脚手架结构支撑架的构造和设计

脚手架结构支撑架的构造和设计（精选9篇）

脚手架结构支撑架的构造和设计 篇1

本节主要介绍采用脚手架杆配件搭设的、按脚手架结构计算的模板支撑架。

5-3-1脚手架结构模板支撑架的类别和一般构造

5-3-1-1脚手架结构模板支撑架的类别和构造要求

1.类别

用脚手架材料可以搭设各类模板支撑架，包括梁模、板模、梁板模和箱基模等，并大量用于梁板模板的支架中。在板模和梁板模支架中，支撑高度>4.0m者，称为“高支撑架”，有早拆要求及其装置者，称为“早撑模板体系支撑架”。

扣件式、碗扣式和门式钢管脚手架材料均可用于构造模板支撑架，并各具特点。按其构造情况可作以下分类：

(1)按构造类型划分

1)支柱式支撑架(支柱承载的构架);

2)片(排架)式支撑架(由一排有水平拉杆联结的支柱形成的构架);

3)双排支撑架(两排立杆形成的支撑架);

4)空间框架式支撑架(多排或满堂设置的空间构架)，

(2)按杆系结构体系划分

1)几何不可变杆系结构支撑架(杆件长细比符合桁架规定、竖平面斜杆设置不小于均占两个方向构架框格的1/2的构架);

2)非几何不可变杆系结构支撑架(符合脚手架构架规定，但有竖平面斜杆设置的框格低于其总数1/2的构架)。

(3)按支柱类型划分

1)单立杆支撑架;

2)双立杆支撑架;

3)格构柱群支撑架(由格构柱群体形成的支撑架);

4)混合支柱支撑架(混用单立杆、双立杆、格构柱的支撑架)。

(4)按水平构架情况划分

1)水平构造层不设或少量设置斜杆或剪力撑的支撑架;

2)有1或数道水平加强层设置的支撑架，又可分为：

a.板式水平加强层(每道仅为单层设置，斜杆设置≥1/3水平框格);

b.桁架式水平加强层(每道为双层，并有竖向斜杆设置)。

此外，单双排支撑架还有设附墙拉结(或斜撑)与不设之分，后者的支撑高度不宜大于4m。支撑架的所受荷载一般为竖向荷载，但箱基模板(墙板模板)支撑架则同时受竖向和水平荷载作用。

2.设置要求

脚手架结构支撑架的构造和设计 篇2

在钢结构的结构设计过程中，经常会遇到以下的问题：由于局部或细部的构造尺寸在设计时未得到充分考虑，使钢结构的实际加工特别是焊接操作和现场安装遇到或多或少的困难，最终导致结构设计的意图无法得到正确实现，造成设计的重复修改。本文主要阐述笔者在设计过程中遇到的与焊接相关以及与扭剪型高强度螺栓安装的细部构造尺寸问题。

2 与焊接加工相关的细部构造尺寸

2.1 阶柱肩梁处的细部尺寸

由于能较好地满足设计强度和刚度的要求，在有较大吨位吊车的单层钢结构厂房设计中，经常选用双阶柱。肩梁是双阶柱的最重要的节点，这一位置的细部构造尺寸是肩梁设计的重点之一。以上柱为焊接H型钢、下柱为焊接H型钢和钢板的实腹组合柱为例，肩梁处的主要构造是上柱靠吊车梁一侧的翼缘开槽插入肩梁腹板并与其焊接，下柱吊车肢的焊接H型钢的腹板开槽插入肩梁腹板并与其焊接（见图1），其焊缝Lw1、Lw2和吊车肢顶部与肩梁翼缘的焊缝均为双面角焊缝手工施焊，为保证焊接加工可行和上述焊缝的最终质量，需要足够的加工空间。图1中L1为上柱靠吊车肢一侧翼缘至下柱吊车肢翼缘的距离，根据工程经验，L1的长度不宜小于150mm。

在目前相当多的工业厂房设计中，由于业主工艺方面的要求或厂房用地受到限制，经常出现厂房的横向跨度与吊车的标准跨度(Lk值)不匹配的情况，这时吊车梁突缘支座作用点即肩梁的吊车支承加劲肋位置被迫悬挑出吊车肢中心线以外（见图2）。当出现这种情况时，同样是由于焊接的要求，肩梁的吊车支承加劲肋至下柱吊车肢翼缘的距离L2亦不宜小于150mm。

2.2 T型柱、十字柱和外露式刚接柱脚加劲肋的细部尺寸

在工业厂房设计中，也经常出现以下的情况：由于业主工艺上和内部物流的要求，厂房内部需要无阻碍的空间，内部的柱间支撑无法设计为交叉支撑，柱间支撑须设计成类似刚架的门式支撑；或者在厂房内部纵横两个方向均有吊车运行，像上述两种情况时平面建模计算的刚架柱须考虑双向受力，这种时候T型柱和十字柱（图3）是较好的选择。在实际加工中，钢柱的翼缘和腹板的焊接是通过机械自动施焊，通常是埋弧自动焊，焊接的操作空间是非常重要的。根据加工厂反馈的数据和笔者的工程经验，T型柱和十字柱的两个方向的柱翼缘间的净距L3不应小于150mm，才能保证自动施焊的顺利进行。

和T型柱、十字柱柱翼缘间的净距要求类似，外露式刚接柱脚通常在柱腹板一侧会设置最少一道加劲肋（图4），作用在于增加底板区格数量以减小底板的厚度并传递底板传来的基底反力，加劲肋与柱腹板和底板通过双面角焊缝连接，这些角焊缝均为手工施焊[1,2,3]。这时加劲肋边缘至钢柱翼缘边的净距L4应保证不小于150mm；有时由于柱截面高度受限，为满足柱翼缘内侧也会设置一列锚栓以满足受力要求，此时上述净距不小于150mm不仅是保证焊接的需要，也是施工中拧紧柱脚锚栓的施工所需空间的要求。

钢结构设计中也经常会出现两道加劲肋（节点位置或柱两侧牛腿不等高等情况）之间的距离较近的情况，由于这些加劲肋通常都是手工焊接连接，此时两道加劲肋中心线之间的距离不宜小于150mm。

3 与扭剪型高强度螺栓安装相关的细部构造尺寸

高强度螺栓在钢结构设计中得到广泛应用，《钢结构设计规范》[4]中规定的高强度螺栓的构造最小距离和实际操作空间的差别也是设计中需要注意的问题。实际施工选择高强度螺栓时，有大六角头和扭剪型两种，大六角头螺栓的供货规格最大可达M30，扭剪型螺栓供货规格最大只能达到M24。虽然扭剪型螺栓供货规格少于大六角头螺栓，由于扭剪型高强度螺栓的尾部连有一个截面较小的沟槽和梅花头，旋拧螺母时以梅花头为反拧支点，梅花头沿沟槽被拧断即为达到规定的预拉力值，其现场施工质量能得到较好的保证，在一些要求较高的特殊项目尤其是出口项目中应用较多。扭剪型高强度螺栓之间的最大最小构造距离与大六角头相同，均参照《钢结构设计规范》8.3.4条，但由于其紧固是通过特制扳手或紧固枪（目前现场较多使用），螺栓终拧时必须拧断，螺栓与构件之间在满足《钢结构设计规范》的构造要求的同时，也必须有足够的施工操作空间保证终拧。图5的端板连接节点中，翼缘位置和加劲肋处由于不满足这一要求而致使螺栓无法终拧。根据工程经验，螺栓中心线至构件钢板（加劲肋、梁柱翼缘或腹板）的净距L5（见图6）应不小于65mm，才能满足终螺栓终拧时必须拧断的要求，而同等条件下大六角头高强度螺栓只须满足以下要求：M20不小于37mm,M22、M24不小于41mm,M27不小于45mm。

4 结语

本文主要阐述了笔者在钢结构设计中遇到的与焊接加工和螺栓安装相关的细部构造问题，从双阶柱肩梁构造尺寸、十字（T型）柱和外露式刚接柱脚加劲肋等方面讨论了与焊接相关的最小构造尺寸，从扭剪型高强度螺栓的安装空间讨论了与大六角头高强度螺栓的区别，总结了这些方面的工程经验，供结构设计时参考。

摘要：讨论了钢结构设计中遇到的与焊接加工和扭剪型高强度螺栓安装相关的细部构造问题,总结了这些方面的工程经验。

关键词：细部构造尺寸,焊接,扭剪型高强度螺栓

参考文献

[1]钢结构设计手册》编辑委员会.钢结构设计手册(上册)(第三版)[K].北京:中国建筑工业出版社,2004.

