高支撑方案专家论证.docx
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高支撑方案专家论证.docx
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高支撑方案专家论证
1、编制依据
序号
名称
编号
1
回收着陆综合科研中心(D3)建筑安装工程施工总承包合同
京第20071816号
2
921-3工程D3号建筑物结构、建筑施工图纸
3
回收着陆综合科研中心(D3)施工组织设计
4
混凝土结构工程施工质量验收规范
GB50204-2002
5
建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范
JGJ130-2001
6
建筑安装分项工程施工工艺规程
DBJ/T01-26-2003
7
建筑结构长城杯工程质量评审标准
DBJ/T01-51-2003
8
建筑施工脚手架实用手册
1994年5月第一版
9
北京市建筑工程施工安全操作规程
DBJ01-62-2002
10
建筑施工计算手册
2001年7月第一版
2.工程概况
本工程结构形式为框架、框架剪力墙结构,15-19/D-G轴首层层高20.35m,预应力大梁为900㎜×2000㎜,普通框架梁截面尺寸为500×800mm,边梁600×1000mm。
15-19轴最大屋面边梁尺寸为600mm×1700mm。
水平构件模板采用15mm厚木模板支设,根据规范要求,支撑高度在8米以上的模板支架被称为高支撑架,应编制专项施工方案。
本方案分别对模板龙骨和支架进行验算。
3、计算方法
3.1计算模型
本方案验算模板支撑时,分别对15-19/D-G轴梁及顶板模板高支撑及模板支撑龙骨进行计算,支架采用扣件式钢管脚手架;
计算模板支撑受力时,选取如下计算模型:
支撑架荷载计算单元
梁模板支撑架立面简图
在计算中,选取一个计算单元内的恒荷载和活荷载,并进行荷载组合,将荷载传递到受力最不利的底部立杆,对该立杆的承载力进行计算。
同时,整体稳定性方面主要考虑竖向、横向剪刀撑等构造措施。
3.2计算方法
本方案计算主要参考《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130-2001)、《扣件式钢管模板高支撑架的设计和使用安全》(杜荣军,2002年3月)计算方法。
同时,本计算未考虑风荷载作用和立杆偏心作用,支撑脚手架整体稳定性计算简化为立杆单杆稳定性计算,且在计算中未考虑回填土不均匀等因素。
3.3计算数据
本方案计算中荷载参数主要参考《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130-2001)中“第4节—荷载”相关规定,其中主要荷载按以下考虑:
钢管自重(kN/m):
0.149;
模板与木方自重(kN/m2):
0.350;
混凝土和钢筋自重(kN/m3):
25.000;
倾倒混凝土荷载标准值(kN/m2):
2.000;
施工均布荷载标准值(kN/m2):
2.000(梁)、1.000(板)。
本方案设计中钢管类型都采用Φ48×3.5mm钢管,实际计算时,考虑到钢管磨损,按经验及现场实测结果,钢管壁厚按2.8mm考虑,钢管截面的各项参数如下:
A=3.97cm2,i=1.60cm,弹性模量E=206×103N/mm2,惯性矩I=10.19cm4,截面模量W=4.245cm3。
《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》第5.1.7节,直角、旋转单扣件承载力取值为8.00kN,考虑到扣件保养情况,钢管扣件抗滑承载力产生折减系数0.80,单扣件实际承载力为0.80×8.00KN=6.40kN。
15-19轴部分:
