悬空结构模板支撑体系施工工艺创新

1. 悬空结构模板支撑体系施工工艺创新 小组名称： 发布日期：二○○七年三月

2. 目 录 • 一、工程概况 • 二、小组概况 • 三、课题的选择与理由 • 四、QC小组活动目标与可行性分析 • 五、方案的选择与确定 • 5.1 施工方案的提出 • 5.2 方案的分析与选择 • 5.3 悬索结构体系支撑方案的优化改进 • 5.4 确定最佳方案 • 六、制定对策 • 七、组织实施 • 八、效果 • 九、巩固措施 • 十、今后打算

3. 一、工程概况 • 由******集团股份有限公司承建的无锡＊＊＊＊尿基复合肥改造项目中的造粒塔，内径18.0m，塔高91.5 m，钢筋混凝土剪力墙结构。造粒塔悬空74.97m标高处，布置由24根FL-1劲性结构辐射梁、一根劲性HL-4中央环梁及相关梁板组成的结构，如图1、图2、图3所示。悬空结构自重荷载较大，达12KN/㎡；悬空74.97m结构的施工是造粒结构施工最大的难点，将直接影响到造粒塔上部结构施工作业及造粒塔下部安装及后序安装作业的进行。 图1 悬空结构布置示意图 制图：***制图日期：2006年5月10

4. 图2 悬空结构A-A剖面 图3 悬空结构B-B剖面 制图：*** 制图日期：2006年5月10日

5. 二、小组概况 • 本QC小组成立于2003年4月，前身为“***市建筑安装工程总公司继业QC小组”，随企业改制演变为“******集团勤奋QC小组”。小组成立以来一直立足于所面临的施工质量技术的难点、特点及所富有的挑战性，通过QC小组活动，促进施工技术创新，共获国家工程建设优秀QC成果及省市优秀QC成果三项，创省级及市级科技进步奖三项。本次活动小组成员共14人，平均每10天活动一次，每次活动6小时。小组成员均受过QC小组知识培训，均为公司关键岗位上的质量技术骨干，具有精湛专业技术知识、良好的职业道德、丰富的施工经验。

6. QC小组成员简介表 表 1 QC小组成员简介表 制表：2006年5月10日

7. 悬空结构施工是本工程整体目标成功实现最为关键之一，悬空结构作业高度达74.97m，施工技术与安全控制难度大；不仅影响到整个工程质量与后序结构及安装施工安全，同时影响到整个建设项目能否按时顺利投产。悬空结构施工是本工程整体目标成功实现最为关键之一，悬空结构作业高度达74.97m，施工技术与安全控制难度大；不仅影响到整个工程质量与后序结构及安装施工安全，同时影响到整个建设项目能否按时顺利投产。 对项目实施目标的影响 一般工业与民用建筑高大结构传统上施工采用刚性高架模板支撑体系，其施工难度大、施工成本高、施工周期较长、不安全因素较多。能否在此项目实施过程有所创新？ 待施工的结构悬空高达74.97m，这在本公司历年来相关工程项目施工实例中未见 悬空结构施工所具有的挑战性 本QC小组曾成功攻克了多项民用建筑高架模板支撑施工技术难题，但每一QC小组成员来讲，对工业建筑悬空结构施工技术领域涉足不深 采用悬空结构施工方法与安全控制措施不仅在技术上安全、可靠，实施可行、简便，保证工程质量，确保工期目标，同时理应是最经济的。 业主的要求 充分发挥公司技术上的优势，突破传统施工技术思维，在本工程项目上有所创新，确保施工安全，展现***铁军的风采。 本公司的要求 悬空结构模板支撑体系施工工艺创新 确定课题 三、课题的选择与理由

8. 活动目标之一：确保悬空结构模板支撑新工艺成功实施，分项质量合格率100%活动目标之一：确保悬空结构模板支撑新工艺成功实施，分项质量合格率100% 小组活动目标 活动目标之二：确保安全无事故，保证后序结构及安装施工安全 活动目标之三：降低资源投入，费用节约率不低于30%；按期实现整体工期目标 四、QC小组活动目标与可行性分析

9. 小组成员均为公司关键质量技术岗位骨干，部分成员是***市施工技术界的领头人，在施工学术界有着较高的威望。小组成员均为公司关键质量技术岗位骨干，部分成员是***市施工技术界的领头人，在施工学术界有着较高的威望。 优势 业主对74.97m悬空结构施工质量技术高度重视，聘请了多位无锡市知深专家参与对悬空结构模板支撑方案的技术论证，对模板支撑方案的经济合理性进行确认。 目标可行性分析 目标可行 总公司、无锡分公司及项目部在悬空结构模板支撑施工技术创新活动过程中将完全服从QC小组的一切指令，并在活动开展过程中提供一切支持和帮助。 缺乏类似工程施工经验 难点 没有类似工程实例