[2]包头钢铁设计研究总院,中国钢铁协会房屋建筑钢结构协会.钢结构设计与计算(第二版)[M].北京:机械工业出版社,2006.

[3]王国周,瞿履谦.钢结构原理与设计(第一版)[M].北京:清华大学出版社,1993.

脚手架结构支撑架的构造和设计 篇3

关键词：脚手架施工模板支架

1工程概况

翡翠绿洲森林半岛二期由10栋15～25层不等的高层商业住宅楼和一層地下室组成，用地面积29411.49平方米，建筑总面积162967平方米，其中地上部分建筑面积149447平方米，地下室建筑面积13520平方米。本工程建筑类别属商住楼，其中首层为商铺，二层以上为住宅楼。

本工程基础采用锤击式高强预应力管桩。抗震设防烈度为六度，设计使用年限为50年。整个工程的结构形式为部分框支剪力墙结构：即上部体系为现浇钢筋砼框支剪力墙结构，塔楼中间电梯及楼梯部位布置剪力墙。转换层以下除剪力墙加厚外，还设计有较大截面的框支柱。转换层设置在二层，采用梁式转换。转换梁高最大为2.2m，其余为800mm-2000mm不等，梁宽在400mm-1400mm之间。转换层楼板厚度为200mm。

2模板及支撑计算

2.1荷载计算：由于模板结构设计属于临时性结构设计，目前我国还没有这类规范，而现行国家标准《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB50204--2002)中又没有关于模板设计的规定，因此，在进行模板结构计算时，根据原国家标准《混凝土结构工程施工及验收规范)(GB50204—92)的规定进行荷载取值和组合。这些荷载包括模板及支架自重、新浇混凝土重量、钢筋重量、施工荷载、振捣混凝土时产生的荷载等。由于大梁配筋率较大，因此，钢筋的自重标准值并没有按一般取1.5kN／m³，而是经估算后保守取3.0kN／m³。

2.2计算步骤荷载计算后，分别对模板、主次龙骨(木枋)进行内力验算，其顺序如下：梁底模板的抗弯强度、挠度验算一次龙骨的抗弯强度、挠度验算一主龙骨的抗弯强度、挠度验算一支撑立杆的强度、稳定性验算。

在验算立杆的稳定性时应注意，立杆的计算长度应按《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJl30---2001)的公式：Io=h+2a计算，其中h为立杆的步距，a为立杆伸出顶层横向水平杆中心线至模板支撑点的长度。根据“广东省建设工程高支模系统施工安全管理办法”中的规定，h≤1 500。

2.3梁侧模板系统的计算新浇混凝土作用在模板上的最大侧压力取以下两式中的较小值：

F1=0.22筇t012V1／2 F2=铩H

式中鲦一混凝土的重力密度(kN／m《sup>3《/sup>)；

tO--新浇混凝土的初凝时间(h)，可按实测确定。当缺乏试验资料时，可采用t0=200，(t+15)计算(t为混凝土的温度℃)；

1—外加剂影响修正系数，不掺外加剂时取1.0，掺具有缓凝作用的外加剂时取1.2：

2—混凝土坍落度影响修正系数，当坍落度在110～150时，取1.16；V—混凝土浇筑速度(m／h)；

H—混凝土侧压力计算位置处至新浇混凝土顶面的总高度(m)。

按新浇混凝土作用在模板上的最大侧压力与振捣混凝土时产生的荷载组合值对梁侧板及侧枋进行强度、刚度验算，并计算所需对拉螺栓的直径及间距。

3施工方案

3.1施工工艺流程：编制专项方案→放线测量→基础处理→专家论证→支架搭设及模板安装→支架验收→结构施工及养护→支架拆除。

3.2支架搭设

3.2.1搭设用的钢管杆件及配件应符合下列规定：①剪刀撑、水平杆件、连接杆和扣件的设置应符合规范要求。②不配套的钢管架与配件不得混合使用。③搭设万一不佳后，应检查并调整其水平度与垂直度，以及杆件的步距、纵距和横距。④剪刀撑、横向斜撑水平杆件应紧随钢管立杆的安装及时设置。⑤连接钢管立杆与配件的扣件必须处于缩紧状态。⑥水平杆件或脚手板应在同一步内连续设置，脚手板应满铺。⑦严禁将外径48mm与51mm的钢管混合使用。⑧支架必须配合施工进度搭设，一次性搭设高度应符合要求。

3.2.2连接杆加固杆、剪刀撑等加固件的搭设应符合下列规定：①加固杆、剪刀撑必须与支架同步搭设。②水平加固杆应设于钢管立杆内侧，剪刀撑应设于钢管立杆的外侧并连牢。

3.2.3加固件等与钢管立杆采用扣件连接时应符合下列规定：①扣件规格应与所连钢管外径相匹配。②扣件螺栓拧紧扭力矩宜为40-65N.m，并不得小于40N.m。③各杆件端头伸出扣件边缘长度不小于100mm。

3.2.4为增加支撑的稳定性，在支撑系统高度3.8米平面上增设一道水平剪刀撑，该剪刀撑与水平杆夹角为45-60度间。

3.3模板支架系统的检查和验收高支模施工是本工程施工的重点。由于局部楼面高度高，施工荷载大，若钢管扣件支撑体系处理不当，极易发生事故，故必须对高支撑支撑体系进行验收，达到施工方案要求后，方可进行下道工序施工。

模板支架体系搭设前、作业层上施加荷载前、整体或分段达到设计高度后应进行检查和验收。

此外，浇筑过程中必须指派专人对负一层支撑系统进行检查，发现问题及时加固和处理，并报告项目主管领导。

3.4支架的拆除①支架拆除前，写拆模申请，并提供砼强度报告，经项目技术负责人同意后方可拆除。②支架拆除前应由项目相关负责人进行拆除安全技术交底。③拆除支顶架前，应清除架上的材料、工具和杂物。④支架拆除前，应设警戒区和警戒标志，并由专人负责警戒。⑤支顶架的拆除应在统一指挥下，按先装后拆、后装先拆的顺序及下列安全作业要求进行；a支架的拆除从一端走向另一端、自上而下逐层地进行，严禁上下同时作业.b同—层的构配件和加固件应按先上后下、先外后里的顺序进行：c在拆除过程中，支架的自由悬臂高度不得超过两步，当必须超过两步时，应加设临时拉结；d通长水平杆和剪刀撑等，，必须在支架拆卸到相关的钢管架(立杆)时方可拆除；e工人，必须站在临时设置的脚手板上进行拆卸作业，并按照规定使用安全防护用品；f拆除工作中，严禁使用榔头等硬头击打、撬挖，各构配件严禁抛至地面；g拆卸连接部件时，应先将锁座上的锁板与卡钩上的锁片旋转至开启位置，不得硬拉，严禁敲击。

3.5防止高支模支撑系统失稳的措施①浇注梁板砼前，应组织专门小组检查支撑体系中各种坚固件的固体程度。②浇注梁板砼时，应专人看护，防止紧固件滑动或杆件变形异常，以及加固变形杆件，防止质量事故和连续下沉造成意外坍塌。

4安全技术措施

4.1脚手架搭设和拆除必须由符合劳动部颁发的《特种作业人员安全技术培训考核管理规定》经考核合格，领取“特种作业人员操作证”的专业架子工进行操作施工。

4.2架子搭设和拆除须严格按操作规程执行，架子搭设完毕后须经过验收合格后方可进行上部悬挑梁施工。

4.3安全网、拉接固定的连墙件等都须按照方案实施。

5设计与施工体会

5.1按照规范要求，对木模板系统的计算是采用概率极限状态设计法的要求，采用分项系数设计表达式进行的。因此，在高支模设计中，各种参数的取值是否合理，将影响计算数据的准确性和支撑系统的安全性。

5.2本模板支架基础的承载力虽然要求很高，但支承在已浇筑混凝土的地面上，支架基础的承载力很容易满足支模施工和使用要求，因此，本设计对基础考虑得不多。当高、重、大跨度梁板模板支架支承在地下室结构楼面上时，则要考虑下层楼面的结构承载力，要进行必要的加固处理。当模板支架支承在泥土地面上时，应在平整、夯实后加设满足承载力要求的垫块支承立杆，并采取排水措施。