D-G轴预应力大梁900×2000mm底模钢管龙骨间距按400×400mm布置且龙骨采用双钢管,其余普通梁底龙骨按500×800mm布置。
除边梁步距为1500mm之外,其他钢管立杆支撑步距为1200mm。
D-G轴4层顶板主龙骨为48×3.5钢管,次龙骨为5×10cm木方。
次龙骨间距为300mm,主龙骨间距与钢管支撑架立杆相同,立杆间距为800mm,步距为1200mm。
G-J轴范围内有悬挑板,悬挑板宽度为1.2m,最大支撑高度为17.4m。
悬挑板模板支撑情况与D-G轴4层顶板支撑相同。
4、梁、顶板模板龙骨支撑计算
4.1、梁模板主龙骨计算
本工程梁底模龙骨按如下进行设计:
15-19轴部分:
D-G轴预应力大梁900×2000mm底模钢管龙骨间距按400×400mm布置且龙骨采用双钢管,其余普通梁底龙骨按500×800mm布置。
除边梁步距为1500mm之外,其他钢管立杆支撑步距为1200mm。
4.1.1预应力大梁底模主龙骨计算
4.1.1.1参数信息
梁底模支撑钢管间距(m):
0.40×0.40mm。
扣件连接方式:
双扣件;主龙骨采用双钢管(计算时考虑单钢管作用)。
4.1.1.2梁底支撑钢管的计算
作用于钢管龙骨的荷载包括梁与模板自重荷载,施工活荷载等,通过方木的集中荷载传递,计算时近似考虑成均布荷载(余同)。
1.荷载的计算:
(1)钢筋混凝土梁自重(kN):
q1=25.000×0.900×2.000×0.400=18.000kN;
(2)模板的自重荷载(kN):
q2=0.350×0.400×(2×2.000+0.900)=0.686kN;
(3)活荷载为施工荷载标准值与振捣混凝土时产生的荷载(kN):
经计算得到,活荷载标准值P1=(2.000+2.000)×0.400×0.900=1.420kN;
2.木方楞的传递均布荷载验算:
P=[1.2×(18.000+0.686)+1.4×1.420]/0.900=27.156kN/m;
3.支撑钢管的强度验算:
按照均布荷载作用下的简支梁计算,受均布荷载q=27.156kN/m;
梁支撑方式见下图
将龙骨受力计算简化成简支梁计算,计算简图如下:
则计算公式如下:
M=0.125ql2
V=5ql4/384EI
经过简支梁的计算得到:
钢管最大弯矩Mmax=0.125×27.156×0.400×0.400=0.544kN.m;
钢管最大应力σ=544000/4245=128.151N/mm2;
最大变形量V=0.431mm;
钢管的抗压强度设计值[f]=205.0N/mm2;
水平钢管的最大应力计算值128.151N/mm2小于水平钢管的抗压强度设计值205.0N/mm2,最大变形量0.431mm小于400.000/150mm与3mm,满足要求。
钢管支座反力RA=RB=1/3×27.156×0.900=8.147kN(只考虑梁底三根钢管的支撑作用);
4.1.1.3梁底纵向钢管计算
纵向钢管只起构造作用,通过扣件连接到立杆。
4.1.1.4扣件抗滑移的计算
旋转单扣件承载力取值为6.40kN。
考虑两层模板支撑,纵向或横向水平杆与立杆连接时,扣件的抗滑承载力按照下式计算(《扣件式钢管规范》5.2.5):
1.5R≤Rc
其中Rc-扣件抗滑承载力设计值,取2×6.40=12.80kN;
R-纵向或横向水平杆传给立杆的竖向作用力设计值;
计算中R取最大支座反力,根据前面计算结果得到R=8.147kN;
1.5R<12.80kN,双扣件抗滑承载力的设计计算满足要求。
4.1.2普通框架梁底模高主龙骨计算
选取计算模型:
15-19/D-E轴部分选取截面500×800mm梁作为计算模型,钢管龙骨按500×800mm布置计算。
1.参数信息
(1)脚手架参数
梁底模钢管间距(m):
0.50×0.80,扣件连接方式:
单扣件。
2.梁底支撑钢管的计算
(1)荷载的计算:
①钢筋混凝土梁自重(kN):
