整理高空大悬挑构架支撑体系的设计与施工.docx
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整理高空大悬挑构架支撑体系的设计与施工
高空大悬挑构架支撑体系的设计与施工
前言
现代建筑常采用高空大悬挑的手法,来满足使用功能和造型美观的需求。
公共建筑和超高层商住楼的大跨度中庭,为达到空旷、通透、视野开阔的建筑效果,有时高度会达到十几层;高层和超高层住宅楼,为了张扬建筑物的个性,屋顶上的构架悬挑出建筑平面以外数米;两幢高层、超高层建筑的塔楼,在半空中通过钢筋混凝土结构再次联成一个整体,突出建筑物的雄姿风韵。
这几类高空大悬挑结构高支模的施工特点是:
跨度大、高度高、施工荷载大、施工难度高。
为了做到技术先进、经济合理、保证质量、确保安全,因此完善高空大悬挑结构高支模的施工方法是一个新课题,具有非常显著的现实意义。
1.工程概况
金凤凰·南湖御景工程总建筑面积95592平方米,钢筋砼框架-剪力墙结构,建筑层数地下二层,地上公寓二十九层,住宅地上三十一层,建筑高度99.60米;公寓标准层层高3.2m,住宅标准层高3.0m;该工程屋面99.60m以上设计有天面构架,天面构架造型新颖,采用钢筋混凝土+型钢的混合结构。
在公寓圆弧处的构架为一大悬挑弧形悬空构架(见图1),弧形构架悬空长度较大,构架平面图如下所示。
C轴以内构架模板及其支撑系统可直接支承于屋面板上,支模高度4.5m~5.4m(屋面板顶至弧形梁顶)。
C轴外侧构架弧形梁(外围最大弧长12.46m)距地高度104.92m~106.91m,其模板及支撑系统在外侧和底部无任何防护结构,安全要求高,施工难度大。
为确保该部位弧形构架施工能安全、顺利地进行,综合考虑结构受力、安全可靠、经济成本等各方面因素,需精心设计模板支撑系统。
2.支撑系统方案的初步设计
指思思想:
先考虑采用18#工字钢纯悬挑体系,如不满足要求再进行调整。
初步方案:
由于弧形构架梁的悬空高度达到106.91m,阳台外悬挑长度达4.5m,经过多种方案比较,在圆弧天面处采用18#工字钢悬挑体系较合适。
工字钢悬挑支撑体系为纯悬挑结构,和普通悬挑+钢丝绳外架不完全相同;悬挑工字钢支承在封口梁上,外悬挑长度小于(封口梁)内压锚长度;工字钢根部压锚采用两道φ20的圆钢∩形卡锚固在现浇板内,位置见图2;工字钢布置原则上沿封口梁每1000mm左右均匀布置(可适当避开柱);悬挑部分工字钢上采用20的焊短钢筋头作为立杆钢管定位。
悬挑工字钢安装完毕,搭设满堂钢管支撑作为弧形构架的支撑系统。
构架梁模板支撑系统:
采用多层胶合板作模板,50×100㎜木方作龙骨和搁栅,在悬挑结构体系上,搭设满堂钢管脚手架(1200×1000)作模板的支撑固定系统。
图2
平面布置见图2,剖面图见图3。
3.对初步方案悬挑结构的验算
工字钢为纯受弯构件,圆弧中部工字钢挑出长度为4.4m左右,承受最不利荷载。
实际施工满堂架纵横杆间距1200×1000,大横杆步距为1600mm。
为安全体现,验算时按立柱的间距为1500×1500mm,大横杆步距也为1500mm进行验算。
3.1.梁支撑验算
选构架外侧梁截面为1500×400mm进行计算,见图4。
图4
3.1.1.荷载标准值
1)模板及支撑自重标准值
取0.75KN/M3,高度取7.0m,得:
0.75KN/M3×7.0m×1.5m×1.5m=11.8KN
2)、3)、新浇混凝土及钢筋自重
25×(1.50×0.40-1.10×0.32)×1.5=9.3KN
4)施工人员及设备荷载标准值
施工人员及小型设备,取1.0KN/M2;
则1.0×1.50×1.50=2.25KN
5)振捣混凝土产生的荷载标准值
取1.0KN/M2
则1.0×1.50×1.50=2.25KN
3.1.2.荷载设计值
第1)、2)、3)项为恒载,取荷载分项系数γi=1.2;第4)、5)项为活载取荷载分项系数1.4。
3.1.3.荷载组合
按1)+2)+3)+4)+5)进行组合,得:
(11.8+9.3)×1.2+4.5×1.4=29.26KN
3.1.4.计算
仅计算钢管立柱稳定性,其余大小横杆、剪刀撑、模板背楞等按构造要求设置。
立柱稳定性计算,按两端铰接受压构件来简化计算。
钢管立柱应采用对接扣件进行连接,接点不能设置在同一截面上,钢管立柱不得采用其他方式连接。
满堂架大横杆步距为≤1500mm。
立柱的间距为1500×1500mm。
立柱稳定性验算:
σ=N/ΨA≤f
N=42.68/3==9.75KN
A=4.89cm2
长细比 λ=L/i=1500/15.8=95
查表得Ψ=0.626
σ=N/ΨA
=9.75×103/0.626×4.89×102=31.85N/mm2<180N/mm2
图5
立柱稳定性满足要求。
3.2.悬挑工字钢验算(见图5)
悬挑脚手架的水平钢梁是一个悬臂梁,悬挑水平钢梁采用双道锚环固定。
悬挑水平钢梁采用18号工字钢,其中建筑物外悬挑段长度按最长处4.4m验算。
最大弯矩
=9.75×(4.270+3.220+2.320)=96kN.m
支座反力
=96/4.4=21.8kN
最大应力σ=M/1.05W+N/A=96×106/(1.05×185400.0)+0=493.1N/mm2;
水平支撑梁的最大应力计算值493.1N/mm2大于水平支撑梁的抗压强度设计值215.000N/mm2,单根工字钢不满足要求!