5.3经计算分析，钢管的承载力较大(可用步距调整)，其平面间距主要受木枋的强度和刚度影响。当木枋的强度和刚度满足不了要求时，可考虑使用双木枋(即两条木枋叠起来使用)。由于木枋长度一般都是长2m，因此设计时垂直梁轴线方向的间距可以先定下来，一般为2m的1/2、1/4或比之略小，而沿梁轴线方向的间距则要通过试算来决定。

5.4由于施工中产生的振动荷载较大，竖向支撑由扣件式钢管脚手架组成，而安装的误差很难保证杆件在竖直的一条线上。因此扣件式钢管脚手架要排列整齐和顺直，并要及时安设好纵横向水平拉杆、剪刀撑等。上下层立杆采用的对接扣件应按规范要求交错布置。

5.5由于支架的搭设是由架子工作业的，而支架上的模板系统则由木工来完成，因此，在设计与施工过程中，要综合考虑各班组的情况，协调好各班组的工作，才能设计出既确保安全、方便施工，又节约钢管用量的支模系统。

6结束语

通过本工程转换层高支撑满堂脚手架的可靠性设计和实施，证明本工程的高支撑设计是可行的。实际上，影响转换层高支撑满堂脚手架整体稳定性的因数非常复杂，可概括为管材性能的不定性、几何参数不定性以及稳定性计算模式的不定性等等。通过本篇文章，旨在说明基于可靠性的脚手架设计与常规脚手架设计相比，可靠性设计更具有其合理性和科学性，体现在以下几方面：①考虑了脚手架钢管的强度、几何尺寸及搭設尺寸的变异性；②考虑了作用于脚手架上恒荷载和活荷载作用效应的变异性；⑨考虑了转换层高支撑满堂脚手架的实际工况。

脚手架结构支撑架的构造和设计 篇4

关键词：非线性建筑表皮,结构逻辑,材料构造

2010年10月15日,北京国际建筑双年展开幕。笔者有幸参与了展览的两本作品集《数字现实:学生建筑设计作品》和《数字现实:青年建筑师作品》的编写,编写过程中发现国内部分设计者对于非线性建筑设计的认识可能存在一些问题:首先,一些设计者虽然关注对初始条件的深度挖掘,但之后的推理过程却常常掺杂了相当程度的个人因素,而这种逻辑混乱的推理方式也导致实际建成效果外部形式与内部构造脱节;其次,一些设计者对表皮的生成和构造关注不足。

建筑设计不应该只关注形式,其生成逻辑才是重点。对于非线性建筑来说,这点尤为重要,否则“非线性设计”的建筑革命将沦为对形式风格的时髦追求。而对建筑表皮这个多年来作为无数建筑师关注焦点和设计出发点的研究,不应只停留在形式的总结和经验的分析层面,更应从设计理念和建构方式的层面进行探索。

一、相关概念阐述

1. 非线性建筑设计

与自上而下的传统的设计过程不同,非线性建筑设计方法关注的是参数分析过程。所谓参数,是指和场地相关的各种影响因素,包括自然因素(比如风向、日照、水流)、人文因素(比如当地习俗、文化传统)以及对人的行为模式等进行图解分析得来的结果。通过对上述参数进行客观分析,可以得到真正适合于场地的设计结果,而避免设计过程成为形式游戏。

通过这样的设计方法,建筑设计从线性的简单系统转变为非线性的复杂系统,各个影响参数按照某种规则集合成一个动态稳定系统。这一动态系统反映的是各个参数之间游牧状(nomadic)的联系,作为复杂系统生成结果的建筑形态将超越传统欧式几何的表达范围,呈现出流动的、不规则的非线性建筑形态(1)。

2. 建筑表皮的结构逻辑和材料构造

所谓表皮的结构逻辑,是指支撑表皮的结构(有时候表皮的形式和结构是混合的,在后文会提到)生成的推理关系。我们可以研究某种自然界生物的结构逻辑,作为非线性体的基本结构系统,也可以从某种形式算法出发,通过数字和几何方式得出基本结构系统,还可以(通过力学软件)将建筑内部的应力传递路径作为表皮结构设计的起点,研究单元体之间的连接构造……诸如此类的逻辑关系也是当前建筑师和结构工程师关注的话题(2)。

表皮的结构系统确定后,将有限尺度的分块材料连接到一起的方式,就是表皮的材料构造。正交结构系统的建筑,表皮材料构造的重点在于不同材料之间的交接方式。而对于不规则形态的建筑,除了不同材料之间的交接,构成曲面的分块材料的组合方式更是重点,其与结构逻辑有一定的连续性,但不尽相同。一方面,表皮曲面的分块建立在上层表皮结构基础之上,所以小尺度材料的组合方式必然要服从于大尺度结构系统的要求;另一方面,当表皮曲面的尺度相对于分块尺度足够大时,分块的构造逻辑就可脱离于上层表皮的结构系统。

二、表皮的仿生结构和构造

建筑学和生物学的相互联系由来已久,很多建筑师从中获取设计灵感。除此之外,自然界也有很多值得建筑师借鉴的元素。建筑是在人类出现之后才开始发展的,而我们生活的地球在此之前已存在久远,其物质形态都是在自然作用下对抗外力、保存自身的完美形式,经受了百万年时间的考验。

1. 生物组织结构

蜻蜒有两对翅膀,前翼用作飞行控制,后翼提供主要升力。蜻蜓翅膀很轻,由膜和脉组成,脉是主要支撑结构,膜是主要空气动力学结构。一层蜡状物质覆盖于膜和脉的表面,其中交错的纤维有利于加强翅膀的稳定性。膜和脉形成协调工作的框架,保证了翅膀的稳定性和承载力(3)。

Emergent事务所对蜻蜓翅膀的结构形态进行了研究,并开发出梁状膜结构。“蜻蜓”是其与Buro Happold共同开发的装置设计。Emergent对单向系统、双向系统、蜂巢板和蜻蜓翅膀结构比较(图1)后发现:单向系统会受到等级制支撑系统的限制;双向系统虽然相对灵活,但是建立在增加材料重量的基础之上;蜂巢板能很好地应对水平应力,但是完全不抵抗剪力;蜻蜓翅膀结构则引入了“涌现的结构等级”概念,即不同区域的结构分级,将灵活的蜂窝状结构和高强度的四边形结构整合起来,使结构更加异质化,从而可以应对局部条件的改变。

2. 准晶体结构

准晶体具有凸多面体规则外形以及晶体物质不具有的五重轴。它在不同空间维度呈现不同的形态。与penrose tilling相对应的三维形态给出了一个用最少种类几何体(4种不同角度的六面体)无缝无周期充满空间的方式。

基于准晶体结构可以无缝充满形体的性质,清华大学黄蔚欣、吕晨晨、李香姬对其进行了进一步研究,将准晶体生成的高维投影法进行拓展,实现了对准晶体单元排列方式、密度变化以及准晶体集合体外轮廓形态的控制。在圣府大剧院的概念设计中,设计者在确定了建筑内外表皮的空间轮廓之后,用三维准晶体结构填充内外表皮之间的空间,形成了表皮的结构系统(图2),建筑的表皮、结构和立面形成了内外统一的整体(4)。

3. 地形学

地形学是关于地球外表面貌的论述。对于建筑学来说,地形学立足的根本点在于对自然和场所的关注,既坚守自然,又追问真实。

FOA在横滨国际客运码头的设计中运用了地形学的思考方式,将地面的重构作为入手点来解决建筑和地面的关系(图3)。在建筑形体中,循环线路被转化为折叠、连续的表皮系统,实现了城市空间、码头以及码头内外空间的无缝连接。表皮承担地面的承载功能,随着“地形”,即建筑表皮的连续起伏,建筑产生了连续的标高变化,消解了“层”的概念。项目竞标过程中,FOA提交的平面图没有用层数命名,而是以功能命名,进一步体现了建筑空间和形式的连续性。这样的建筑形式也要求结构系统与一般建筑不同,传统的柱子承重在这里被表皮承重所代替。FOA将弯曲的表皮设计成厚纸板一样的结构:在两层平面之间使用波形面增加结构强度,再将这种复合面进一步折叠,从而得到更高的强度。这样,建筑就可以通过连续表皮的自身结构来传递荷载。