10. 五、方案的选择与确定 • 5.1 施工方案的提出 • 我们小组成员通过网上查询万方科技数据系统、维普信息资源系统，通过市场调研，以及查询图书馆、资料室相关资料，均未获得类似可借鉴的资料。小组成员在充分熟悉设计图纸，结合我们以往高架模板支撑设计与施工经验，归纳提出了以下三种典型的悬空结构刚性模板支撑方案。见图4、图5、图6所示。 图6 全钢桁架支撑方案 制图：***制图日期：2006年5月30日

11. 图4 钢管扣件支撑方案 图5 中央塔架支撑式桁架方案 制图：*** 制图日期：2006年5月30日

12. 我们QC小组召开头风暴会议，针对上述三项支撑方案进行分析，发现上述三项方案仍以当前施工技术理论界流行的刚性支撑体系理论为基础提出的方案，它的特点是以压或压弯控制设计，设计计算简单，方案实施可行，但现场安装作业工作量大、危险控制点多面广。因而有小组成员提出，在建筑结构屋面体系中得到较广泛应用空间钢结构，能否应用到本工程的悬空结构模板支撑体系中呢？空间钢结构体系它突出的特点是最大限度地运用拉杆，以拉杆控制设计，自重轻，节省建筑材料，具有较高的安全可靠度，但设计计算较复杂，挠度控制与荷载控制要求高。因而又产生了第四种模板支撑方案——悬索结构体系模板支撑方案，见图7所示。我们QC小组召开头风暴会议，针对上述三项支撑方案进行分析，发现上述三项方案仍以当前施工技术理论界流行的刚性支撑体系理论为基础提出的方案，它的特点是以压或压弯控制设计，设计计算简单，方案实施可行，但现场安装作业工作量大、危险控制点多面广。因而有小组成员提出，在建筑结构屋面体系中得到较广泛应用空间钢结构，能否应用到本工程的悬空结构模板支撑体系中呢？空间钢结构体系它突出的特点是最大限度地运用拉杆，以拉杆控制设计，自重轻，节省建筑材料，具有较高的安全可靠度，但设计计算较复杂，挠度控制与荷载控制要求高。因而又产生了第四种模板支撑方案——悬索结构体系模板支撑方案，见图7所示。

13. 图7 悬索结构模板支撑体系示意图 制图：*** 制图日期：2006年6月10日

14. 钢管扣件支撑方案 悬空结构模板支撑方案 中央塔架支撑桁架方案 全钢桁架支撑方案 悬索结构模板支撑方案 5.2 方案的分析与选择 • 小组成员制定设计了四种支撑方案，并进行了分析比较，见表3～表6所示。

15. 钢管扣件支撑方案分析一览表 表3 制表：***制表时间：2006年6月10日

16. 中央塔架支撑式桁架支撑方案分析一览表 表4 制表：制表时间：2006年6月10日

17. 全桁架式支撑方案分析一览表 表5 制表：制表时间：2006年6月10日

18. 悬索结构模板支撑方案分析一览表 表6 制表：制表日期：2006年6月10日

19. 悬索结构体系模板支撑方案 • 通过对悬空结构不同的模板支撑设计方案的对比分析，悬索结构体系模板支撑方案在资源节约、工时消耗、操作安全性等方面优势明显，只要做好设计与施工控制，可有效克服柔性支撑体系变形大及不均衡荷载的影响，保证模板支撑结构安全可靠。为此我们QC小组确定的可行方案是： 悬索结构体系模板支撑方案

20. 5.3 悬索结构体系支撑方案的优化改进 • 上述方案设计与分析表明，悬索结构体系支撑方案经济可行，可适用于本工程悬空结构支撑施工，但仍存在下列需改进的问题： • 1、相对一般建筑结构悬索体系，本工程所设计的体系用钢量较大； • 2、悬索结构模板支撑体系属柔性结构，变形大； • 3、须考虑不均衡荷载的影响； • 4、安装与拆除过程悬空作业量仍较多； • 5、如何降低安装与拆除的难度，减少安装拆除过程中产生的危险源。 • 为此小组成员进行“头脑风暴法”进行分析，分析导致上述问题的因素，寻找解决问题的突破口。

