高層建筑轉(zhuǎn)換層鋼結(jié)構(gòu)支撐體系的設(shè)計要點(diǎn)

陽 芳

0 引言

隨著建筑形式的多樣化,高層建筑越來越普遍,由于建筑功能和建筑造型的需要,越來越多的建筑采用底部大空間的結(jié)構(gòu)形式,底部大空間可作為商場或者是通透的活動空間。但上部結(jié)構(gòu)施工時,會有較大的施工荷載,僅僅依靠滿堂紅腳手架支撐轉(zhuǎn)換層施工全部荷載有時不可能,這就需要設(shè)置臨時的支撐。鋼結(jié)構(gòu)臨時支撐方便拆除,制作周期短,因此目前一般采用鋼結(jié)構(gòu)支撐體系。

1 荷載的計算

臨時支撐的荷載計算是設(shè)計的關(guān)鍵。荷載計算太大,會使支撐體系成本太高,經(jīng)濟(jì)上不合理。但荷載計算如果太小,支撐體系不安全,施工安全問題往往關(guān)系施工作業(yè)人員的人身安全。

一般情況下,荷載計算時應(yīng)注意考慮以下幾點(diǎn):1)上部轉(zhuǎn)換層施工荷載由臨時鋼結(jié)構(gòu)支撐和滿堂紅腳手架共同承擔(dān)。2)上部結(jié)構(gòu)施工時,混凝土養(yǎng)護(hù)一段時間就會具備一定的強(qiáng)度,本身能夠承擔(dān)一部分荷載。比如轉(zhuǎn)換層共4層,前兩層施工荷載由臨時支撐承擔(dān),但后兩層施工時,前兩層混凝土已經(jīng)具備強(qiáng)度,可以承擔(dān)一部分荷載。

2 支撐結(jié)構(gòu)體系的選擇

支撐體系一般包括支撐柱、柱間支撐、直接承受上部荷載鋼結(jié)構(gòu)體系、預(yù)埋件等。其中直接承受上部荷載鋼結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)形式的選擇直接關(guān)系支撐結(jié)構(gòu)體系的支撐效果。一般應(yīng)根據(jù)上部荷載情況及臨時支撐的平面形式,選擇合適的支撐結(jié)構(gòu)體系。常見的有鋼桁架、平板網(wǎng)架等形式。

3 支撐體系的設(shè)計要點(diǎn)

支撐柱宜采用等截面實腹柱,常用截面為工字型鋼、H型鋼、方管或圓管等形式。必要時,可設(shè)計成用兩個槽鋼或雙角鋼組成的格構(gòu)柱。一般按軸心受壓構(gòu)件設(shè)計,柱的長細(xì)比不宜大于150,可先假定長細(xì)比為80～120。一般情況柱上、下兩端均設(shè)計為鉸接。此外設(shè)計時應(yīng)注意下列幾點(diǎn):1)滿足工藝生產(chǎn)操作要求;2)保證通行的凈高;3)便于制造,經(jīng)濟(jì)合理。

支撐柱的整體穩(wěn)定一般由柱間支撐保證。柱間支撐設(shè)計時應(yīng)注意連接方便,并能保證支撐的有效性。

直接承受上部荷載鋼結(jié)構(gòu)體系設(shè)計時應(yīng)特別注意與上部結(jié)構(gòu)模板的連接,能保證上部結(jié)構(gòu)荷載按計算假設(shè)情況傳遞給支撐體系。此外還應(yīng)考慮施工時吊裝的要求,大型結(jié)構(gòu)應(yīng)可進(jìn)行現(xiàn)場拼裝。

4 實際工程算例

本文以天津市某高層建筑轉(zhuǎn)換層施工時,臨時鋼結(jié)構(gòu)支撐體系為例敘述設(shè)計過程。該工程5層～8層為轉(zhuǎn)換層,轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式為大型混凝土桁架結(jié)構(gòu)。施工時,底部鋼結(jié)構(gòu)提供轉(zhuǎn)換層施工的臨時支撐,其平面尺寸為 19.8 m×10.9 m,見圖1。該支撐體系采用鋼桁架結(jié)構(gòu)形式,底部用四根方鋼管柱支撐鋼桁架。

4.1 荷載計算

綜合考慮臨時支撐的安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理,該支撐體系的荷載計算范圍為桁架自重及兩邊各1 m寬樓面的荷載。樓面荷載包括5層～8層恒荷載,施工期間一般只有一層活荷載,其中均布恒荷載和活荷載均取為4 kN/m2。通過計算每榀桁架承受均布荷載為98.1 kN/m。鋼材采用Q235B。

4.2 桁架設(shè)計

桁架計算簡圖見圖2。采用計算軟件計算該桁架的內(nèi)力。受力最大的桿件(5)(6)(7)(8)選一種截面,采用截面350mm×200mm×12mm的矩形鋼管。(9)(10)(11)(12)(13)(14)(15)(16)(17)選一種截面,為2∠125×10,節(jié)點(diǎn)板厚10mm。其余桿件受力很小,為制作方便,選等邊雙角鋼2∠125×10。

桁架設(shè)計時應(yīng)注意以下幾點(diǎn):1)桿件的計算長度取值。2)桿件平面內(nèi)穩(wěn)定、平面外穩(wěn)定的驗算。3)節(jié)點(diǎn)的焊縫計算。

4.3 柱及支撐設(shè)計

柱承受軸心壓力N=643.62 kN,由于該支撐柱幾何長度達(dá)13.55 m,對整個支撐體系至關(guān)重要,偏安全采用截面450mm×450mm×14mm的方鋼管,柱支撐按構(gòu)造設(shè)計。

柱間支撐采用雙角鋼。

4.4 預(yù)埋件計算

要保證支撐體系的安全有效,支撐體系應(yīng)與原結(jié)構(gòu)可靠連接,需在原結(jié)構(gòu)上相應(yīng)位置設(shè)置預(yù)埋件。本設(shè)計最關(guān)鍵的預(yù)埋件在鋼桁架上下弦支座處。依據(jù)GB 50367-2006混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范來進(jìn)行預(yù)埋件設(shè)計。

1)桁架下弦支座處:錨筋選用5.8級,錨筋直徑 d=25mm,錨板厚度16mm。錨筋排列為四排兩列。錨筋長度750mm。2)桁架上弦支座處:錨筋選用5.8級,錨筋直徑 d=20mm,錨板厚度12mm。植筋排列為三排兩列。錨筋長度600mm。3)墻體其他預(yù)埋件:錨筋選用5.8級,錨筋直徑 d=20mm,錨板厚度12mm。植筋排列為兩排兩列,錨筋長度600mm。

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