q1=25.000×0.500×0.800×0.800=8.000kN;
②模板的自重荷载(kN):
q2=0.350×0.800×(2×0.800+0.500)=0.588kN;
③活荷载为施工荷载标准值与振捣混凝土时产生的荷载(kN):
经计算得到,活荷载标准值P1=(2.000+2.000)×0.500×0.800=1.600kN;
(2)木方楞的传递均布荷载验算:
P=[1.2×(8.000+0.588)+1.4×1.600]/0.500=25.091kN/m;
(3)支撑钢管的强度验算:
按照均布荷载作用下的简支梁计算,均布荷载q=25.091kN/m;
计算简图如下:
经结构力学计算得到最大支座反力
最大弯矩Mmax=0.441kN.m;
钢管最大应力σ=441000/4245=103.887N/mm2;
最大变形量V=0.151mm;
钢管支座最大反力为R=5.586kN;
钢管的抗压强度设计值[f]=205.0N/mm2;
水平钢管的最大应力计算值103.887N/mm2小于水平钢管的抗压强度设计值205.0N/mm2,最大变形量0.151mm小于600.000/150mm与3mm,满足要求。
3.梁底纵向钢管计算
纵向钢管只起构造作用,通过扣件连接到立杆。
4.扣件抗滑移的计算
旋转单扣件承载力取值为6.40kN。
考虑两侧模板支撑,纵向或横向水平杆与立杆连接时,扣件的抗滑承载力按照下式计算(规范5.2.5):
1.5R≤Rc
其中Rc-扣件抗滑承载力设计值,取6.40kN;
R-纵向或横向水平杆传给立杆的竖向作用力设计值;
计算中R取最大支座反力,根据前面计算结果得到R=5.586kN;
1.5R<6.40kN,单扣件抗滑承载力的设计计算满足要求。
4.2、顶板模板龙骨支撑计算
4.2.1计算参数
1.龙骨参数
主龙骨为48×3.5钢管,次龙骨为5×10cm木方。
次龙骨间距为300mm,主龙骨间距与钢管支撑架立杆相同,立杆间距为800mm。
2.荷载参数
楼板浇筑厚度取最大值(m):
0.180;
3.木方参数
木方弹性模量E(N/mm2):
9500.000;木方抗弯强度设计值(N/mm2):
13.000;
木方抗剪强度设计值(N/mm2):
1.300;木方的间隔距离(mm):
300.000;
木方的截面宽度(mm):
50.00;木方的截面高度(mm):
100.00。
4.2.2模板次龙骨计算
方木按照简支梁计算,其惯性矩I和截面抵抗矩W分别为:
W=5.000×10.000×10.000/6=83.333cm3;
I=5.000×10.000×10.000×10.000/12=416.67cm4;
木方楞计算简图
1.荷载的计算
(1)钢筋混凝土板自重(kN/m):
q1=25.000×0.300×0.180=1.35kN/m;
(2)模板的自重线荷载(kN/m):
q2=0.350×0.300=0.105kN/m;
(3)活荷载为施工荷载标准值与振捣混凝土时产生的荷载(kN):
p1=(1.000+2.000)×0.800×0.300=0.72kN;
2.方木抗弯强度验算
最大弯矩考虑为静荷载与活荷载的计算值最不利分配的弯矩和,计算公式如下:
集中荷载p=1.4×0.72=1.008kN;
均布荷载q=0.8×(1.35+0.105)=1.164kN/m;
最大弯距M=Pl/4+ql2/8=1.008×0.800/4+1.164×0.8002/8=0.295kN.m;
最大支座力N=P/2+ql/2=1.008/2+1.164×0.800/2=0.970kN;
方木的最大应力值σ=M/w=0.295×106/83.333×103=3.54N/mm2;
方木抗弯强度设计值[f]=13.0N/mm2;
方木的最大应力计算值为3.54N/mm2小于方木的抗弯强度设计值13.0N/mm2,满足要求。
3.方木抗剪验算