4.对初步方案的调整及验算
4.1.对初步方案的调整
图6
对以上纯悬挑工字钢支撑体系进行调整:
在天面下两层(28、29层)采用满堂钢管斜撑体系加固。
(见图6)在天面下两层(28、29层)采用满堂钢管斜撑体系加固。
纵横杆间距与上部对应,以便将上部荷载有效传递。
4.2.对调整后悬挑工字钢的验算
4.2.1.工字钢的承载验算
先验算工字钢下内两根斜杆的承载:
内外斜杆水平杆步距匀按1600考虑
长细比λ=L/i=1600/15.8=101.3
查表得Ψ=0.580A=4.89cm2
Nmax=σ×ΨA=180×0.580×4.89×102=51052N=51.1KN
根据单扣件抗滑承载力8KN,双扣件抗滑承载力12KN考虑。
则下方斜撑可承受最大弯矩为:
单扣件Mmax=8×cos390×3.385+8×cos330×4.270=49.69KN.M
双扣件Mmax=12×cos390×3.385+12×cos330×4.270=74.54KN.M
则双扣件情况下,工字钢最大应力σ=M/1.05W+N/A=(96-74.5)×106/(1.05×185400.0)+0=110.4N/mm2<215.000N/mm2
所以,在28、29层增加满堂斜撑后,承载满足要求!
只是需特别说明的是:
工字钢下方承压水平杆需采用双扣件。
4.2.2.压锚钢筋验算
单道压筋(φ20的圆钢)fmax=3.142×102×215=67553N=67.553KN
可以足够满足要求。
5.施工过程中的注意事项
5.1.在搭设此悬挑支撑体系时,需待屋面梁板砼强度达到设计强度时进行;拆除时,需待高空大悬挑结构的外装饰、装修工程验收合格后,方可全面拆除排架、工字钢平台和桁架梁,按照后搭的先拆、先安装的后拆顺序进行拆除,并及时将拆除下的材料转运出场外。
5.2.在工字钢梁上排架立杆处,焊接Φ25长100mm的钢筋,作为立杆的支点,以保证立杆不位移,工字钢不偏心受力。
5.3.钢平台周边的临空面,应先期设置安全防护栏杆,并随着排架的搭设,及时用安全网进行全封闭的安全围护。
5.4.模板支撑系统的钢管脚手排架与结构的相邻处,应尽量每步每架设置刚性连墙杆,且与内排架联结成整体,以提高悬挑排架支撑系统的整体稳定性。
5.5.在支撑体系外围护杆上端设置避雷针,与整幢建筑物楼层内避雷系统连成整体。
(4)预防或者减轻不良环境影响的对策和措施的合理性和有效性;5.6.在浇筑梁板混凝土时,按照先里后外、先中间后两边的顺序进行,确保满堂内脚手架比悬挑架先受力,以防倾覆。
(2)评价方法的适当性;5.7.采用泵送混凝土时,混凝土不得直接倾倒在悬挑部位边梁内,而应倒在框架边梁的内侧,由人工铲运至悬挑部位以减小泵送混凝土对悬挑部位的冲击。
5.8.操作人员不得在悬挑部位集中,要分散开来,由尽量少的人员在悬挑部位进行操作。
1.建设项目环境影响评价机构的资质管理5.9.在凝土浇筑过程中,派专人看护支撑系统,不少于2人,密切注意支撑系统的变化,观察支撑有无异常响声、变形,发现异常情况立即通知现场施工人员撤离。
(1)内涵资产定价法6.综合效果及施工体会
(五)安全预评价方法 本悬挑结构于2007年12月19日顺利浇筑完,浇筑中无异常情况,施工质量很好。
从本工程的排架支撑成功实施得到以下几点启示:
C.可能造成较大环境影响的建设项目,应当编制环境影响报告书
图7
1.大悬挑结构属于超常规砼结构,其支撑系统的方案设计至关重要,必须建立在较为精确的计算基础上,不能光靠经验解决。
(1)结合评价对象的特点,阐述编制安全预评价报告的目的。
2.在悬空模板支撑架设计中,应从工程实际需要,现场现有条件出发,设计的荷载传递路径应清晰,计算模型的简化应偏于安全。
(三)环境标准和环境影响评价技术导则3.此类高空大悬挑结构,若悬挑长度更大,仍可充分利用原有结构条件采用:
2.环境影响报告表的内容图8
a.在高空大悬挑结构的下一层,采用“工字钢悬挑+槽钢斜撑结构体系”(见图7)。
b.在高空大悬挑结构的下一层,安装钢结构的桁架梁,在桁架梁上安装工字钢或槽钢,形成安全、可靠的工作平台。
c.在高空大悬挑结构的下两层或三层,采用“工字钢悬挑+钢丝绳斜拉结构体系”(见图8)。
1.环境总经济价值的构成
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