楊亞明 宋大帥 王一林 劉 明
中建三局第二建設(shè)工程有限責(zé)任公司 湖北 武漢 430074
隨著國際時事的變化,能源儲備成為各國爭相發(fā)展的對象,我國石油戰(zhàn)略儲備嚴(yán)重不足,近幾年國家加大了戰(zhàn)略儲備力度,國家成品油儲備項目的建設(shè)日漸增多,覆土油罐因其良好的戰(zhàn)略隱蔽性成了近年來發(fā)展的重點。
覆土油罐分為內(nèi)罐和外罐,內(nèi)罐為鋼結(jié)構(gòu),外罐為混凝土結(jié)構(gòu)。目前,大部分項目外罐的弧形穹頂模板支撐架由扣件式滿堂支撐架搭設(shè)而成,但是扣件式滿堂支撐架自身承載能力較弱,立桿間距較密且罐體自身為封閉結(jié)構(gòu),在很大程度上加大了扣件式滿堂支撐架的裝拆困難。
處于貴州省的某成品油儲備工程,覆土油罐外罐為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),罐壁為內(nèi)徑30.5 m圓形墻壁?;A(chǔ)為筏板基礎(chǔ),基礎(chǔ)上部澆筑最薄處厚320 mm的混凝土墊層,墊層從中間向四周找2.5%的坡,墊層在罐體邊緣處的相對標(biāo)高為±0 m。屋面采用球形穹頂,穹頂最低點相對標(biāo)高為19.663 m,最高點相對標(biāo)高為22.460 m,穹頂混凝土殼厚200~575 mm(圖1)。
圖1 鋼筋混凝土罐剖面
本工程施工難點在于穹頂模板支撐架的搭設(shè),在其施工時應(yīng)考慮以下幾個方面:
1)覆土罐采用球形穹頂,模板支撐架頂部成弧難度高。
2)穹頂板厚在200~575 mm范圍內(nèi)變化。其中邊緣3 500 mm以內(nèi)殼厚在200~575 mm范圍內(nèi)漸變,中間3 300 mm范圍以內(nèi)殼厚在200~300 mm范圍內(nèi)漸變,頂板較厚,對腳手架的承載能力要求較高。
3)穹頂最低點距基礎(chǔ)混凝土面19.663 m,最高點距基礎(chǔ)混凝土面22.460 m,根據(jù)建辦質(zhì)[2018]31號文,屬于超過一定規(guī)模的危險性較大的分部分項工程。
4)在覆土罐內(nèi)施工,空間密閉,采用扣件式滿堂支撐架所需材料較大,且在密閉空間中安裝拆卸速度較慢,危險性較大。
5)工程地處偏僻,交通運(yùn)輸不便。
綜合考慮以上因素,并經(jīng)過周密的結(jié)構(gòu)計算,首次引入組合式盤扣滿堂支撐架,并通過對其進(jìn)行改進(jìn),解決了盤扣支撐架立桿間距大、成弧難的問題。
為了解決常規(guī)扣件式滿堂支撐架耗費(fèi)材料大、效率低的問題,并通過對其進(jìn)行改進(jìn),提出了組合式盤扣滿堂支撐架施工技術(shù)。
組合式盤扣滿堂支撐架分為下部基礎(chǔ)支撐架和上部轉(zhuǎn)換支撐架兩大部分?;A(chǔ)支撐架是整個體系的承重部分,由新型盤扣腳手架組成,承擔(dān)上部轉(zhuǎn)換支撐架傳遞的荷載。轉(zhuǎn)換支撐架是整個組合式支撐架體系轉(zhuǎn)換的核心部分,為了解決盤扣支撐架立桿間距大、成弧難的問題,在每排立桿中間增加豎向傳力的短鋼管,即轉(zhuǎn)換立桿,且通過增加斜撐來改善受力,從而使轉(zhuǎn)換支撐架整體自成一個桁架體系,傳力明確[1-2]。
整個腳手架體系既發(fā)揮了盤扣式支撐架裝拆快捷、承載力高的優(yōu)點,又利用了鋼管支撐架搭拆靈活的特點,通過增加轉(zhuǎn)換立桿的方式,增加支撐節(jié)點,不但提高了架體的整體受力性能,而且提高了整個弧形穹頂?shù)某苫【群统苫≠|(zhì)量(圖2)。
圖2 組合式滿堂盤扣支撐架
基礎(chǔ)支撐架承受著上層銜接支撐架傳遞的各方向荷載,受力較復(fù)雜,是整個支撐架體系的核心承重部分。
基礎(chǔ)支撐架采用承插型盤扣式腳手架搭設(shè),按照最大板厚處進(jìn)行承載力驗算,立柱規(guī)格為φ60 mm×3.2 mm,材質(zhì)為Q345B;橫桿規(guī)格為φ48 mm×2.5 mm,材質(zhì)為Q235;設(shè)計立桿間距為150 cm,步距為150 cm(圖3)。
根據(jù)GB 51210—2016《建筑施工腳手架安全技術(shù)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》,采用豎向斜撐桿、豎向交叉拉桿代替支撐腳手架豎向剪刀撐,并根據(jù)盤扣腳手架的受力原理,按照格構(gòu)式對斜桿進(jìn)行布置(圖4),增強(qiáng)架體的整體穩(wěn)定性。
圖3 基礎(chǔ)支撐架平面
圖4 基礎(chǔ)豎向斜桿布置平面
