雙扇人防門門框先置安裝支撐體系的設(shè)計(jì)

□ 龍智卓 □ 田江澤 □ 閆 燦 □ 孫志峰

中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院有限公司 北京 100048

1 設(shè)計(jì)背景

人防門主要應(yīng)用于人防出入口、連通口等部位的戰(zhàn)時(shí)封堵,通常當(dāng)門洞寬度大于3 000 mm時(shí)選用雙扇人防門[1]。目前,雙扇人防門門框在安裝過程中主要采用門框后置安裝方案。

采用門框后置安裝方案,門框安裝與鋼筋、模板施工穿插進(jìn)行,在門框墻結(jié)構(gòu)筋綁扎完成后安裝門框[2],并基于鋼管或鋼筋建立支撐體系進(jìn)行固定。土建施工單位封模板后澆搗混凝土,混凝土強(qiáng)度達(dá)標(biāo)后拆除模板,完成門框安裝。

由于門框后置安裝,門框墻結(jié)構(gòu)筋先行綁扎完成,門框錨筋與門框墻結(jié)構(gòu)筋經(jīng)常產(chǎn)生沖突,需要現(xiàn)場調(diào)整,并且支撐體系也需要根據(jù)門框墻錨筋情況進(jìn)行調(diào)整。以上因素導(dǎo)致雙扇人防門門框施工不能完全按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行,在控制門框垂直度、變形量等關(guān)鍵參數(shù)方面效果較差,最終導(dǎo)致施工質(zhì)量合格率較低[3-6]。

為解決雙扇人防門門框主流安裝方法存在的問題,筆者設(shè)計(jì)了兩種雙扇人防門門框先置安裝支撐體系,并建立真實(shí)工況模型,經(jīng)過計(jì)算及仿真選出較優(yōu)的雙扇人防門門框先置安裝支撐體系,為今后雙扇人防門門框的安裝提供參考。

2 雙扇人防門門框先置安裝支撐體系

雙扇人防門門框先置安裝技術(shù)的核心是門框安裝時(shí)先立框,后綁筋,門框安裝到位后,安裝門框支撐體系。門框立裝完成后,土建單位再綁扎門框墻結(jié)構(gòu)筋。門框支撐體系包括外支撐與內(nèi)支撐,門框先置安裝的整體結(jié)構(gòu)和支撐體系完全符合設(shè)計(jì)要求,施工質(zhì)量的合格率相比后置安裝顯著提高。

雙扇人防門門框先置安裝技術(shù)的關(guān)鍵在于門框外支撐形式,外支撐可以保證門框在安裝過程中各參數(shù)符合規(guī)范要求。先置安裝的門框外支撐有多種形式,筆者在現(xiàn)有基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了兩種外支撐形式,進(jìn)而形成兩種雙扇人防門門框先置安裝支撐體系。

2.1 內(nèi)支撐

以常規(guī)5 500 mm×2 800 mm雙扇人防門門框?yàn)榛A(chǔ)設(shè)計(jì)門框安裝支撐體系,門框外支撐桿件采用φ80壁厚4 mm的鋼管,內(nèi)支撐采用I14號(hào)工字鋼制作。門框內(nèi)支撐如圖1所示。

▲圖1 門框內(nèi)支撐

2.2 外支撐形式一

門框外支撐形式一如圖2所示。斜支撐下端頂緊支撐預(yù)埋件,接觸點(diǎn)焊接牢固。斜支撐上端與門框內(nèi)支撐焊接牢固。設(shè)置三道斜支撐,并在中間架設(shè)兩道水平支撐。

▲圖2 門框外支撐形式一

2.3 外支撐形式二

門框外支撐形式二如圖3所示。斜支撐下端頂緊支撐預(yù)埋件,接觸點(diǎn)焊接牢固。兩側(cè)斜支撐上端及兩側(cè)水平支撐中部與側(cè)門框角鋼焊接牢固。設(shè)置三道斜支撐,并在中間架設(shè)兩道水平支撐。