三、表皮的形式算法结构和构造

所谓形式算法,可以理解为一种找形规则,或是一种生成逻辑。通过计算机程序生成建筑形态,使建筑设计“找形”的形态发生及反馈过程成为可能,也使得建筑表皮的形式和结构取得统一。表皮设计不再只是平面设计,而被提升到空间设计、结构设计的高度。

1.Voronoi

Voronoi结构常被称作蜂窝状、细胞状或泡沫状结构。人们利用计算机生成Voronoi结构的基本原理可以解释许多具有类似结构的自然现象(5)。

建筑师Pablo Herrera在Scripting Voronoi项目中使用了Voronoi作为生形的依据。他根据平面随机分布的点阵生成Voronoi网格,将网格中的交点进行三维延伸,由平面的Voronoi网格生成空间中有高度起伏的网格,两层网格相连就形成了竖向大小不同的梯形面片。按照连接点的不同高度将这些面片分组加工,最后拼合成建筑的内表皮(图4)。

2. 分形学

海岸线、云的边缘、动脉分支、肺壁血管……这些都是分形。按照重复的节奏折叠、复制,不断复杂的形体将以最大限度的暴露来充满空间。塞西尔·巴尔蒙德(Cecil Balmond)认为自然界无限细分以至无限暴露的特征来自于对信息交换的最大化考虑。

在V&A博物馆的表皮设计中,丹尼尔·里伯斯金(Daniel Libeskind)和塞西尔·巴尔蒙德利用了分形法。设计师希望建筑的表皮不再是传统的贴面处理或是静态主体的重复,而是某种不断生长的图案在组合规则的控制下实现动态的镶嵌。他们尝试了由美国数学家罗伯特·阿曼(Robert Ammann)发现的系统“阿曼拼贴”。其基本单元由三个完全不同但相互关联的形状组成。三个图形中的任何一个都是另外两个图形与其自身的相似形所形成的(图5)。组成的图案具有非周期性,永不重复—这也是更复杂的分形图案的基本特征。

3. 测地线

测地线最初是一个数学概念。如果曲面上的一条曲线的每一点处的测地曲率为零,则称该曲线为测地线。杰西·雷泽(Jesse Reiser)和梅本奈奈子(Nanako Umemoto)在《Atlas of Novel Tectonics》一书中对测地线在建筑中的应用进行了论述。他们认为,测地线结构系统的特点是将所有的荷载用最短的路径来传递,因此省材而轻质。它能产生自我稳定而各向均衡的交叉框架图案,将外力分解成纵横两个方向,因而整体结构有很强的承载能力。如果结构整体中的某些部件失效,力的传递路径会自动分配到其他部件中去。测地线结构是自相似、散漫而无中心的。

在英国加迪夫湾歌剧院竞赛项目中,RUR(雷泽+梅本建筑事务所)采用了测地线结构。歌剧院中央大厅是连接内外空间和功能的过渡区,需要最大的透明度,设计以测地线结构覆盖在大厅空间上方,在内部分叉形成三个管状空间,作为礼堂的前厅(图6)。这种漫步式的空间组织方式使大厅和礼堂保持了连续性。

4. 极小曲面

极小曲面(minimal surface)是面积在法向变分下达到临界值的曲面,即平均曲率为零的曲面。著名的普拉托实验是把围成封闭曲线的金属丝放入肥皂溶液中,取出来时由于表面张力的作用,线圈上会蒙有表面积最小的薄膜,即极小曲面,数学求解膜曲面的问题被称为普拉托问题。

XWG工作室在邯郸城市规划展览馆的设计中使用了极小曲面的概念。建筑师首先对建筑内的动线进行研究,然后将极小曲面的标准数学模型输入软件生成一个初始形体,再通过对其中部分参数的改变和局部的截取,发展出符合建筑师最初设想的建筑动线的方案雏形。之后根据规划展览馆的内部功能要求进行调整,得出最终的设计方案(图7)。实际建造时使用纤维增强复合材料,上部受拉,下部受压。基于对形体内部应力的研究,根据力的分布将建筑形体分成若干块,建造时,每一块建好之后再拼装起来形成整体。

5. 自定义规则

当制约建筑设计的条件很少,或者业主希望建筑师能够提供一个完全跳脱周围环境的设计时,往往需要建筑师自己设计规则。与建筑形体设计一样,建筑表皮的设计也常常遇到需要建筑师自定义规则的情况,这往往发生在形体比较简单,或是内部功能比较纯粹、对开窗等要求不苛刻的建筑中。

伊东丰雄(Toyo Ito)设计的蛇形展廊2002就是一个例子(图8)。建筑表皮的亮点无疑是这些错综复杂的交叉线。如何确定这些交叉线是设计的关键。建筑师提出了这样一个算法:在一个正方形中,从一边的中点向相邻边的1/3处连线,据此对四边进行处理,得到在正方形内部互不相交的4条直线;这4条直线在方形外部相交,打破了原有边界的束缚,产生新的正方形;依此法则运算6次得到一个基本结构,将此结构内的所有线段都向两端延长,可以得到一个由很多线段和交点组成的图案。其中部分线段在建筑中作为主要承重构件,部分作为次要承重构件,还有一部分则作为表皮的装饰元素(7)。

四、表皮的力学结构和构造

建筑结构需要解决的首要问题就是竖向荷载的传递,如何把竖向荷载最高效地传递到建筑基础,是结构工程师关注的焦点。建筑中传递荷载的部分常常是柱子或墙体,但对不规则形体建筑来说,墙、柱的概念往往是模糊的,结构、形式的界限也是不明确的。表皮的结构往往就是建筑的结构,对建筑局部或整体的力学分析就成为了表皮结构系统设计的有效逻辑出发点。

1. 从节点出发

阿尔瓦罗·西扎(Alvaro Siza)在2005年设计的蛇形展廊位于英国肯辛顿公园,设计师将它比作一只蜷伏的野兽。平面约25m×15m的展廊是一个围合的无柱空间,室内高度3m~5.5m。建筑师将水平向贯通的网格分解为若干个相互连接的“点”,使点阵中的结构部件相互衔接、支撑,发展出一种层叠的效果。为了打破简单的水平贯通的网格,所有节点并不共轴,接入一个节点的线性构件并不突出该节点—另一端的构件被平移。这种置换贯穿于结构的各个方面,赋予形态一种活跃的动感。在这个网格中,尽管各部件采用单纯的镶榫结合,但丝毫不影响建筑整体的弯曲强度。这种对每个节点单独处理的“化整为零”的构造方式,使得展廊中的每个部件都是独一无二的,具有不同的高度和倾斜度(图9)。

2.“线理论”

在阿纳姆中央车站的结构设计中,设计师首先面临的问题是如何把3个分离的功能层统一起来。在实际设计中,贯穿建筑的“V”形墙发展成为混合了楼板和墙体的连续曲面,表皮和结构的不再界限分明。设计师据此提出“线理论”(图10),尝试从折叠拓扑学中发展出有意义的结构设计,以此作为协调建筑形式与结构形式的方法:首先通过目测或演算法则,勾画出形态自由的线条,将其作为结构的支撑;然后在这些线条之间,用粗略的块面方式连接形成自由形式所需的平面,再把这些平面细分成若干小块,组成起始的曲面形式。获得基本的曲面造型之后,加入预设应力作用于这些小块面,得到最小能量曲面,同时考虑到可能出现曲面跨度过大的情况,必要时需要加大应力,以此克服生成曲面形态的局部褶皱。通过非线性的曲面调整及分析,再回到曲线的调整,经过若干次分析和反馈,得到令人满意的结果(8)。

3. 咬合面

维多利亚和阿尔伯特博物馆扩建项目(V&A螺旋体)由丹尼尔·里伯斯金(Daniel Libeskind)设计。建筑的内部即外部,楼板间没有柱子,墙体也并非传递重力的垂直捷径,结构和建筑融为一体。方案在看似错动、冲突的表象背后,渗透出一种内在的秩序感(图11)。

相比框架结构,建筑师认为不断延伸的平面更能反映设计的本意,进而引入了螺旋形式,希望利用这种结构让一个平面去承载另一个平面。要保持结构的稳定,相邻斜面之间至少要有两个支撑点,而在里伯斯金的模型中,有些相邻斜面间只有一个支撑点,因而处于不稳定的状态中。模型从立面上看,是一组叠置的倾斜平面;俯视模型,上下交错咬接的卡板表现出一种盘旋上升的螺旋态势。在这种结构中,咬接的斜墙面在竖直方向形成相互支撑的受力关系,墙体的交错提供了结构支撑,表皮传递荷载,因此并不需要柱子的支撑。