最大剪力的计算公式如下:
Q=ql/2+P/2
截面抗剪强度必须满足:
T=3Q/2bh<[T]
其中最大剪力:
V=0.800×1.164/2+1.008/2=0.970kN;
方木受剪应力计算值T=3×970.000/(2×50.000×100.000)=0.291N/mm2;
方木抗剪强度设计值[T]=1.300N/mm2;
方木受剪应力计算值为0.291N/mm2小于方木的抗剪强度设计值1.300N/mm2,满足要求。
4.方木挠度验算:
最大弯矩考虑为静荷载与活荷载的计算值最不利分配的挠度和,计算公式如下:
均布荷载q=q1+q2=1.350+0.105=1.455kN/m;
集中荷载p=0.72kN;
方木最大挠度计算值V=5×1.455×800.0004/(384×9500.000×4166666.67)+720.000×800.0003/(48×9500.000×41666666.67)=0.390mm;
方木最大允许挠度值[V]=800.000/250=3.200mm;
方木的最大挠度计算值0.390mm小于方木的最大允许挠度值3.200mm,满足要求。
4.2.3模板主龙骨计算
支撑钢管按照集中荷载作用下的三跨连续梁计算;
集中荷载P取纵向板底支撑传递力,P=1.200×1.455×0.800+1.400×0.72=2.405kN;
支撑钢管计算简图
最大弯矩Mmax=0.513kN.m;
最大变形Vmax=0.55mm;
最大支座力Qmax=3.05kN;
钢管最大应力σ=0.513×106/5080.000=100.98N/mm2;
钢管抗压强度设计值[f]=205.000N/mm2;
支撑钢管的计算最大应力计算值100.98N/mm2小于钢管的抗压强度设计值205.000N/mm2,满足要求。
支撑钢管的最大挠度小于1000.000/150与3mm,满足要求。
4.2.4扣件抗滑移的计算
采用单扣件,承载力取值为6.40kN。
纵向或横向水平杆传给立杆的竖向作用力设计值R=3.05kN;
考虑两层模板支撑,1.5R<6.40kN,所以单扣件抗滑承载力的设计计算满足要求。
5、15-19/D-G轴顶板、梁模板高支撑计算
5.1、顶板模板高支撑立杆稳定性验算
5.1.1计算参数
1.脚手架参数
横向间距或排距(m):
0.80;纵距(m):
0.80;步距(m):
1.20;
立杆上端伸出至模板支撑点长度(m):
0.10;脚手架搭设高度取最大高度(m):
20.07(地下室部分);
钢管支撑架采用扣件式脚手架。
2.荷载参数
楼板浇筑厚度取最大厚度(m):
0.180(地下室顶板)。
5.1.2模板支架立杆荷载标准值
1.静荷载标准值包括以下内容:
(1)脚手架的自重(kN):
NG1=0.149×20.07=2.991kN;
(2)模板的自重(kN):
NG2=0.350×0.800×0.800=0.224kN;
(3)钢筋混凝土楼板自重(kN):
NG3=25.000×0.180×0.800×0.800=2.880kN;
经计算得到,静荷载标准值NG=NG1+NG2+NG3=6.095kN;
2.活荷载为施工荷载标准值与振倒混凝土时产生的荷载。
经计算得到,活荷载标准值NQ=(1.000+2.000)×0.800×0.800=1.920kN;
3.立杆的轴向压力设计值计算
N=1.2NG+1.4NQ=10.002kN;
5.1.3立杆的稳定性计算
立杆的稳定性计算公式:
N-立杆的轴心压力设计值(kN):
N=10.002kN;
φ-轴心受压立杆的稳定系数,由长细比lo/i查表得到;
i-计算立杆的截面回转半径(cm):
i=1.60cm(按管壁厚2.8mm厚考虑,余同);
A-立杆净截面面积(cm2):
A=3.97cm2(按管壁厚2.8mm考虑,余同);
σ-钢管立杆最大应力计算值(N/mm2);
[f]-钢管立杆抗压强度设计值:
