QC成果新型支撑胎架体系的研发与应用全国首创

新型支撑胎架体系的研发与应用新型支撑胎架体系的研发与应用广州市建筑集团有限公司星光QC小组组长：马建辉广州市建筑集团有限公司星光QC小组组长：马建辉编制人：李豪基陈凯文一、工程概况----------------------------------------------1二、关键词介绍--------------------------------------------2三、QC小组简介-------------------------------------------2四、课题选择----------------------------------------------3五、设定课题目标-----------------------------------------4六、各种方案的提出及比选----------------------------------4七、制定对策措施-----------------------------------------8八、对策实施--------------------------------------------10九、效果检查--------------------------------------------20十、社会效益和经济效益-----------------------------------22十一、综合素质评价---------------------------------------23十二、巩固措施和标准化---------------------------------24十三、总结及今后打算----------------------------------26新型支撑胎架体系的研发与应用工程概况广州亚运城综合体育馆位于广州市莲花山下的广州新城核心地带，是2010年广州第16届亚运会主要场馆之一。综合体育馆由综合馆、体操馆、历史博物馆三大馆组成，整个造型似一只海龟和一条海豚在大海中并排遨游，总建筑面积64443m2。其中，体操馆钢结构造型似海龟状，东西长227.5m，南北长121m，最高点标高为32.5m，用钢量约6548t。体操馆屋盖钢结构体系各个点位高低不一，呈曲线分布，由外环桁架、内环桁架、内拱桁架和箱型次梁组成。广州亚运城综合体育馆效果图体操馆钢结构效果图关键词介绍新型支撑胎架体系：将扣件式钢管支撑技术与钢结构安装型钢支承胎架技术相结合的一种新型的组合支撑胎架体系，在钢管支撑架上设置不同形式的型钢架，钢构件的荷载通过刚度较大的型钢架再均匀地作用在钢管支撑上。它继承了扣件式钢管支撑体系应用于建筑工程现浇混凝土施工中方便、快捷的优点，又具备了型钢架在钢结构安装过程中承载力大，均匀分布荷载的好处。其突出优点体现在，新型支撑胎架每一组成部分均经过计算支撑性能和稳定性能，所以每一分部完成就可以开展对应部位的钢结构吊装。所以采用新型组合支撑胎架的搭设能一定程度上缩短整个钢结构吊装时间。但该技术在国内未有任何先例，属于全国首创。