高空悬挑结构支撑体系的研究与应用DOC.docx

高空悬挑结构支撑体系的研究与应用DOC.docx

《高空悬挑结构支撑体系的研究与应用DOC.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高空悬挑结构支撑体系的研究与应用DOC.docx（14页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

高空悬挑结构支撑体系的研究与应用DOC

高空简支梁结构支撑体系的研究与应用

中建三局一公司贵阳分公司省委办公业务大楼64m高支模

一、工程概况

贵州省委办公业务大楼建设地点位于贵州省省委大院内，总建筑面积5.5万平方米，其中地面以上约4.5万平方米，地下室约1万平方米。

主楼17层，裙房4层，地下2层。

楼高76.4米，长104米，宽48.8米。

地下-2层为人防地下室，平时为地下停车场，地下-1层为停车场。

本工程为综合性办公业务大楼，裙楼层高4.5m，主楼层高4.2m，柱距为8m，梁的跨度大，门厅高度达到14m。

结构相对复杂。

本工程在1~3/J~L及25~27/J~L轴处（大楼东西面）64.75m（十六层）标高处设计有一转换层，转换层梁板正下方1~15层均无楼板，净空高度达到64.8m。

64m高空简支梁混凝土结构截面大、跨度大，安全施工面临严峻考验，质量要求严格，工期紧迫，本工程64m高空简支梁施工贵阳市尚无此先例。

传统满堂脚手架使用存在以下问题：

1、钢管、扣件均需人工搭设、拆除，不仅增加投资，而且严重影响工期；

2、64米高钢管自身重量达450KG，钢管脚手架承载能力几乎为零，需设置双钢管立杆，且立杆密度加至@500，，脚手架钢管、扣件使用较多，仅高支撑模板一项将需投入钢管300吨，扣件6万个，人工、运输、租赁费用等极其昂贵；

3、由于立杆、水平杆密度大，人无法操作、检查；构造要求的水平、垂直方向剪刀撑也无法搭设，架体垂直度无法控制，容易失稳，安全隐患较多；

4、由于此处结构施工完后还需进行装修吊顶施工，同样需要脚手架操作平台，如结构施工完后不拆除，则钢管闲置时间过长，如在结构施工完后拆除，则在装修吊顶施工时又需要再行搭设64米高脚手架。

5、依据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2001）6.4.4”对高度24米以上的双排脚手架，必须采用刚性连墙件与建筑物可靠连接。

”（强制性条文），但施工现场无法按规范6.1.1条款中“二步三跨或三步三跨“的规定设置连墙件。

由此可见，传统钢管脚手架无法满足要求，项目部需创建新型的支撑体系来替代。

二、课题目标

（一）目标

贵州省委办公业务大楼64米高空简支梁结构支撑系统稳定、安全。

（二）目标值

1、施工加荷过程中竖向构件侧向变形控制在10mm以内；

2、支撑系统刚度满足要求，砼浇筑过程中沉降控制在5mm以内；

（三）目标可行性论证

1、有利条件

1）任何支撑体系均为型钢作构件组成有限元的结构体系，即可通过钢结构等专用软件实现结构的应力、应变模拟试验；

2）本工程高支撑体系方案的研究得到公司总部技术顾问的支持；

2、不利条件

1）、工程量大，工期紧迫；

2）安全隐患多；

综合以上情况，经过客观分析，项目认为目标完全能够实现。

三、提出方案，确定最佳方案

（一）方案的提出

在开工之初，围绕课题，项目成员通过“头脑风暴法”集思广益对其高空支撑模板方案进行讨论，按支撑结构形式归纳提出四种方案及其立面图如下：

1、格构式钢柱支撑体系2、钢桁架梁支撑体系

3、上部斜拉工字钢支撑体系4、下部斜撑工字钢支撑体系

方案一格构式钢柱支撑体系

方案二钢桁架梁支撑体系

方案三上部斜拉工字钢支撑体系

方案四下部斜撑工字钢支撑体系

（二）方案的分析、评估与选定

1、方案一的分析论证

采用工字钢梁和格构式钢柱的支撑平台与钢管排架相结合的办法。

具体施工方案是在±0.00结构上浇筑混凝土基础，竖钢结构的型钢格构柱，于柱顶上沿纵向架设工字钢梁，工字钢梁两端附着在主题结构的60.6m楼面上，再在工字钢平台上搭设支撑64.75m层的满堂钢管脚手架支撑系统，来解决64.75m的高支模体系。