4.线面杂交

Emergent在瑞士松兹瓦尔艺术表演中心项目的设计中希望创造一个实验性的当代城市空间,来激活松兹瓦尔的水滨地带。建筑师基于拓扑几何学将建筑的表皮设计为柔软的体量以对环境作出回应(图12)。建筑的结构是壳体和空间网架的杂交,其中壳体性能是基于面的,空间网架是基于矢量的。当建筑形体允许使用壳体结构时,表皮(结构)的厚度接近最小值;当发生弯曲时,结构逐渐加厚到平板网格经济性所允许的最大值,此时,结构细分为基于矢量的三维空间网架。这是结构的相变,或称之为结构的“涌现”,结构不只发生简单的量变,而发生了质变,创造了一种高度精致而复杂的空间。

5.网格

CCTV新台址主楼由两座塔楼、裙房及基座组成,总建筑面积约47万m2。建筑上部结构由核心筒、内柱及外框筒组成。内部结构垂直布置,以承载竖向荷载。外框筒由分布在裙房、塔楼及悬臂四周的柱、梁和斜向支撑组成,是结构的主要抗侧力体系。其中,梁、支撑和大部分柱为钢结构,而部分柱采用带空腔的高含钢率SRC柱,且在外框筒SRC柱、斜向支撑和梁相交处,形成巨大的“米”字形交叉节点(9)。

建筑的特殊形态使其结构需要超强的抗侧力体系。两个塔楼倾斜着在顶部连接并相互支撑。结构作用主要由建筑外部的表皮承担,带斜撑的巨型外筒表皮提供整体刚度和稳定性,由水平边梁、柱及斜撑组成。斜撑表皮网格布置反映出力学特征,在高应力区域比较密集,在低应力区域比较稀疏。应力环绕着整个表皮,由菱形图案结构组成的网格随着应力的需要而改变网面的位置,或开启或闭合(图13)。

五、表皮的材料构造

不规则形体建筑的表皮常常不能像传统建筑那样以正交方向连接到一起。笔者从表皮形式本身入手来研究材料的分块。这里需要提到FOA提出的物种分类法,其中有一项属性—几何性,是对表皮形态的描述。按照几何性,表皮被分为连续(continuous)和非连续(discontinuous)两种。正是这两种方式,决定了表皮的材料按照何种方式分块,进而连接到一起生成建筑。

1. 非连续

所谓非连续也就是说表皮不光滑,有褶皱。对于这种类型的表皮,一般顺其自然按照折线对表皮进行分块。Emergent在2003年设计的Mo MA/P.S.1城市海滩项目就采用了这样的材料构造方式。

项目位于美国纽约,根据细胞状顶篷和地形景观两个相互作用的系统生成。通过庭院组织人流,地形景观在结构上部分与顶篷相连,提供垂直和侧向的支撑。从表皮的展开图可以看出,在实际加工时,按照形态褶皱的折线对表皮进行切块细分,然后再对每块材料进行一定程度的扭曲以增加结构强度,最后拼接到一起(图14)。

2. 连续

连续的表面,从几何形态上来说表皮比较光滑,没有明显的曲率突变处。其处理方式一般遵循化繁为简的原则,在不破坏表面肌理和建筑表皮整体感觉的前提下,用一种相对经济的做法来实现对表皮材料的分块。

对“面”的划分一般是通过在其上画“线”分“格”来实现,相应的也就有了两种材料构造的逻辑方式:强调“线”的“网格投射”和强调“格”的“面片填充”。

(1)网格投射

所谓网格投射,就是将二维规整的网格投射到三维空间中去。当表皮是“面”的形态时,平面网格就会投射到曲面上(有时会是平面);如果表皮和建筑结构结合成一体时,传统意义上的墙、柱、屋顶和楼板的界限不再清晰,平面网格就会投射到空间中的“曲面集”上去。

FOA接受委托在西班牙东南部的城镇Torrevieja中心街区的一角设计一个剧院和礼堂的综合体。建筑师将建筑一层架空,使广场从场地穿过,公共空间成为了建筑实体的切口。悬浮体块的底部呈向外鼓出的曲面(图15)。在对这个曲面的处理上,建筑师首先在水平面上将曲面的投影以等边三角形的规则网格划分成大小合适的相等小块;然后把这个水平面的网格重新投射到曲面上去,在曲面上形成了由许多大小接近的三角形组成的网格;这些曲面上的三角形严格意义上说大小并不相同,如果完全按照精确尺度建造,将会使加工过程十分复杂,于是,建筑师对这些分块按照一定的精度进行近似归类整理,最后得到24个不同尺寸的分块,利用这些分块可以比较准确地拼合出最终的建筑形体。

在伊东丰雄设计的台中大都会歌剧院方案中,建筑形体从变异的空间网格生成:首先根据薄膜实验设计一个空间网格;然后将网格线变成复合线,组织这些线条形成连续的表面,这些表面在空间中分离和聚合形成空间;利用算法对这些平面作平滑处理,以参数控制截面形态和曲面曲率;再次验算表面结构,直到得出满意的结果。这是一个双向反馈的反复过程。建造时,将建筑表皮按照平滑空间网格在曲面上的投影线进行材料分块,将复杂的空间曲面分解成束腰圆柱体及其之间的连接面。水平面上的钢结构框架就是空间网格的水平投影,之间覆盖控制形态的金属网面(10)(图16)。

(2)面片填充

相比网格投射强调分块与分块之间的边界,面片填充则更加注重分块本身的设计—将复杂的表皮微分化,利用大量相同或者相似的面片拟合出空间曲面。

巴塞罗那东南海岸公园和礼堂综合项目由FOA设计,是巴塞罗那市为了迎接2004年国际文化论坛而修建的基础设施工程的一部分。建筑师希望这个项目能够整合规整形态、表面化的线性连续形态和冲突的有机形态,创造一个自组织系统,重现自然活力和生机。建造时,因为“建筑”表皮紧贴大地,所以几乎不需要在表皮下方另建框架或者龙骨结构,于是表皮的材料构造方式采取了用重复面片填充的办法。建筑师选取了一种月牙形的混凝土砖,将相互咬合的砖块“填满”曲面。在局部转角处,为了拼合曲面,会添加一些其他形状的砖块。为了强调场地的动感和路径的方向性,两种颜色的砖块交替使用,营造出活泼的空间氛围(图17)。位于德国汉堡的易北河爱乐音乐厅由赫尔佐格和德梅隆(Herzog&de Meuron)设计,音乐厅建筑群高110m,总造价2.4亿欧元。模数化的建筑立面利用玻璃的形式变化形成大大小小的洞口,随着环境和观察者的变化产生丰富的光影(图18)。玻璃主要有双层玻璃和单层玻璃两种类型,为了使双层玻璃富于变化,建筑师采用了改变网格宽度、改变凹凸形式、在玻璃两面扭曲或镜像设置几何形式等多种处理方法;单层玻璃的单元洞口的不对称、不同的网格宽度和镜像设置丰富了立面的形态。在这个建筑的表皮体系中,网格都是规则的方形,但网格限定出的单元形式却富于变化,达到符合某种规律的统一,即所谓的“变异单元”。

3.混合型

当非连续表皮按照折线分块后仍然尺度较大时,就需要对其分块进一步细分,这时,非连续表面和连续表面的分块方式会在不同尺度上分别使用。

Bioplex项目原本是美国航天航空局为2013年在火星表面驻扎一年的科学家们设计的住处和研究室,FOA对其进行了发展。在研究了伸缩式、中轴扩散式以及垂直变形式等多种可能性之后,建筑师设计了由一系列同心肋连接而成的全新结构,将原来空间匀质的圆柱体沿轴扭转90°。结构由钢管支撑,在变异圆柱内部设有一条悬浮的人行通道。从垂直于轴的角度看,截面由3个弧形组成,在建筑的形体上形成3条折线,将表皮分成3个相对独立的区域,这3个区域就成了材料分块的第一层逻辑。建筑师将3个区域按照标准网格投射的方式进一步细分,将每个曲面区域分成11个切片,再通过这33个切片的组合,形成旋转的曲面形体。