[f]=205.000N/mm2;
l0-计算长度(m)
考虑高支撑架的安全因素,按下列公式进行计算:
l0=k1k2(h+2a)
k1-计算长度附加系数,取值见下表
k2-计算长度附加系数;
a-立杆上端伸出至模板支撑点长度(板按0.100m取值,梁按0.250m取值);
h-脚手架立杆步距。
根据上表,k1=1.185,k2=1.072。
上式的计算结果:
立杆计算长度lo=k1k2(h+2a)=1.185×1.072×(1.200+0.100×2)=1.779m;
lo/i=1779/16.000=112;
由长细比l0/i的结果查表得到轴心受压立杆的稳定系数φ=0.502(查《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130-2001)附录C,余同);
钢管立杆的最大应力计算值:
σ=10002.000/(0.502×397.000)=50.187N/mm2;
考虑两层模板支撑,钢管立杆的最大应力计算值1.5σ=1.5×50.187=75.281N/mm2小于钢管立杆的抗压强度设计值[f]=205.000N/mm2,满足要求。
5.2、梁模板高支撑立杆稳定性验算
5.2.1预应力大梁模板支撑计算
梁截面尺寸为900×2000mm。
立杆间距为400×400mm,步距为1200mm。
由第3.1.1节计算可知:
横杆的最大支座反力:
N1=RA=8.147kN;
脚手架钢管的自重:
N2=1.2×0.149×20.07=3.589kN;
N=8.147+3.589=11.736kN;
按第4.1.3节计算公式lo=k1k2(h+2a)
其中,k1取值为1.185,k2取值1.052,a为0.250,h=1.200则
立杆计算长度lo=k1k2(h+2a)=1.185×1.052×1.700=2.119m;
lo/i=2119/16.000=133.000;
由长细比lo/i的结果查表得到轴心受压立杆的稳定系数φ=0.381;
钢管立杆受压应力计算值:
σ=11736.000/(0.381×397.000)=77.590N/mm2;
考虑两层模板支撑,钢管立杆稳定性计算1.5σ=1.5×77.590=116.385N/mm2小于钢管立杆抗压强度的设计值[f]=205.00N/mm2,满足要求。
5.2.2普通框架梁模板支撑计算
选取500×800mm框架梁作为计算模型。
根据第3.1.3.2节计算,钢管最大支座反力
R=5.586kN
立杆的稳定性计算公式
其中N-立杆的轴心压力设计值,它包括:
横杆的最大支座反力:
N1=RA=5.586kN;
脚手架钢管的自重:
N2=N2=1.2×0.149×20.07=3.589kN;
N=5.586+3.589=9.175kN;
按第4.1.3节计算公式lo=k1k2(h+2a)
其中k1取值为1.185;k2取值为1.052,a为0.250,h=1.200则
立杆计算长度lo=k1k2(h+2a)=1.185×1.052×(1.200+0.250×2)=2.119m;
lo/i=2119/16.000=133.000;
由长细比lo/i的结果查表得到轴心受压立杆的稳定系数φ=0.381;
钢管立杆受压应力计算值:
σ=9175.000/(0.349×397.000)=66.220N/mm2;
考虑两层模板支撑,钢管立杆稳定性计算1.5σ=99.33N/mm2小于钢管立杆抗压强度的设计值[f]=205.00N/mm2,满足要求。
5.3、基础承载力验算
立杆钢管最大轴力N=11.736kN,立杆支撑在混凝土面上(内配双层双向A10钢筋网片),混凝土受压承载力为fc=7.2N/mm2,按局部受压计算,需受力面积为
A=N/fc=11736/7.2=1630mm2
考虑两层模板支撑,脚手板长度为1.5×1630/200=12.225mm,考虑受力不平均和安全系数,钢管底部满铺脚手板。