▲圖3 門框外支撐形式二

3 仿真分析

針對(duì)兩種雙扇人防門門框先置安裝支撐體系,筆者按照施工工況建立門框澆筑過程中的受力模型,對(duì)兩種支撐體系在澆筑過程中的受力及變形情況進(jìn)行仿真分析。

門框施工時(shí),門框的下門檻先澆筑,左右框及上門框后澆筑。在澆筑過程中,混凝土的側(cè)壓力及門框自身重力會(huì)導(dǎo)致門框和支撐桿件產(chǎn)生變形。

應(yīng)用ANSYS Workbench Environment仿真軟件,對(duì)兩種雙扇人防門門框先置安裝支撐體系建立有限元模型。為簡化計(jì)算,模型采用梁-板組合結(jié)構(gòu),四邊角鋼和內(nèi)支撐工字鋼采用面體模型,支撐桿件采用線體模型[7]。根據(jù)門框的實(shí)際受力特性,對(duì)門框施加如下約束[8-9]:① 六根支撐鋼管下部施加固定約束;② 底部角鋼施加固定約束。

在混凝土澆筑時(shí),門框主要受到混凝土的側(cè)壓力及自身重力影響,對(duì)側(cè)門框施加非均布擾動(dòng)載荷,如圖4所示,同時(shí)對(duì)門框整體施加豎直方向的重力載荷。

▲圖4 側(cè)門框非均布擾動(dòng)載荷

對(duì)于門框外支撐形式一,在門框下門檻先澆筑,左右框和上門框后澆筑的情況下,位移云圖如圖5所示。最大位移為2.495 6 mm,位于邊框中上部。鄰近邊框的支撐桿件上部產(chǎn)生較大位移。

▲圖5 門框外支撐形式一位移云圖

門框外支撐形式一應(yīng)力云圖如圖6所示,可見門框最大等效應(yīng)力為122.5 MPa,出現(xiàn)在上部內(nèi)支撐與支撐鋼管連接處。門框支撐桿件的最大復(fù)合應(yīng)力為14.704 MPa,出現(xiàn)在支撐鋼管與門框內(nèi)支撐工字鋼連接處。

▲圖6 門框外支撐形式一應(yīng)力云圖

對(duì)于門框外支撐形式二,在門框下門檻先澆筑,左右框和上門框后澆筑的情況下,位移云圖如圖7所示。最大位移為0.891 74 mm,位于邊框中部。鄰近邊框的支撐桿件中上部產(chǎn)生較大位移。

▲圖7 門框外支撐形式二位移云圖

門框外支撐形式二應(yīng)力云圖如圖8所示。門框最大等效應(yīng)力為61.663 MPa,出現(xiàn)在左右框與下門檻連接處。門框支撐桿件的最大復(fù)合應(yīng)力為19.004 MPa,出現(xiàn)在斜支撐鋼管與水平支撐鋼管連接處。

▲圖8 門框外支撐形式二應(yīng)力云圖

在門框下門檻先澆筑,左右框和上門框后澆筑的情況下,兩種門框外支撐形式仿真分析結(jié)果對(duì)比見表1。門框外支撐形式二與門框外支撐形式一相比,最大位移減小64.27%,門框最大等效應(yīng)力減小49.66%,支撐桿件最大復(fù)合應(yīng)力增大29.24%。

4 結(jié)束語

通過有限元仿真分析確認(rèn),筆者設(shè)計(jì)的兩種雙扇人防門門框先置安裝支撐體系在混凝土澆筑過程中,位移及應(yīng)力均滿足雙扇人防門門框相關(guān)安裝規(guī)范的指標(biāo)要求[10]。

綜合比較,門框外支撐形式二采用兩側(cè)斜支撐上端、兩側(cè)水平支撐中部與側(cè)門框角鋼焊接牢固的形式,相比門框外支撐形式一,可以有效減小門框變形位移,并減小門框整體應(yīng)力,對(duì)支撐體系中支撐鋼管受力情況的影響較小。綜合而言,門框外支撐形式二更適合應(yīng)用于雙扇人防門門框的先置安裝。

表1 門框外支撐形式分析結(jié)果對(duì)比