—
２０１２［Ｓ］． 北京：中国建筑工业出版社，２０１２．
［ ２ ］ 冶金工业部建筑研究总院． 钢结构工程施工质量验收规范：
ＧＢ５０２０５—２００１［Ｓ］． 北京：中国计划出版社，２００２．
［ ３ ］ 建筑施工承插型盘扣式钢管支架安全技术规程： ＪＧＪ２３１—
２０１０［Ｓ］． 北京：中国建筑工业出版社，２０１０．
［ ４ ］ 江苏兴厦建设工程集团有限公司，重庆建工第九建设有限公
司． 建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范：ＪＧＪ１６６—
２００８ ［Ｓ］． 北京： 中国建筑工业出版社，２０１７．
［ ５ ］ 中国建筑科学研究． 建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规
范：ＪＧＪ１３０—２０１１［Ｓ］． 北京： 中国建筑工业出版社，２０１１

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