根据第5.2.1节计算,支撑架传递荷载为:
q1=(8.147×3+3.589×5)/(2.0×0.4)=52.983kN/m2
板自重为q2=25×0.12=3kN/m2
地基承载力faK=0.4f=0.4×150=60kPa>q1+q2=55.983kPa
故地基承载力满足要求。
5.5、G-J轴悬挑板高支撑验算
由于G-J轴悬挑板支撑高度为17.4m,小于D-G轴4层顶板支撑高度,且悬挑板板厚为120mm,小于D-G轴4层顶板厚度,由于支撑设置相同,故G-J轴悬挑板高支撑满足要求。
6、梁和楼板模板高支撑架的构造和施工要求
6.1、立杆构造要求
1、模板支架必须设置纵、横向扫地杆。
纵向扫地杆应采用直角扣件固定在距离底座上皮不大于200mm处的立杆上,横向扫地杆亦应采用直角扣件固定在紧靠纵向扫地杆下方的立杆上。
2、立杆各步接头必须采用对接扣件连接。
对接应符合下列规定:
立杆上的对接扣件应交错布置,两根相邻立杆的接头不应设置在同步内。
3、立杆接长时,同步内隔一根立杆的两个相隔接头在高度方向错开的距离不宜小于500mm,各接头中心至主节点的距离不宜大于步距的1/3。
6.2、水平杆
1、对接扣件应交错布置:
两根相邻纵向水平杆的接头不宜设置在同步或同跨内;不同步或不同跨两个相邻接头在水平方向错开的距离不应小于500mm,各接头至最近主节点的距离不宜大于纵距的1/3;
2、搭接长度不应小于1m,应等距离设置3个旋转扣件固定,端部扣件盖板边缘至搭接水平杆杆端的距离不应小于100mm。
钢管搭接时应采用双扣件进行固定。
3、主节点处必须设置一根横向水平杆,用直角扣件扣接且严禁拆除。
主节点两个直角扣件的中心距离不应大于150mm。
4、每步的纵、横水平杆应双向拉通。
6.3、剪刀撑
1、模板支架四边满步竖向剪刀撑,中间每隔四排立杆设置一道纵横向竖向剪刀撑,由底到顶连续设置。
2、模板支架四边与中间每隔4排立杆从顶层开始向下每隔2步设置一道水平剪刀撑。
3、剪刀撑的构造应符合下列规定:
每道剪刀撑宽度不应小于4跨,且不应小于6m,剪刀撑斜杆与地面倾角宜在450~600之间。
倾角为450时,剪刀撑跨越立杆的根数不应超过7根;倾角为600时,则不应超过5根。
4、剪刀撑斜杆的接长应采用搭接。
剪刀撑应采用旋转扣件固定在与之相交的横向水平杆的伸出端或立杆上,旋转扣件中心线至主节点的距离不宜大于150mm。
5、设置剪刀撑时,有剪刀撑斜杆的框格数量应大于框格总数的1/3。
6、钢管采用搭接连接,搭接长度不应小于1m,应等距离设置3个旋转扣件固定,端部扣件盖板边缘至搭接水平杆杆端的距离不应小于100mm。
钢管搭接时应采用双扣件进行固定。
6.4、连墙杆
1、本工程模板支撑架竖向每两步与框柱进行一次拉结,连墙杆采用48×3.5钢管。
2、连墙杆与脚手架立面及墙体应保持垂直,每层连墙杆应在同一平面。
3、连墙杆应采用直角扣件与立杆连接,并应在立杆节点处进行连结。
4、超过20米以上模板支撑架设置连墙杆时,20米以下部分连墙杆水平处必须设置水平斜杆。
7、施工管理要求
7.1、材料管理要求
7.1.1采购、租赁的钢管、扣件、U托必须有产品合格证和法定检测单位的检测检验报告,生产厂家必须具有技术质量监督部门颁发的生产许可证。
没有质量证明或质量证明材料不全的钢管、扣件、U托不得进入施工现场。
7.1.2搭设模板支架用的钢管扣件使用前必须进行抽样检测,抽样数量按《钢管脚手架扣件》(GB15831-2006)第7条执行,其中本工程每批进场扣件都必须抽样检查,并且当一批扣件超过1000件时,超过部分应作另一批抽样。
未经检测或检测不合格的一律不得使用。
7.1.3钢管外观质量要求:
钢管表面应平直光滑,不应
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