QC小组简介QC小组简介表1小组名称星光QC小组成立时间2006年3月课题类型创新型活动时间2009年12月月～2010年4月活动次数17小组课题新型支撑胎架体系系的研发与应应用注册编号Yj01-06序号姓名性别文化程度职务或职称小组分工职责分工接受TQC教育时间（小小时）1男本科技术负责人组长活动安排成果总结802男本科工程师副组长现场管理全面协调763男本科工程师副组长现场管理质量控制764女本科项目经理组员技术指导活动指导765男本科执行项目经理组员技术指导活动指导766男本科工程师组员数据分析方案编写727男本科工程师组员数据分析方案编写728男本科工程师组员现场管理质量控制729男本科工程师组员资料收集方案编写7210男本科工程师组员资料收集整理7211男本科工程师组员资料收集整理72制表人：李豪基制表日期：2009年12月5日活动计划与实际进度表表2活动项目2009年2010年12月1月2月3月4月课题选择目标设定提出方案并设定最最佳方案制定对策实施对策效果检查成果总结计划进度：实际进度：制表人：陈凯文制表时间：2009年12月6日四、选择课题1、选题理由

（1）现场需求：原体操馆屋盖钢结构吊装支撑胎架方案为满堂红，但该方案忽略了体操馆看台施工后呈阶梯状，大型支撑胎架体系搭设在看台上存在很大的技术难度和较大的安全隐患。（2）工期的要求：由于前期大雨天气及设计变更等原因导致土建主体节点比计划延迟了30天，公司收到业主亚组委要求，必须按原计划节点完成本工程施工，若使用原方案满堂红支撑胎架体系，对工期压缩没有帮助，所以公司领导班子决定对本钢结构支撑胎架进行优化创新，使体操馆钢结构吊装在90天内完成钢结构吊装施工。（3）无先例可循：公司过往施工大型复杂的钢结构工程，均是使用满堂红作为支撑胎架体系，所以要设计和使用新的支撑胎架体系并无先例可循。2、选定课题根据公司的要求，项目部决定选择《新型支撑胎架体系的研发与应用》作为本QC小组的课题。五、设定课题目标目标值根据公司对本QC小组的指示，《新型支撑胎架体系的研发与应用》的目标如下：（1）体操馆钢结构吊装在90天内完成钢结构吊装施工。（2）创新的支撑胎架体系综合费用小于400万元（400万元是原方案满堂红胎架费用）。六、各种方案的提出及比选1.针对本QC课题，QC小组成员深入研究，对现场存在困难分析如下：（1）体操馆看台已施工完毕，支撑胎架体系必须搭设在看台上，支撑胎架底部搭设必须适应现场的需求。施工现场进度效果图（2）首层土建施工、支撑胎架体系搭设、屋面钢结构体系吊装施工，流水步距衔接紧密，若要实现各工种交叉作业，支撑胎架底部区域应实现块状分布。（3）屋盖钢结构体系由内环桁架和内拱桁架组成：内外环桁架呈双曲状，造型特别；内拱桁架跨度大，呈片状，安装时易两侧倾覆。所采用的支撑胎架必须事先计算支撑力和稳定性。内环桁架分布图内拱桁架分布图2.方案提出及比选为达到预定的目标，QC小组成员运用了创新思维，对支撑体系的各个环节发挥想象力，将相关相近的想法归并到一起，形成如下亲和图，并选取各种最佳的方案，形成最终的独立方案。材料材料搭设方式操作平台搭设枕木与钢板相结合木枋与模板相结合枕木与型钢架相结合抗倾覆措施使用风缆绳使用抗侧安装架新型支撑胎架体系纵向受力支承材料型钢标准节1.9米高标准门架扣件式钢管纵向受力支承材料选择纵向受力支承材料是支撑胎架的基础，小组成员从可实施性、工期、经济性、施工效果四方面对1.9米高标准门架、型钢标准节与扣件式钢管三种材料进行选择。纵向受力支承材料分析、评估及选定表表3序号纵向受力支承材料料选择分析评估综合得分选定结果适应性工期经济性实现交叉作业11.9米高标准门门架1.比较容易采购；2.市场价格约44500元/吨；3.底部搭设较难难适应阶梯看台台多变的造型型；4.门架必须满铺铺，占用区域域大，无法实实现交叉作业业。5.预计综合工期约775天。○○○△10不选2型钢标准节1.需找厂家定制加工工，加工时间间较长；2.市场价格约50000元/吨；3.