21. 制图：*** 制图日期：2006年6月12日 上述五项待优化的问题与设计、安装、施工、拆除等相关环节密切相关，须综合考虑相关环节与各因素的综合影响进行优化。悬索结构模板支撑体系优化见表7。

22. 悬索结构模板支撑体系优化分析一览表 表7制表：*** 制表日期：2006年6月15日

23. 5.4 确定最佳方案 • 通过上述方案分析、优化与改进，确定了最佳的悬索结构模板支撑体系施工设计方案，见图8所示。最后的方案用钢量估算仅为10余吨，用钢量约计40㎏/㎡。 图8 优化后的悬索结构模板支撑体系设计方案示意图 制图：***制图日期：2006年6月20日

24. 六、制定对策 • 我们QC小组根据确定的最佳方案的分解步骤逐一制定对策，以便正确组织实施。见表8所示。 • 对 策 表 表 8

25. 七、组织实施 • 实施一：提供技术经济合理、易组织实施并经权威部门认可的施工设计方案 • 我们QC小组成员＊＊＊＊＊等，依据初步设计方案，针对策划要求，结合安装、施工与拆除各工况情况，制定了“74.97m悬空结构模板支撑设计方案”，由小组成员＊＊＊＊＊＊＊等进行了仔细的、逐项校核，提交公司技术质量部、总师室及监理工程师审核批准。 • 2006年7月7日，由无锡市建管处组织了＊＊４（施工技术专家，享受国务院特殊津贴，一项国家科技进步奖、多项省部级科技进步奖获得者）、＊＊（无锡市建筑设计院顾问总工，一级注册结构工程师）、＊＊（市质监站总工，施工技术专家）、＊＊（市市政设计院总工，一级注册结构工程师）、＊＊（市建筑设计院总工，一级注册结构工程师）等五位施工技术行业及结构设计与科研单位的专家对本悬空结构新型支撑体系设计方案进行了评审论证。 • 实施一效果：一次性通过了专家评审论证，顺利取得了行业主管部门颁发的高架制模施工许可单。专家评审论证一致认定本方案技术经济合理，充分考虑到施工全过程各个工况及不均衡荷载的影响，有效利用于已浇筑结构本身的承载力，安装与应用简便，安全可靠；并突破了传统高架制模刚性支撑设计理论限制，设计新颖，施工设计工艺有所创新。

26. 实施二：采取技术经济合理的制作与安装工艺 • 吊索、环筒、桁架分体地面制作，钢结构制作用材均采用普通Q235钢材，E43焊条，普通持证焊工操作；槽钢环箍拼接采用二级焊缝质量控制并设加强拼接板，保证环箍的等强连接，其余焊节节点均按三级焊缝质量控制。所有节点焊缝质量（包括埋件）均经严格验收确认。 • 环筒与吊索整体千斤顶吊装到位，见图9所示。

27. 图9 环筒及吊索整体千斤顶吊装示意图

28. 吊索与环筒、筒壁节点，以及桁架与塔壁、环筒节点采用均采用装配式。如图10、图11所示。吊索与环筒、筒壁节点，以及桁架与塔壁、环筒节点采用均采用装配式。如图10、图11所示。 图10 桁架斜撑与塔壁节点示意 图11 桁架上弦与塔壁节点安装示意

29. 安装时保证使安装作业后的状况与本设计方案工况相符，保证荷载对称布置。其主要顺序为：吊装中央环筒、就位→对称安装钢筋吊索→对称安装简易桁架工字钢→对称安装工字钢侧向槽钢支撑→安装简易桁架钢管斜撑→满铺脚手板→支撑体系检查调节→验收。安装时保证使安装作业后的状况与本设计方案工况相符，保证荷载对称布置。其主要顺序为：吊装中央环筒、就位→对称安装钢筋吊索→对称安装简易桁架工字钢→对称安装工字钢侧向槽钢支撑→安装简易桁架钢管斜撑→满铺脚手板→支撑体系检查调节→验收。 • 实施二效果：制作与焊接质量合格率100%；装配节点螺栓采用双螺帽，螺栓螺紧固定牢固；承重钢筋索拉紧，花篮螺丝螺紧，采用扭矩扳手检查，扭矩值基本一致，偏差控制在1%以内；中央环筒垂直度偏差仅2mm。安装过程专人监护、统一指挥协调，安全无事故。