六、结语

表皮的生成需要内在逻辑的支撑。建筑形式的生成需要逻辑,同样,作为建筑中最能够被人们感受到的界面,建筑表皮的生成也是如此。没有逻辑支撑的建筑表皮设计是没有深度的。所谓逻辑,也就是设计的依据和理由,它指引着设计过程的推进。

科学技术的进步保证了结果的可实施性。纵观人类发展史,每一次重大的社会形态变革都是建立在生产力发展的基础上的。而在建筑史中,每一次有影响力的革命都是由当时科学技术的发展引起。对于创造了不规则形体建筑的非线性设计来说,数字技术、数控加工技术以及全新的材料技术是其能够产生的根本原因。

建筑学与其他学科之间的交叉进一步加深。科学发展到现在,分类越来越细,不同学科之间的交流呈现出进一步加深的趋势,很多最新的科学发现往往是出现在刚诞生不久的交叉学科上。建筑作为现代科学体系的一个分支,要想保持自身的活力,也必须增加对其他学科知识的了解,主动引进最前沿的科技成果。这点上,非线性设计是近年来建筑学结合其他多门学科发展得较为成功的一个方向。

参考文献

[1]参见:徐卫国.非线性体:表现复杂性.世界建筑,2006(12)

[2]参见:尼尔.林奇,徐卫国.数字现实.学生建筑师作品.北京:中国建筑工业出版社,2010

[3]参见:莫伟刚.新型大跨空间屋盖结构体系仿生(蜻蜓翅膀结构)研究:[学位论文].浙江大学,2007:44

[4]参见:吕晨晨,李香姬,黄蔚欣.三维空间组合问题的高维解答—准晶体结构的建筑适用性研究.世界建筑,2009(8)

[5]参见:T.G.Stange,Roy Mathew,D.Fennell Evans,W.A.Hendrickson.Scanning Tunnel-ing Microscopy and Atomic Force Microscopy Characterization of Polystyrene Spin-coated onto Silicon Surfaces.Langmuir,1992(8):920～926

[6]参见:塞西尔.巴尔蒙德.异规.李寒松译.北京:中国建筑工业出版社,2008:250

[7]参见:《建筑与都市》中文版编辑部.塞西尔.巴尔蒙德.北京:中国电力出版社,2008:51

[8]参见:塞西尔.巴尔蒙德.异规.李寒松译.北京:中国建筑工业出版社,2008:358

[9]参见:汪大绥,姜文伟,包联进,张富林,王建,孙战金,童骏,黄永强,刘志斌.CCTV新台址主楼结构设计与思考.建筑结构学报,2008(3)

脚手架结构支撑架的构造和设计 篇5

关键词：建筑工程；框架结构；构造；设计

在建筑工程当中，框架体系是多种多样的，不同的分类在构造和设计的原则上也体现出了比较大的不同，所以在实际的工作中，技术人员必须要对不同的结构体系予以正确的区分，只有这样，才能更好的保证结构自身的设计质量和水平。所以在整个工程规划和建设的过程中，相关的施工人员必须要对设计工作予以重视，在高层建筑当中更要对设计予以重视，因为它在实际的应用中对抗震性有着非常高的要求，所以在设计工作中必须要采取有效的措施保证其抗震性能。

一、建筑工程中框架结构体系

框架结构体系是以由梁、柱组成的框架作为竖向承重和抵抗水平作用的结构体系。框架结构是由梁和柱连接而成，梁、柱连接处一般为刚性连接，也可为铰接连接。当为铰接连接时通常称之为排架结构，排架结构多用于工业建筑的厂房。框架结构分类：框架结构按施工方法的不同，分为全现浇式框架。全现浇式框架的承重构件梁、板、柱等均在现场绑扎、支模、浇筑、养护而成，其整体性和抗震性都非常好。缺点是现场工程量大，模板耗费多，工期较长。半现浇式框架。半现浇式框架指梁、柱为现浇，板为预制的结构形式。由于楼板采用预制，因此减少了混凝土的浇筑量，节约了模板，降低了成本，但其整体性及抗震性能不如全现浇式框架，应用比较少。装配式框架。这种框架的构件由构件预制厂预制，在现场进行焊接装配，具有节约模板、工期短、便于机械化生产、改善劳动条件等优点。但其构件的预埋件多，用钢量大，房屋整体性差，不利于抗震，因此在抗震设防地区不宜采用。装配整体式框架。装配整体式框架兼有现浇式和装配式框架的一些优点，应用较为广泛但节点处现场浇筑混凝土施工复杂。框架结构按承重方式可分为：全框架结构。全框架结构具有较好的整体性和抗震性。

二、建筑工程中框架结构设计

框架结构是建筑工程最为使用的一种结构，在对其进行时，既要考虑到建筑框架结构设计规范，同时还应该考虑到建筑自身的要求，尤其是抗震性的要求，其具体的设计内容如下：

1、框架柱设计

在框架柱的设计工作中必须要按照以下几个原则操作。首先，柱网设计是非常重要的一个环节，在设计柱网的时候，设计人员一定要充分考虑到设计规范上的要求，如果是针对民用建筑的柱网，在设计的时候一定要考虑到隔墙的设计，二者一定要相互配合，相互协调，否则结构的整体性和美观性就会遭到破坏，一般情况下是将框架柱设置在横墙和纵墙交叉处，这样设置主要是为了防止框架柱会对建筑工程的正常使用产生非常不利的影响。其次是在设计的过程中，一方面是要保证柱网的平整度和整齐度，此外还要注重柱网设置的规则性，柱网之间的距离设定一定要更加的合理，对结构整体的传力系统也要进行详细的分析，这样才能保证柱网受力的科学性和合理性，这是由于框架网在一般情况下会受到水平和垂直两个方向的作用力，水平方向的力主要是框架网自身产生的，因此在设计的时候需要着重注意主轴受力的控制，此外还要对梁的跨度予以充分的控制，这样才能有效的降低其对柱网尺寸所产生的不良影响。在很多工程建设的过程中，梁的跨度必须要控制在8米以内，最后一点就是在柱网设计的时候，一定要体现出良好的便捷性，如果设计方案比较麻烦就会影响到施工的效率，此外还会给施工人员造成很大的麻烦，因此在施工的过程中一定要采取有效的措施将构件的规格控制在最小的水平，对梁板的设计也要实现简化。

2、梁格设计

首先，横向框架承重体系，这种设计方案因为横向是承重体系，所以横向需要设计承重梁，而纵向应该进行连系梁的设计，一般情况下，建筑中的横向框架的位置都比较短，而且跨数非常少，主体框架梁在进行设计时，应该顺着横向方向进行设计，在设计的同时，要一定程度的加大梁截面，这对抗侧刚度的提高有一定的作用，而建筑中的纵向框架的位置相对比较长，而且的跨数非常多，刚度很大，上述这种横向框架承重体系的设计方案，比较合理，可以使建筑横向与纵向的刚度基本上保持一致，进而使得整个建筑结构趋向合理，所以没有特别情况，梁格设计方案都会选择此种方案；其次，纵向框架承重方案，这种方案与前者有比较大差异，其纵向方向上是承重梁，而横向方向上是连系梁，这种方案具有明显的缺陷，即抗侧刚度比较差；最后，纵横向框架共同承重方案。纵横向框架共同承重方案是在纵横两个方向上均需设计框架承重梁以承受楼面荷载。纵横向框架共同承重方案具有较好的整体工作性能，框架柱均为双向偏心受压构件，为空间受力体系，因此，也称之为空间框架。该方案应用较广泛。

3、框架结构适用高度设计

按照多个来自于国内外的震害调查和工程的实践经验，为了可以更好的保证结构的安全性和经济性，多层和高层的混凝土建筑最好不要过高，如果结构受到了水平荷载的作用，框架的变形或者是弯矩通常都和框架的层数有非常大的关联，框架层数越多，水平位移量就越大，如果建筑的层数不断增多，框架结构内部的内力也会随之增加，如果建筑的层数超过了其极限的时候，因为水平荷载作用而产生的内力也会超出正常水平很多，这个时候，影响设计质量的就是水平的荷载，纵向荷载已经没有了其应有的作用，框架结构的优势也就无法得到充分的体现，一般是建筑的楼层越多，其自身的稳定性也就越差。如果站在强度的角度去衡量，因为建筑层数和高度都在不断的增加，所以两个方向的作用力都在增加，所以如果建筑的高度超过了极限值的时候，框架内部就会产生非常大的内力。如果站在刚度的角度去分析，建筑的高度在不断增加的时候，水平的荷载作用会使得框架结构的柔性更大，在施工的过程中，水平位移也就成了十分关键的一个控制因素。