楼板需预留埋件，底底部搭设较难难适应看台阶阶级多变的造造型；4.型钢标准节不需要要满铺，占用用区域小，可可以呈块状分分布实现交叉叉作业。5.预计综合工期约990天。○△△◎10不选3扣件式钢管1.公司物资部有有大量构件式式钢管可提供；2.市场价格约44500元/吨3.由于钢管的长长短可以通过过接驳和切割割控制，故底底部搭设能适适应看台阶级级多变的造型型；4.扣件式钢管不不需要满铺，占占用区域小，可以呈块状分布实现交叉作业。5.预计综合工期约775天。◎○○◎16选定注：上表中：◎5分；○3分；△1分。制表人：郑曦制表时间：2009年12月17日通过对上述三种材料的对比分析，小组最终在适应性、工期、经济性、实现交叉作业四方面比较，选择了扣件式钢管作为纵向受力支承材料。操作平台搭设模式的选择选用不同的操作平台搭设模式，是本工程的钢构构件安装的关键一环。操作平台搭设模式分析、评估及选定表表4序号操作平台搭设模式式分析评估综合得分选定结果适应性工期经济性施工效果1木枋与模板相结合合1.多用于混凝土土浇筑施工，少少用于钢结构构吊装施工；2.比较容易采购购，不会对工工期造成压力力；3.三者比较价格最便便宜。4.木方与模板的刚度度较小，难以以适应集中荷荷载较大的情情况；5.搭设拆除需大量投投入人力。△◎◎△12不选2枕木与钢板相结合合1.多用于钢结构构吊装施工；；2.比较容易采购购，不会对工工期造成压力力；3.价格适中。4.钢板刚度一般，对对承担大型钢钢构件的集中中荷载效果一一般；5.通过少量人工与机机械搭设拆除除。○◎○○14不选3枕木与型钢架相结结合1.多用于钢结构构吊装施工；；2.比较容易采购购，不会对工工期造成压力力；3.价格适中。4.钢板刚度较大，适适应集中荷载载的情况；5.通过少量人工与机机械搭设拆除除。◎◎○◎18选定注：上表中：◎5分；○3分；△1分。制表人：李良智制表时间：2009年12月17日通过对上述的对比分析，小组最终选择了枕木与型钢架相结合的形式作为操作平台搭设模式。抗倾覆措施的选择选用适当的抗倾覆措施，是保证钢构吊装安全的重要一环。抗倾覆措施分析、评估及选定表表5序号抗倾覆措施分析评估综合得分选定结果适应性工期经济性施工效果1使用抗侧安装架1.可以在现场加加工制作，不不会对工期造造成较大压力力；2.可防止片状桁桁架拼装施工工时发生倾覆覆；3.用汽车吊直接接吊装在平台台拼装位置即即可；4.能周转使用。5.价格适中。◎○○◎16选定2使用风缆绳1.找特定经销商商采购，不会会对工期造成成压力；2.风缆绳多用于独立立柱的吊装校校正，用于桁架及及钢梁的吊装装效果一般；3.要在混凝土楼面预埋埋埋件；4.能部分周转使用。5.价格较便宜。△◎◎△12不选注：上表中：◎5分；○3分；△1分。制表人：王伟文制表时间：2009年12月17日通过对上述的对比分析，小组最终选择了使用抗侧安装架作为钢构吊装的抗倾覆措施。最终支撑体系方案的选定根据上述的比选，我们选择以扣件式钢管为支撑，枕木与型钢架相结合的操作平台，使用抗侧安装架为抗倾覆措施的新型支撑胎架体系作为本QC的实施方案。七、制定对策措施根据选定的方案，QC小组成员对方案进行细化，提出以下方案流程图：胎架计算=>确定胎架材料=>底部回顶支撑架的搭设=>上部支撑胎架的搭设=>支撑胎架平台的搭设=>胎架的拆卸QC小组引入专业计算软件，结合现场情况精心计算，并聘请在排栅搭设方面有丰富经验的专家指导，一起编制了胎架施工方案。