轉(zhuǎn)換支撐架主要由懸空立桿、斜桿、盤扣腳手架三部分組成,取1 500 mm×1 500 mm一個格構(gòu)單元進(jìn)行分析(圖5)。
圖5 立桿及斜拉桿布置
1)轉(zhuǎn)換立桿。鑒于覆土罐弧形穹頂結(jié)構(gòu),且頂板厚度在200~575 mm范圍變化,精確成弧和提供穹頂足夠承載力都要求支撐架頂部立桿間距小于900 mm。因此,在盤扣腳手架相鄰立桿之間和每個盤扣格構(gòu)單元中心位置均增加一轉(zhuǎn)換立桿,頂部腳手架立桿間距從1 500 mm×1 500 mm轉(zhuǎn)化為750 mm×750 mm,滿足穹頂成弧和主龍骨承載力需要??拷夤薰薇诘膮^(qū)域是整個支撐架的支撐“盲區(qū)”,需要增加落地式轉(zhuǎn)換立桿直接支撐主龍骨。
2)斜撐。由于轉(zhuǎn)換立桿的軸向力直接傳遞至盤扣架橫桿,容易導(dǎo)致橫桿的變形,且對架體局部穩(wěn)定性不利。為了改善調(diào)節(jié)立桿的不利受載條件,每根轉(zhuǎn)換立桿底部與盤扣腳手架主節(jié)點之間設(shè)置2道斜撐,通過斜撐把轉(zhuǎn)換立桿的軸向力傳遞到盤扣架主節(jié)點上。
3)盤扣式腳手架。轉(zhuǎn)換支撐架處的盤扣腳手架搭設(shè)參數(shù)及斜桿構(gòu)造同底部基礎(chǔ)支撐架。
模板體系主要由主龍骨、次龍骨、模板這3個部分組成(圖6)。
圖6 模板體系示意
用腳手架安全計算軟件對基礎(chǔ)支撐架進(jìn)行驗算,驗算結(jié)果表明,承載力滿足規(guī)范要求。
采用邁達(dá)斯軟件對頂部轉(zhuǎn)換支撐架進(jìn)行強(qiáng)度及穩(wěn)定性驗算校核。
1)強(qiáng)度驗算校核。按照三連跨建立模型,取500 mm板厚作為恒荷載,活荷載取3 kN/m2,按照鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范進(jìn)行驗算。根據(jù)計算結(jié)果,按照最不利荷載進(jìn)行組合,滿堂式支撐架桿件體系最大應(yīng)力值為87.67 MPa,小于桿件屈服強(qiáng)度215 MPa,桿件受力滿足要求。
2)穩(wěn)定性驗算校核。對滿堂式支撐架架體進(jìn)行位移驗算。根據(jù)計算結(jié)果,其最大位移為2.452 mm,小于桿件10 mm位移量,滿足要求。根據(jù)上述計算結(jié)果,增加懸空支座下部的斜桿,對其軸力進(jìn)行單獨的分析。根據(jù)計算結(jié)果,斜桿所受最大軸力為7.458 kN,小于12 kN(雙扣件),扣件的抗滑移滿足規(guī)范要求。
基礎(chǔ)支撐架嚴(yán)格按照設(shè)計縱橫間距和步距搭設(shè)。
1)盤扣式腳手架的搭設(shè)。盤扣式腳手架的搭設(shè)同基礎(chǔ)支撐架。
2)轉(zhuǎn)換立桿的搭設(shè)。搭設(shè)中,應(yīng)通過吊錘線等方式盡量保證轉(zhuǎn)換立桿垂直度,且保證扣件數(shù)量不得小于設(shè)計值。
3)搭設(shè)斜撐。斜桿對于荷載的傳遞減少了立桿扣接橫桿的變形,因此,每根轉(zhuǎn)換立桿均應(yīng)搭設(shè)2根斜桿。斜桿的一端應(yīng)扣接在轉(zhuǎn)換立桿底部,另一端扣接在盤扣架主節(jié)點處[3-5]。
完成支撐架體系的搭設(shè)工作后,即可進(jìn)行模板體系的搭設(shè)工作,模板搭設(shè)順序應(yīng)遵循由下至上、依次搭設(shè)的原則。
1)主龍骨的搭設(shè)。穹頂模板支撐架的主龍骨為雙鋼管,主龍骨的搭設(shè)應(yīng)在所有立桿頂部標(biāo)高調(diào)整到設(shè)計標(biāo)高后進(jìn)行,雙鋼管經(jīng)過微彎后,通過鋼絲固定在立桿頂托上。
2)次龍骨的搭設(shè)。穹頂模板支撐架的次龍骨為35 mm×85 mm木方,為保證弧度的精準(zhǔn),木方鋪設(shè)時應(yīng)橫著放,雖然橫放使木方的承載能力減弱,但是有利于模板成弧。
3)模板的鋪設(shè)。模板直接釘在木方上,完成模板鋪設(shè)。
混凝土澆筑應(yīng)采用2臺汽車泵從四周向中間進(jìn)行澆筑,使架體上的荷載呈對稱分布,避免由于荷載集中使架體傾斜(圖7)。
圖7 混凝土澆筑線路
本文介紹了10 000 m3覆土罐球面穹頂施工的一種新型支撐體系,該支撐體系有效地解決了常規(guī)扣件式滿堂式支撐架搭拆周期長、安全隱患多、耗費(fèi)鋼材多等問題,并節(jié)省了26 d工期和140 t鋼管的費(fèi)用,可為今后類似工程提供參考方案。