儲(chǔ)糧筒倉屋頂高支模架的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

陳 聰，劉玉寶，李小強(qiáng)（中交一航局第四工程有限公司，天津 300456）

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儲(chǔ)糧筒倉屋頂高支模架的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

陳 聰，劉玉寶，李小強(qiáng)
（中交一航局第四工程有限公司，天津 300456）

摘要：黃驊港綜合港區(qū)冀海散雜貨碼頭工程原料倉儲(chǔ)區(qū)土建工程新建三座大豆筒倉，倉頂為錐形屋頂，倉頂模板支撐架最大搭設(shè)高度為43.9 m，最小搭設(shè)高度為35.8 m。利用有限元軟件Midas gen對(duì)模板支撐架進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)結(jié)果經(jīng)專家論證滿足施工安全要求，并在施工中的到驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：高支模架；鋼管格構(gòu)筒柱；設(shè)計(jì)；有限元分析；Midas gen

1 工程概況

黃驊港綜合港區(qū)冀海散雜貨碼頭工程原料倉儲(chǔ)區(qū)土建工程建設(shè)地點(diǎn)為河北省滄州市渤海新區(qū)黃驊港綜合港區(qū)，距黃驊市約45 km，距滄州市約90 km，海上距天津港約70 n mile。

本工程新建三座大豆筒倉，筒倉采用圓形的現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，占地面積3 190.8 m2，內(nèi)直徑36 m，壁厚400 mm，首層層高為5.50 m，建筑高度55.8 m（含屋頂）。倉頂為錐形屋頂，坡度為30°，倉頂環(huán)梁高700 mm，模板支撐架最大搭設(shè)高度為49.4 m，最小搭設(shè)高度為41.3 m。

錐形頂板在47.5 m、53.0 m、55.8 m設(shè)計(jì)3道環(huán)梁，沿筒倉中心軸向每隔 15°設(shè)計(jì)一道斜梁。環(huán)梁截面尺寸為 300 mm×690 mm，300 mm ×520 mm，400 mm×700 mm。斜梁截面尺寸250 mm ×300 mm～610 mm。其中各道環(huán)梁模板支撐架搭設(shè)高度為41.300 m，47.000 m，49.400 m。倉頂結(jié)構(gòu)及腳手架平面布置見圖1、圖2。

圖1 倉頂結(jié)構(gòu)

圖2 腳手架平面布置

2 高支模體系設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)方案

倉內(nèi)模板支撐架設(shè)計(jì)，選擇搭設(shè)高度最高、架體承受荷載最大的上環(huán)梁區(qū)域?yàn)橛?jì)算單元，并使用有限元軟件Midsa gen進(jìn)行受力分析。

在筒倉上環(huán)梁處模板支撐架設(shè)計(jì)為“鋼管格構(gòu)筒柱”體系，為保證體系的穩(wěn)定格構(gòu)柱體系與筒倉壁及中心格構(gòu)柱筒體采用豎向及水平向剪刀撐連接。在倉壁處采用水平桿與倉壁頂緊。鋼管格構(gòu)柱布置要求如下：

1）鋼管：48×3 mm；

2）托梁：48×3 mm（雙扣件）；

3）小梁：60×80方木；

4）立桿：橫距750 mm，縱距750 mm，23.400 m以下為雙立桿；

5）水平桿：步距1 300 mm；

6）自由端長(zhǎng)度≤300 mm。

鋼管格構(gòu)筒柱剪刀撐布置及模板支架分段卸載見圖3、圖4。

圖3 鋼管格構(gòu)柱剪刀撐布置

圖4 模板支架分段卸載示意

2.2 構(gòu)造措施

鋼管格構(gòu)筒柱水平剪刀撐按單個(gè)區(qū)格布置，布置間距3.0 m。豎向剪刀撐每個(gè)區(qū)格內(nèi)布置，布置水平間距3.0 m，豎向間距 3.9 m。在雙立桿頂部23.400 m、33.000 m、43.000 m設(shè)置分段卸載措施，采用6號(hào)鋼絲繩和花籃螺絲與架體拉結(jié)。鋼絲繩拉結(jié)應(yīng)牢固、順直，拉結(jié)過程中不得使架體有明顯變形。鋼絲繩拉結(jié)角度不得大于15°。

2.3 主要荷載

1）新澆筑混凝土自重標(biāo)準(zhǔn)值：24 kN/m3。

2）混凝土梁鋼筋自重標(biāo)準(zhǔn)值：1.5 kN/m3。

3）混凝土板鋼筋自重標(biāo)準(zhǔn)值：1.1 kN/m3。

4）模板自重標(biāo)準(zhǔn)值：0.1 kN/m2。

5）小梁自重標(biāo)準(zhǔn)值：0.2 kN/m2。

6）大梁自重標(biāo)準(zhǔn)值：0.4 kN/m2。

7）施工均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值：2.5 kN/m2。

8）振搗荷載標(biāo)準(zhǔn)值：3.0 kN/m2。

9）風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值： ωk=0. 9μsμzω0=0.9×1.89 ×0.8×0.4=0.544 kN/m2。