通过组织专家论证，对新型支撑胎架体系搭设方案的可行性、安全性、搭设重点难点等进行评估，确定搭设方案的关键环节为以下4点：胎架计算、底部回顶支撑架的搭设、上部支撑胎架的搭设、支撑胎架平台的搭设。专家论证会议现场1专家论证会议现场2通过专家组论证，小组成员制定了以下对策：对策表表6序号要求对策目标措施地点时间负责人1胎架计算使用专业计算软件件计算胎架在钢结构构吊装时强度度、刚度、稳稳定性，并进进行验算，验验算覆盖率达达到100%。引入专业软件，通通过理论计算算确定架体是是否可靠，并对全部架体体进行验算。办公室2009.12..242底部回顶支撑架的的搭设根据实际情况合理理搭设回顶支撑架保证看台结构在钢钢结构吊装时时不受破坏，保保证受力满足足要求，复查查看台楼板破破坏情况，楼楼板结构不合合格率0%。回顶支撑架的顶端端由螺旋顶托托木方调平并顶顶紧上层楼板板，对于看台台与混凝土楼楼板夹缝高度度小于1米的，采用I20a型钢作作为回顶措施施现场2010.12..263上部支撑胎架的搭搭设筛选有经验的操作作人员，并统筹管理保证胎架按方案搭搭设，钢构吊吊装过程安全全0事故。严格挑选操作人员员，设专职人人员管理，对对操作人员进进行分区、分分工协调、统统筹安排。现场2010.12..274支撑胎架平台的搭搭设根据不同桁架的吊吊装情况设计计不同的支撑胎架安装装平台使支撑胎架平台更更利于桁架的的吊装,满足了内环环桁架和内拱拱桁架钢构件件的吊装要求求。使用不同型钢与枕枕木组合、钢钢板与枕木组组合，使支撑撑胎架平台满满足吊装需求求现场2010.12..28制表人：崔伟锋制表时间：2010年12月29日八、对策实施1.实施对策一：胎架的计算（1）建立体操馆钢结构模型，模拟吊装施工及卸载，选取最不利情况，根据吊装和卸载要求结合胎架的重量，通过对每榀桁架的荷载及对混凝土楼板抗冲切承载力、看台楼板承载力的计算确定胎架的水平投影的大小。经计算在内环桁架下方设20个组合支撑胎架，其中16处组合支撑胎架水平投影面积为6m×6m的形式，4处组合支撑胎架水平投以投影面积为12m×6m形式；在内拱桁架对接处下方，即比赛区中部沿椭圆长轴方向搭设12m宽、93.5m长的带状组合支撑胎架。（2）根据最不利施工状况，利用专业有限元分析软件ANSYS对型钢框架层、钢板层、枕木层及支撑架进行内力分析计算，初步选定型钢、钢板、枕木的材质及尺寸。通过对型钢、钢板和枕木的抗弯强度、抗剪强度及挠度进行验算，确定安装平台的材质及尺寸。支撑胎架模型示意图钢结构吊装时型钢框架应力分布图钢结构吊装时钢板及枕木应力分布图（3）采用限元分析软件ANSYS、内力分析软件sap2000对钢管支撑进行内力计算，结合《建筑施工扣件式钢管支撑架安全技术规范》初步选定钢管和扣件，通过对钢管的抗弯强度、挠度、稳定性等进行验算，确定扣件式钢管支撑架的材料及支撑架立杆纵横距。钢结构吊装时支撑架应力分布图钢结构吊装时支撑架变形图（4）通过对组合支撑胎架在钢结构安装前、模拟安装施工及模拟卸载时最不利状态进行抗倾覆验算，确保组合支撑胎架满足钢结构安装的受力要求及施工安全。（5）对各个架体和组合胎架进行验算，确保胎架在钢结构吊装时强度、刚度、稳定性满足要求。实施效果：对胎架各方面进行验算，验算覆盖率达到100%。2.实施对策二：回顶支撑架的搭设回顶支撑架搭设的质量直接影响看台楼板的结构安全，由计算可知每个支撑胎架看台下必须设置回顶支撑架，且其布置范围必须包含上层的的支撑架。回顶支撑架的顶端由螺旋顶托调平木方并顶紧上层楼板，螺旋杆的长度控制300mm以内，反顶支撑架的底端应通过200mm×200mm木块支承在再下层楼板上，当看台与混凝土楼板夹缝高度小于1米，采用I20a型钢作为回顶措施。