由格构柱、工字钢梁构成平台直接支撑脚手架体系，荷载通过钢管排架传递给工字钢梁和格构钢柱，再传给基础。

但由于格构钢柱高度达到60米，中部需增加附墙杆，且附墙杆过长。

格构钢柱基础落在地下室顶板上，需对地下室顶板进行回顶，格构钢柱达到60米，用钢量大，施工周期长，施工复杂，费用高。

该方案具有：

1）安全可靠，万无一失；

2）传力明确，受力合理；

3）施工周期长，施工复杂；

4）用钢量大，费用高；

经研究分析对比，该支撑体系安全性高，但施工周期长，施工复杂，费用太高不经济。

通过项目的讨论，认为此方案不可行。

2、方案二的分析论证

采用钢桁架梁和工字钢梁的支撑平台与钢管满堂架相结合的办法。

具体施工方案是在60.6m楼面上安装钢桁架梁，桁架梁两端固定在60.6m楼面上，在桁架梁上铺设工字钢，再在工字钢平台上搭设满堂钢管脚手架支撑系统，来解决64.75m的高支模体系。

由钢桁架梁、工字钢构成平台直接支撑脚手架体系，荷载通过钢管脚手架传递给工字钢和钢桁架梁，再传给60.6m楼层结构。

桁架梁的吊装需要依靠塔吊，但塔吊不能覆盖高支模范围。

该方案具有：

1）安全性高；

2）桁架梁的吊装困难，桁架梁位于塔吊吊运范围之外；

3）费用较高。

经研究分析对比，该支撑体系安全性高，但桁架梁的安装难度大，费用相对较高不够经济，通过项目的讨论，认为此方案不可行。

3、方案三的分析论证

采用工字钢梁和上部斜向钢拉索共同承载。

具体施工方案是在56.4m楼面上安装工字钢梁，上部采用四道钢索斜拉，钢索固定在60.6m楼层框架柱上。

再在工字钢梁上搭设钢管满堂脚手架支撑系统，来解决64.75m的高支模体系。

由工字钢梁和上部斜拉钢索组成的平台直接支撑脚手架体系，荷载通过钢管脚手架传递给工字钢梁和钢索，再传给楼层结构及框架柱。

但钢平台必须安装在56.4m楼面上，上部搭设的钢管脚手架高度达到8.4米，脚手架本身存在安全隐患，钢索固定在60.6m楼层框架柱上，须等60.6m层混凝土强度达到设计强度后，钢索才能受力，工期无法保证，钢索的张拉不便检查，四根钢索的张拉不能保证一致，安全隐患比较多。

该方案具有：

1）安全隐患多；

2）须待60.6m层结构框架柱砼达到设计强度，才能承载；

3）钢索张拉不便检查，钢索之间的张拉不能保证完全一致，受力不均应。

经研究分析对比，该支撑体系安全隐患多，需等待60.6m层结构框架柱砼达到设计强度后才能承载，钢索张拉不便控制，钢索受力不均匀，施工周期长。

通过项目的讨论，认为此方案不可行。

4、方案四的分析论证

采用工字钢梁和下部斜撑组成的平台直接支撑脚手架体系，具体施工方案是在60.6m楼层上安装工字钢梁，下部采用工字钢斜撑，工字钢与预埋在结构内的钢板焊接固定，再在工字钢平台上搭设钢管脚手架支撑系统，来解决64.75m的高支模体系。

由工字钢梁和下部斜撑工字钢组成的平台直接支撑脚手架体系，荷载通过钢管脚手架传递给工字钢梁和斜撑工字钢，再传给楼层结构。

工字钢平台安装较简易，受力明确，安全可靠，拆卸方便。

该方案具有：

1）安全可靠；

2）工字钢平台安装简易，工字钢轻巧；

3）平台拆卸方便，工字钢可回收利用，经济性好。

经研究分析对比，该支撑体系安全性高，安装简易，费用低，经济性好。

通过项目的讨论，认为此方案可行。

其四种方案优（缺）点归纳汇总如下表：

序号

支撑体系类型

分析其优（缺）点

方案选择

1

格构式钢柱支撑体系

1）安全可靠，万无一失；

2）传力明确，受力合理；

3）施工周期长，施工复杂；

4）用钢量大，费用高；

不采用

2

钢桁架梁支撑体系

1）安全性高；

2）桁架梁的吊装困难，桁架梁位于塔吊吊运范围之外；3）费用较高。

不采用

3

上部斜拉工字钢支撑体系

1）安全隐患多；

2）须待60.6m层结构框架柱砼达到设计强度，才能承载；

3）钢索张拉不便检查，钢索之间的张拉不能保证完全一致，受力不均应。

不采用

4

下部斜撑工字钢支撑体系

1）安全可靠；

2）工字钢平台安装简易，工字钢轻巧；

3）平台拆卸方便，工字钢可回收利用，经济性好。

可采用

（三）确定最佳方案

由此可见，通过对比分析：

第4种方案一致评为最佳方案。

最佳方案：

下部斜撑工字钢支撑体系

即：

采用工字钢梁和下部斜撑组成的平台直接支撑脚手架体系，具体施工方案是在60.6m楼层上安装工字钢梁，下部采用工字钢斜撑，工字钢与预埋在结构内的钢板焊接固定，再在工字钢平台上搭设钢管脚手架支撑系统，来解决64.75m的高支模体系。