30. 实施三：做好施工荷载的控制 • 整个74.94m标高部位结构主要分三次进行施工：第一次进行71.511m-74.320m标高结构的施工，主要包括24根辐射梁及环梁；第二次进行74.320m-74.850m标高结构的施工，同时15L-13梁、15L-15梁均在跨中部位留设施工缝；第三次进行74.850-76.679m标高的结构施工。每次施工间隔考虑约7天。混凝土浇筑时考虑径向对称浇筑施工，即在塔心一侧下一斗砼料后，下一斗砼料浇筑径向相对称的一面。考虑第二次与第三次施工荷载均由第一次施工后的辐射梁、环梁组成的钢混组合空间拱架结构本身承担。 • 实施三效果检查：施工荷载控制满足施工设计方案要求，分项工程质量合格率100%。

31. 实施四：施工过程挠度变形监测 • 施工过程中，在中央刚性环筒上钢圈设置了四个对称平台挠度监点，在环筒中央采用线铊布置一个环筒垂直度检测点。在平台安装完成到第一次砼浇筑结束，平台四个点下挠值分别为3.1mm、2.9mm、3.0mm、3.0mm，小于设计计算挠度值5.44mm；在第二次浇筑后、第三次浇筑后，平台监测点标高基本无变化。同时施工过程中中央环筒的垂直度基本无变化，始终保持其初始垂直度状态。 • 监测结果验证了本施工设计方案完全正确行。

32. 实施五：提供安全可靠的拆除方案并实施 • 拆除作业，我们QC小组成员＊＊制定了严密的拆除方案，经小组成员讨论，提交公司及监理工程师审核、审批后组织实施。采用先安后拆的方法，均衡拆卸，最后环筒及拉索等采用卷扬机及滑轮组拆除。 • 实施五效果：由于构件间节点大量采用装配式，拆除简便，拆除准备时间2天，拆除用了3天，整个拆除仅用5天时间，比计划提前了5天。整体拆除过程安全无事故。

33. 八、效果 • 目标实现情况：本工程悬空结构施工由2006年6月20日开始深化设计至2006年8月10日悬索结构支撑平台拆除结束，总历时71d。支撑平台用钢量约11吨，用钢量仅40㎏/㎡。通过QC小组创新活动，完成实现了QC活动策划的目标。资源投入大大减少，支撑费用控制在最佳施工设计方案预算范围之内。悬空结构施工过程中未发生安全事故。工程质量优良，悬空结构分项工程合格率100%，测点合格率均满足策划目标要求。受到业主方、监理方及当地建筑行业管理部门的好评。 • 经济效益：方案创新，技术经济合理，目标明确，实施正确有力，与投标施工方案相比取得15余万元人民币的直接经济效益。 • 社会效益：“悬空结构模板支撑体系施工工艺创新”的成功实施，即学习知识，又增长了才干，丰富了经验。突破了传统的高架刚性模板支撑理论局限，为空间钢结构体系在施工技术领域应用增加了一个新型典型实例。 • 无形效益：本次活动后，我们QC小组组长带领全体小组成员对活动前后进行了自我评价。见图13所示。

34. 图13 活动前后自我评价雷达分布图 制图：*** 制图日期：2006年8月30日

35. 九、巩固措施 • 本次QC活动成果在本公司发布后，得到了公司质量、技术管理人员的高度评价与认可。为了巩固本次活动的成果，本QC小组制定了《悬空结构悬索支撑模板体系施工法》，已被列入公司工法，编号：GF（JG）/320600-301-001—2006，并将列入公司第三层次体系文件之中。同时为促进技术创新，本QC小组将适时申报省级工法成果。

36. 十、今后打算 • 本QC核心成员目前正在进行“空间钢结构模板支撑体系施工安全技术研究与应用”课题研究，结合造粒塔悬空结构模板支撑研究成果，开发研究大直径浅圆仓顶现浇筑钢筋砼圆锥顶模板支撑技术、水泥厂大直径熟料仓悬空44.8m现浇钢筋砼圆锥顶模板支撑技术。通过一系列研究与现场应用，形成空间钢结构模板支撑施工技术理论。并以可靠的施工技术为基础，充分证明空间钢结构模板支撑体系技术经济优势与发展意义；充分揭示出空间钢结构模板支撑体系施工安全技术的内在规律；明确空间钢结构模板支撑体系在技术、设计和管理的安全保证要求；确定空间钢结构模板支撑体系应用过程中的安全监控与管理方法，及其有机结合点；制定空间钢结构模板体系适应推广应用发展的工艺标准要求。

39. 谢谢大家!