回顶支撑架搭设完成后，经专业质检单位对支撑架进行检测，合格后方能进行上部支撑架的搭设，保证看台楼板的结构安全。回撑支撑架大样图图1回撑支撑架大样图图2回撑支撑架大样图图3回顶支撑架搭设现场合理搭设回顶支撑，保证了看台结构在钢结构吊装时不受破坏，确保了受力满足要求。实施效果：经复查看台楼板，无发现破坏情况，楼板结构不合格率为0%。3.实施对策三：上部支撑胎架的搭设上部支撑胎架的搭设为高空作业，且搭设时下方周围有其他工种作业，必须保证施工安全，搭设难度大，对作业人员的技术要求高，架子工必须是具有特种作业操作证的人员，搭设时派专职安全员和施工员进行监督指挥。劳动力的素质是影响工程安装质量与进度计划之关键点,本QC小组在选择劳动力时执行以下原则：(1)具有较高的技术素质和熟练的操作技能，特殊工种必须持证上岗。(2)具有良好的质量、安全意识。(3)具有类似工程施工经验。并对操作人员进行分区、分工协调、统筹安排，保证胎架按方案搭设。上部组合支撑胎架搭设现场1上部组合支撑胎架搭设现场2实施效果：本胎架施工严格按方案搭设，吊装过程无安全事故发生，实现钢构吊装过程安全0事故。4.实施对策四：支撑胎架安装平台的搭设根据内环桁架及内拱桁架两种不同的结构形式和结构特点，搭设不同的支撑胎架安装平台，便于钢结构吊装施工。（1）内环桁架安装平台的搭设当支撑架搭设到预设的高度后，在沿内环桁架长度方向的立杆顶部设置顶托，每个顶托上放置2根支撑架钢管，顶托螺杆伸出钢管顶部不大于200mm。在双钢管面满铺220mm×160mm×2500mm型号的枕木，再在上面铺垫型钢架，然后放置型钢网格架及安装卸载措施，内环桁架及次杆件的重量，通过枕木、钢板垫层将荷载传递到支撑架上。支撑胎架平台构造示意图组合支撑胎架搭设完成内环桁架吊装现场1组合支撑胎架搭设完成内环桁架吊装现场2组合胎架搭设完毕内环桁架吊装三维图示（2）内拱桁架安装平台的搭设当支撑架搭设到预设的高度后，支撑架沿横向立杆的顶部设置顶托，每个顶托内放置2根支撑架钢管（见下示意图），顶托螺杆伸出钢管顶部不大于200mm。在平台上面根据放置胎架的位置，满铺220mm×160mm×2500mm的枕木，在枕木上面铺设抗侧安装胎架。内拱桁架安装平台示意图抗侧安装架详图抗侧安装架效果图安装平台的搭设完毕内拱桁架安装施工现场其余地方铺满不小于50mm钢板网（具体主要根据立杆间距选材），以便于施工人员进行安全施工作业。钢板网钢板网内拱桁架安装施工现场内拱桁架吊装三维图示实施效果：合理安排支撑胎架安装平台的搭设，满足了内环桁架和内拱桁架钢构件的吊装要求。九、效果检查新型组合支撑胎架在体操馆投入使用后，在3月1日体操馆屋盖钢结构吊装完毕，并于3月11日对支撑胎架拆除完毕，QC小组对实施效果进行了检查并总结课题的实施效果：1.体操馆钢结构吊装从2010年1月2日开始，与3月11日完成，历时70天完成钢结构吊装施工，实现了90天内完成体操馆钢构吊装的目标。2.原满堂红支撑胎架方案费用为：脚手架搭设约135万，钢结构安装的滑移胎架投入约150万，滑移机具约需50万，人员投入约65万，总费用约400万。现采用新型组合支撑胎架，脚手架搭设约75万，钢结构型钢胎架投入约85万，人员投入约40万，QC活动费用约30万。总费用=75+85+40+30=230万元<400万元实现了创新的支撑胎架体系综合费用小于400万元的目标。内环桁架组合支撑胎架完成综合体育馆钢结构封顶航拍十、社会效益和经济效益1、社会