三、结语

综上所述，可知框架结构因其自身具备非常好的优势，所以被大量的应用在各类建筑类型中，尤其是民用建筑中，其主要的优势如下：首先，传力明确，不会受到横向或者纵向干扰，其次，可以随意布置，十分灵活方便，这对整个建筑工程来说，其优势也十分明显，最后，其抗震性能非常高，因此非常适合应用在高层建筑中，在城市繁华地带的高层商业建筑中，也适合应用。

参考文献：

[1] 徐琎，吴开成，庄一舟，朱晗迓.某展厅框架结构裂缝的有限元分析[J].低温建筑技术.2004（05）

[2] 田洁，王克成.框架结构和半无限地基系统的动力相互作用问题研究[J].西北建筑工程学院学报（自然科学版）.1999（01）

[3] 胡建眭.浅谈框架结构局部多层整体施工工艺[J].黑龙江科技信息.2013（36）

脚手架结构支撑架的构造和设计 篇6

在随着我国经济的发展以及科学技术的进步，人们的生活水平不断提高，居住空间的功能性已经不能满足人们的需要了。所以，人们更注重于居住空间美的表现，不难看出室内装修设计在人们心中的比重越来越重要。对于居住环境的要求也达到了一个新的境界，以前只要求居住舒適的功能性，发展到如今已转变为舒适与美观并兼。因此，本文在此背景下就室内装修设计的发展趋势进行了探讨。

关于室内装饰装修构造设计的相关要求

1.确定设计方案以及进行施工

（1）确定安全可行的室内设计方案

在进行室内装饰时，要保证建筑主体结构和装饰装修材料、装饰材料与装饰材料构件间要保证有符合要求的刚度、强度和稳定性，从而将建筑构造本身的坚固性和安全性有效保证。

（2）将构造用材进行合理选择

装饰装修所需要的构造应该从安全性高、美观、绿色、环保、化学性好、物理性高以及性价比高等条件进行综合考虑，将便于施工的材料进行最优化选择，从而将室内装饰装修工程质量以及审美效果最大程度化保证，将工程投资达到最优化。

（3）适应装配化施工

室内装饰装修工程发展方向就是将装配化生产彻底实现。关于装配化室内装饰装修，在构造形式上通常具有一体化、机械化、模数化、批量化等生产特点。所以，为保证室内装饰装修工程的设计应力要求，就要将装饰装修工程中各个专业进行有效协调配合，使其适合工厂化生产，同时能与其他部件和部品进行有效集成。

（4）将相关专业的关系进行合理协调

在进行室内装饰构造设计时，不仅要将已有的建筑主体、设备以及结构的状态充分考虑，还要和其他相关专业进行协调配合，从而让设计方案更加完善。

2.关于装饰装修工程维修及造价

（1）满足工程维修的便利性

在进行装饰装修构造设计时，要将装饰装修工程中各种设备管线所安装的位置和空间进行综合考虑，必须将管线进出口位置合理预留，以此方便日后使用时能对设备管线进行及时检修。

（2）将装饰装修工程造价成本进行有效控制

为将装饰装修工程造价成本进行有效控制，将装饰装修所需材料认真选择，从而设计出理想构造形式，从而达到装饰装修功能优化目的以及保证审美效果。

（3）力求形态美观

关于室内装饰装修构造的设计施工不仅要从经济、实用以及安全的角度出发，将工艺精湛、尺度适宜、造型新颖、色彩美观、质感适宜的构造形态最优化设计。

关于装饰装修构造的做法和类型

1.外部构造的方法

（1）干挂构造法

干挂构造法又被称为卡具固定法，其主要是利用干挂件将基层和面板进行有效连接的方法。其主要适用于装饰面板是木材和石材的安装工程。使用干挂构造进行施工施工有施工方便、维修和拆换过程简单的特点。

（2）吊挂构造法

吊挂构造法主要是通过金属吊件为主将装饰面板吊挂于龙骨下的装饰方法，吊挂构造法不仅可以将吊顶悬吊在承载龙骨上面，还能利用吊杆将吊顶板直接悬挂在楼板预埋吊点上面。

（3）黏结构造法

黏结构造法主要是将装饰面板利用各种胶黏剂黏结于基层上的方法。在采用黏结构造法时要注意将钉接法和黏结法进行结合，将构造牢固程度有效保证，让基层和装饰面板的连接更加可靠安全。

2.外部构造法

（1）粘贴构造法

粘贴构造法主要是通过胶黏材料将半成品或者成品的装饰面板附着在基层上的构造方法，如在装饰面板上粘贴微薄木、石材面砖、墙纸等。

（2）榫接构造法

榫接构造法主要适用于中国传统木结构建造和家具制作。其主要是将榫头与榫孔两部分进行组合连接，这种构造方法在现代装饰装修中部品、部件的安装方式上具有借鉴作用。

（3）综合构造法

综合构造法则是在一个构造上使用多种装饰装修构造的基本方法。因为这种构造在用材和方法上都不固定，对于施工方案的实施非常有利，所以在装饰装修工程中应用得非常广泛。

室内装饰装修设计的发展趋势以及主要内容

1.室内色彩设计

在进行室内设计时其色彩的搭配要能带给居住者宁静、轻松以及亲切的氛围。色彩设计通常可分为强调色彩、主体色彩、背景色彩等。强调色彩主要用于室内主要色彩；主体色彩则用于移动家具陈设使用部分的中等面积色彩；背景色彩指天花板、墙壁、门窗地面等建筑物内表面的大面积色彩，一般以纯度较弱的沉静色为主，这可发挥作为背景色彩的烘托作用。

2.室内陈设品的设计

室内陈设品的设计内容通常注意两点：一点是生活中必须的日用品；另一点是为观赏而陈设的艺术品。通常根据居住者的情趣和爱好来摆设家具，在设计家具摆设方案时，既要考虑室内空间又要兼顾家具实用性。其中最基本的也是最低限度的要求，以适合不同情况下，每人的心理和个性要求。

3 室内照明设计

室内照明是进行室内设计时最重要的环节之一，在进行装饰装修设计时，不仅要将房间朝向充分考虑外，还有将照明设计灯光保持在视野开阔、均匀、柔和的理想状况下。

4. 室内绿化设计

在室内将植物进行合理设计摆放，不仅能陶冶情趣、填充空间，还能美化室内环境和调节室内气候。关于植物的摆放设计要根据房间具体特点进行选择，同时要选择易于室内存活和季节性不明显、装饰效果好的植物。

结束语

随着社会和经济的飞速发展，人们对居住环境的要求日益提高，在进行装饰装修设计施工时，不仅要充分考虑其功能实用性，还应具有精神和文化方面的审美表现。

脚手架结构支撑架的构造和设计 篇7

pc墙板用可调式斜支撑

pc顶板用独立式可调立支撑

稳定三脚架 铝合金工字梁

脚手架结构支撑架的构造和设计 篇8

铜箔是目前电子工业不可替代的基础材料, 也是制作PCB、CCL和锂离子电池不可缺少的主要原材料[1]。电解法制造铜箔是目前高端铜箔产品的主要渠道, 而所用设备中的核心部件阳极支撑板形状误差要求高, 其内弧面圆柱度≤0.5mm, 对角线偏差≤1mm, 从而确保其与阳极板间的贴合率, 得到高端铜箔产品。对于阳极支撑板内弧面加工, 先要将其与其他部件焊接, 然后整体加工, 保证高精度的内弧面圆柱度和对角线偏差。但是由于阳极支撑板为钛材料, 而且其特殊的结构形式致使其刚性差, 焊接变形大, 而且变形后校形困难[2,3]。大的焊接变形直接影响与其他部件焊接装配好后的整体加工, 使得形状误差不能达到要求, 从而大大影响了后期铜箔使用性能[4]。