基本風(fēng)壓 ω0=0.4 kN/m2。

風(fēng)壓高度變化系數(shù) μz=1.89

風(fēng)荷載體型系數(shù)：sμ=0.8

10）鋼管腳手架自重標(biāo)準(zhǔn)值。

2.4 設(shè)計(jì)計(jì)算

應(yīng)用有限元軟件Midas gen進(jìn)行建模計(jì)算，腳手架節(jié)點(diǎn)按照半剛性節(jié)點(diǎn)輸入，對(duì)整個(gè)架體進(jìn)行立桿承載力計(jì)算、立桿應(yīng)力計(jì)算、架體在承載力作用下變形計(jì)算、支撐架整體穩(wěn)定性計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見圖5。

圖5 高支模架受力分析

計(jì)算支撐架整體穩(wěn)定時(shí)采用非線性屈曲分析，并依據(jù)《超高大跨重載模板支撐體系研究與應(yīng)用》［3］對(duì)高支模架立桿垂直度的統(tǒng)計(jì)分析，見圖 6。對(duì)本工程的立桿垂直度進(jìn)行調(diào)整，以確保符合工程實(shí)際。

圖6 高支模架屈曲分析

立桿最大支承承載力 Rmax=18.44 kN＜混凝土樓面最大承載力，滿足要求。立桿最大應(yīng)力σmax=6.178×10-1kN/mm2=61.78 MPa＜205 MPa，滿足要求。在風(fēng)荷載作用下支架體系最大全局變形為5.37 mm，變形較小。此時(shí)支架體系在進(jìn)行預(yù)壓消除非彈性變形后，可依據(jù)以上支架變形值設(shè)置合適的預(yù)拱度。

按照模板支撐架在混凝土澆筑過程中為最不利狀態(tài)進(jìn)行荷載組合，取三階模態(tài)進(jìn)行屈曲分析，計(jì)算彈性臨界穩(wěn)定系數(shù)。

在荷載作用下屈曲荷載臨界系數(shù)為 15.23，按邁達(dá)斯用戶手冊(cè)在土木工程中彈性穩(wěn)定系數(shù)一般要求大于4判斷，滿足要求。

第一階屈曲模態(tài)分析結(jié)果顯示支架沿風(fēng)荷載垂直方向大波起鼓，根據(jù)水平豎向剪刀撐布置間距，每間距高度接近一個(gè)波峰，波峰從基底到頂逐步減小，基地處現(xiàn)波峰峰值，撓度最大。依據(jù)有限元模型分析結(jié)果，我們?cè)趯?shí)際施工過程中針對(duì)大波失穩(wěn)情況可以制定有效的監(jiān)測(cè)措施。

屈曲分析顯示，鋼管格構(gòu)筒柱基底至柱中發(fā)生了屈曲，這與現(xiàn)實(shí)中長(zhǎng)細(xì)比較大構(gòu)件屈曲模態(tài)相符。為保證中心鋼管格構(gòu)筒柱的側(cè)向穩(wěn)定，格構(gòu)柱波峰處水平桿應(yīng)與筒倉倉壁頂緊，從架體底部23.400 m開始布置，布置間距3 900 mm，并與整個(gè)支架的水平桿、剪刀撐等連接。

3 結(jié) 語

高支模架設(shè)計(jì)計(jì)算是工程領(lǐng)域常見問題，各單位對(duì)高支模架的設(shè)計(jì)計(jì)算都極為重視，但鑒于目前國(guó)內(nèi)對(duì)高支模架的研究仍不完善，經(jīng)常導(dǎo)致架體失穩(wěn)現(xiàn)象發(fā)生，但利用Midas gen對(duì)高支模架進(jìn)行建模分析有效的解決了依據(jù)規(guī)范驗(yàn)算的不可見性，提高了設(shè)計(jì)精度，值得在工程領(lǐng)域大面積推廣。

本文依據(jù)對(duì)多個(gè)高支模架統(tǒng)計(jì)分析進(jìn)行建模計(jì)算和模擬分析，并通過工程實(shí)施確定了設(shè)計(jì)是可行合理的。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.JGJ130-2011建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范［S］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011.

［2］ 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB50009-2012建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范［S］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012.

［3］ 蔡雪峰，莊金平，周繼忠， 等.超高大跨重載模板支撐體系研究與應(yīng)用［M］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012.

Design and Application of High Framework Support on Roof of Grain Silo

Chen Cong，Liu Yubao，Li Xiaoqiang
（No.4 Engineering Co.， Ltd.of CCCC First Harbor Engineering Co.， Ltd.， Tianjin 300456，China ）

Abstract：Huanghua comprehensive port in Hebei sea bulk cargo wharf engineering raw material storage area of civil engineering of new three soybean silo and silo is a conical roof， warehouse roof template support frame maximum erection of a height of 43.9 m， minimum erection height is 35.8 m.Using the finite element software MIDAS Gen to design the template support frame.The result of the design the expert argumentation meets requirement of construction safety and in construction to prove.

Key words：high formwork support； steel tubular column； design； finite element analysis； midas gen

中圖分類號(hào)：TU311.41

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1004-9592（2016）02-0067-03

DOI：10.16403/j.cnki.ggjs20160217

收稿日期：2016-01-12

作者簡(jiǎn)介：陳聰（1979-），男，工程師，主要從事港口工程施工管理工作。