四、问题假想预测

（一）下部斜撑工字钢支撑体系流程图（如下：

）

（二）问题假想预测

我们组织项目技术人员调阅报刊、杂志、互联网，对有关高支模方面发生的质量（安全）事故进行收集，通过对钢管脚手架高支撑模板体系特大事故进行筛选，以防支撑体系出现类似问题，主要原因归纳如下：

1、施工专项方案不合理，主要体现在：

1）由于设计受力模型不正确；

2）材料选用不正确，致使构件自由长度偏长而受力失稳；

3）构造措施不全面，致使架体侧向刚度不足而受力失稳；

2、砼结构承载力不够，主要体现在：

1）结构承受的荷载超过其设计允许荷载而未预先对结构进行加强处理，导致结构梁柱开裂，支撑体系变形；

2）楼层结构砼未达到其设计荷载就进行加载，导致结构破坏，支撑体系失稳；

3、操作过程中未按规范以及批准的方案实施，主要体现在：

1）节点连接不满足要求，焊接质量未经检验合格；

2）三维杆件间距不满足要求；

五、确定对策

通过上述问题假想预测所归纳的几种原因，结合下部斜撑工字钢支撑体系的系统流程图，确定实施对策如下表：

对策表

序

要求

对策

目标

措施

时间

负责人

1

建立应力应变模型进行深化设

建立应力、应变模型通过不对称加载分析，进行力学计算、构件验收等

解决实际施工不对称加荷垂直度偏差以及自由长度偏长、加强节点刚度，减少应力

1、运用有限元分析软件进行深化设计

2007年12月20日

曾志华

2、工字钢梁下部增设斜撑工字钢

2007年1月10日

曾志华

2

确保主体结构承载力

对支撑工字钢梁的梁柱进行受力验算，确定是否加强处理

避免结构梁柱破坏，导致支撑体系变形、失稳

1、对梁柱进行承载力验算，不满足进行加强处理；

2007年1月15日

曾志华

2、需待梁柱砼强度达到设计强度后，支撑体系才能承受上部荷载

2008年3月15日

周凡

3

确保制作以及拼装焊接质量

实现制作、安装全过程控制

确保拼装焊接质量及多方验收合格

1、委托专业厂家制作、安装；

2、检查杆件尺寸

3、检查焊接质量

4、现场检查垂直度等

2008年3月15日

周凡

制表：

曾志华复核：

丁建安日期：

2007年12月

六、对策实施

实施一：

建立应力应变模型通过不对称加载分析，进行深化设计，

1、结合施工现场情况，了解施工荷载情况，对支撑体系进行受力分析；

2、运用有限元分析软件进行深化设计；

3、根据力学分析，水平工字钢梁下部增加斜撑工字钢，斜撑工字钢中部增设一道剪刀撑，其作用是：

一者，减少水平钢梁的跨度，二者，减少下部斜撑杆件的自由长度；

三者，增加钢平台的整体稳定性；

结果：

初步方案于2007年12月10日完成，正式方案及深化设计图纸于2008年1月15日完成。

实施二：

对支撑工字钢梁的梁柱结构进行受力核算，验算梁柱受力是否超过其设计允许荷载；经核算，梁柱结构受力未超过其设计允许荷载，但需待梁柱结构砼达到其设计强度后才能受力。

实施三：

实现制作、安装全过程控制，以提高拼装、焊接质量。

为确保构件焊接质量，顺利通过联合验收，委托专业钢结构单位施工，同时加强现场质量检查，必须检查焊缝外，重点检查如下几方面：

1、斜撑杆件与水平工字钢梁的焊接，严格检查水平钢梁及斜撑杆件与预埋钢板的焊接，不足部分进行标识，处理方法有：

满焊或加补强板；

2、斜撑杆件与水平钢梁的拼装、焊接严格控制错口储存，超出部分同上一样进行补强。

结果：

2008年3月15日通过分公司组织的专项联合验收。

其下部斜撑工字钢梁支撑体系完成情况见下图：