2 工装设计原理

利用工装结构的支撑刚性和与被焊接装配工件的无缝贴合度使得被焊接装配工件强制保持要求的形状误差, 为后面进一步整体加工打下好的基础。

如图1所示, 工装包括碳钢筋板1、槽钢2、固定螺栓

3、调节螺栓4和槽钢端板5。

工装主体由两块碳钢筋板平行布置, 碳钢筋板中间加工有两个倒圆角的三角孔, 用来减重。两个碳钢筋板之间通过10根槽钢连接而成。10根槽钢平行布置, 其中两根布置在筋板的直线段, 用来连接筋板和增大支撑刚性。剩下8根分布在筋板圆弧段, 一边均布4个, 两边对称分布, 8个槽钢形成一个弧面, 用来连接筋板、增加支撑刚性, 更重要的是与阳极支撑板内弧面进行贴合, 防止焊接装配过程中的形变。

1.碳钢筋板2.槽钢3.固定螺栓4.调节螺栓5.槽钢端板

筋板圆弧段上的8根槽钢与筋板通过螺栓连接, 且连接处均有槽钢端板, 槽钢端板上加工有 (如图1中局部放大图Ⅰ) T型孔。而在每根槽钢体上加工一定数量的长条型孔 (如图1中局部放大图Ⅱ) 。

3 设计关键点

(1) 保证足够的强度及和工件的贴合度。根据工作原理, 工装作用之一就是限制工件焊接变形, 所以必须要有足够的强度。工装主体由两块材质为Q235钢厚18mm的碳钢筋板平行布置, 有足够的强度, 筋板之间有10根槽钢连接, 其中8根槽钢平行布置且形成一个弧面, 增加了支撑刚性, 更重要的是与阳极支撑板内弧面进行贴合。

(2) 保证轻便性, 易操作性。碳钢筋板中间加工两个倒圆角的三角孔, 用来减重。而槽钢的使用也是为了减重和保证支撑刚性。

(3) 保证工装和工件之间易于连接调整位置关系。筋板圆弧段上的8根槽钢与筋板通过螺栓连接, 槽钢端板上加工有T型孔, 可以使得工装和工件之间在四个方向上可做调整连接。而在每根槽钢体上加工一定数量的长条型孔, 使得螺栓连接时更加便捷。

4 实施过程

当阳极支撑板 (如图2) 和其他部件进行焊接装配之前, 先将工装调整固定在阳极支撑板上, 完全定型后进行焊接装配操作。定型后如图3所示。具体方式为:首先将工装装至阳极支撑板上, 使得工装上槽钢组成的外圆弧面与阳极支撑板的内圆弧面基本贴合, 然后在T型孔各个方向上调节对应每一个槽钢位置, 使其组成的外圆弧面完全与阳极支撑板内圆弧面贴合紧密, 之后通过槽钢端板和调节螺栓将槽钢位置固定。最后通过槽钢上的长条型孔中的固定螺栓将每一个槽钢和阳极支撑板连接固定, 完成后就将整个工装和阳极支撑板紧密连接, 从而对阳极支撑板整个圆弧面定型。接下来就可以进行其他部件和阳极支撑板的焊接装配, 焊接装配完成后, 待工件冷却, 卸装工装。

5 结语

由于此工装结构简单, 成本低, 易于制造;每一根槽钢可在三个方向上独立调节, 保证了工装与工件的贴合度;与阳极支撑板固定可靠, 连接便利, 所以在本公司推广使用。通过此工装应用, 阳极支撑板形状误差可以达到内弧面圆柱度≤0.5mm, 对角线偏差≤1mm的要求。

此工装解决了工艺过程中出现的问题, 并达到了较为理想的效果。对于机械结构刚性差、需要焊接装配的工件可以考虑采用工装进行焊接装配。此工装设计理念与结构为类似形式的组装工艺提供了参考和借鉴。

参考文献

[1]杨芬, 李文孝.浅谈铜箔设备的发展[J].印制电路信息, 2010 (8) :25-26, 39.

[2]成大先.机械设计手册[M].北京:化学工业出版社, 2002.

[3]陈裕川.焊接工艺评定手册[M].北京:机械工业出版社, 2000.

脚手架结构支撑架的构造和设计 篇9

关键词：临时支撑,有限元法,卸载

1 工程概况

某艺术中心工程项目有演艺中心与话剧中心两部分组成, 两幢建筑物之间由共享门厅相连。其中, 演艺中心地上4层, 最大标高为+28.00m, 长度为78m, 宽度为58m, 建筑面积约为9175m2;话剧中心地上6层, 最大标高为+32.00m, 长度为79m, 宽度为58m, 建筑面积约为10545m2;配套用房及共享空间约3000m2, 总建筑面积约22720m2。本文主要分析演艺中心顶部网架的临时支撑体系, 其整体结构如图1所示。

2 临时支撑结构设计

2.1 网架安装临时支撑布置

根据现场实际情况, 临时支撑下方为回填土, 为保证网架在安装过程中临时支撑不会出现整体下沉, 在临时支撑布置的局部区域需要用混凝土进行地面硬化, 硬化区域为10mx10m, 混凝土厚度不小于300mm。外框网格分块安装时, 根据分块的位置及标高设置临时支撑, 临时支撑下部设置H型钢底座, 直接落在地面上的临时支撑地面必须进行混凝土硬化。

2.2 临时支撑结构图

本工程网架采用分块吊装, 在吊装分块拼接缝的节点位置设置临时格构支撑来辅助安装, 格构支撑采用1500mmx1500mm的截面, 支撑立杆规格为φ180mmx8mm, 腹杆规格为φ89mmx6mm, 临时支撑与混凝土楼地面之间设置H型钢转换梁。临时支撑结构图如图2所示。

2.3 临时支撑受力计算

由于工程临时支撑受力最大的部位是网架位置, 因此, 在本方案中主要对网架临时支撑的工况进行计算[1]。

2.3.1 计算模型

采用有限元MIDAS7.8.0/GEN计算软件, 结合工程具体情况分3个施工阶段计算, cs1~cs3, 计算荷载为结构自重, 具体计算模型如图3所示。

2.4.2 计算结果

通过计算得出网架结构临时支撑在各个工况下的应力与变形, 具体如图4所示。

从以上计算结果可以看出, 各工况的最大变形为3mm, 最大应力为50 N/mm2<215MPa, 满足临时支撑的使用要求。

3 临时支撑卸载

工程在安装过程中, 顶面网格分块依靠临时支撑作为临时受力体系, 因此在完成结构安装后必须对临时支撑进行卸载。结构卸载是将顶面钢结构从支撑受力状态下, 转换到自由受力状态的过程, 即在保证现有钢结构临时支撑体系整体受力安全、主体结构由施工安装状态顺利过渡到设计状态。

3.1 卸载原则及顺序

卸载方案遵循“分区、分节、等量, 均衡、缓慢”的原则, 卸载过程中结构构件的受力与变形协调、均衡变化, 并便于现场施工操作[2]。从结构上看, 顶面结构被伸缩缝划分成两个区域, 因此, 在卸载时考虑两个区域独立卸载, 先卸载伸缩缝前面的大厅区域 (一区) , 再卸载伸缩缝后面舞台上方的区域 (二区) , 分区示意图如图5所示。

3.2 卸载方法

根据临时支撑布置图, 一区共有6个临时支撑, 二区共有3个临时支撑。由于支撑数量比较少, 在卸载时可以实现分区同步, 在卸载过程中须统一指挥, 卸载操作主要采取对支撑顶部的小胎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结构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。胎架割除前, 先在码板上划出等分线, 然后根据卸载指令同步割除。

3.3 卸载变形观测

观测点通常布置在变形明显的、易于观测、便于长期观测的位置[2]。根据本工程的结构特点选取变形观测点如图6所示。

在卸载过程中采用全站仪适时的进行各观测点的变形观测, 在卸载前对各观测点的位置进行测量观测并记录;在卸载完成后再用全站仪进行一次全面的变形观测;然后将观测点卸载前后的数据进行对比计算出各观测点的变形量。

4 结语

结合工程实际情况, 采用有限元MIDAS7.8.0/GEN软件计算分析网架临时支撑体系的应力和变形, 结果能够满足施工要求, 同时对该支撑体系的卸载进行探讨, 采用分区分步卸载的方法。对大跨度网架钢结构临时支撑体系的设计和卸载具有一定的工程意义。

参考文献

[1]范重, 刘先明, 胡天兵, 等.国家体育场钢结构施工过程模拟分析[J].建筑结构学报, 2007, 28 (2) :134-143.