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        蘭石豪布斯卡中央商務(wù)區(qū)轉(zhuǎn)換層大梁模架安全性分析

        2020-11-06 07:16:29包德軍孫建明馮杰文張連勝尚建輝
        甘肅科技縱橫 2020年9期
        關(guān)鍵詞:轉(zhuǎn)換層支撐體系穩(wěn)定性

        包德軍 孫建明 馮杰文 張連勝 尚建輝

        摘要:隨著我國城市化建設(shè)進(jìn)程的快速發(fā)展,越來越多的高層建筑不斷涌現(xiàn),為了滿足業(yè)主對(duì)建筑物的多種使用要求,結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)在工程中經(jīng)常出現(xiàn)。在結(jié)構(gòu)出地面部分設(shè)計(jì)中多處存在轉(zhuǎn)換層大截面梁柱布置。在此部分梁柱的施工中不僅要考慮轉(zhuǎn)換層模架的安全性,還需要考慮模架搭設(shè)的下層結(jié)構(gòu)的安全性。通過轉(zhuǎn)換層一道典型的框架梁模架的設(shè)計(jì)驗(yàn)算和下部結(jié)構(gòu)模架的留置驗(yàn)算,給出了具體的施工方案,保證了轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)施工的安全性。

        關(guān)鍵詞:轉(zhuǎn)換層;支撐體系;強(qiáng)度;長細(xì)比;穩(wěn)定性

        中圖分類號(hào):TU97

        文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

        0引言

        目前在我國建筑工程設(shè)計(jì)中梁板式轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)占比較大。在此部分結(jié)構(gòu)施工中需要對(duì)其模架的安全性進(jìn)行分析,同時(shí)還要對(duì)下部結(jié)構(gòu)的安全性進(jìn)行分析,這樣才能保證結(jié)構(gòu)施工的安全,同時(shí)避免因不合理的模架設(shè)計(jì)而導(dǎo)致施工措施費(fèi)用的浪費(fèi)。

        1工程概況

        蘭石豪布斯卡某總建筑面積約26萬m2、占地面積約5.4萬m2的中央商務(wù)建筑群,地下設(shè)計(jì)為三層大底盤框架結(jié)構(gòu),地上部分設(shè)計(jì)有有辦公、酒店、圖書館等公共建筑。在結(jié)構(gòu)出地面部分設(shè)計(jì)中多處存在轉(zhuǎn)換層大截面梁柱布置。在此部分梁柱的施工中不僅要考慮轉(zhuǎn)換層模架的安全性,還需要考慮模架搭設(shè)的下層結(jié)構(gòu)的安全性。除過這些特殊的梁板結(jié)構(gòu),其余部分結(jié)構(gòu)的模架均可按正常模架設(shè)計(jì)搭設(shè)。本論述通過在轉(zhuǎn)換層一道典型的框架梁模架的設(shè)計(jì)驗(yàn)算和下部結(jié)構(gòu)模架的留置驗(yàn)算,給出了具體的施工方案,保證了轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)施工的安全性。

        2模架施工方案

        通過多方案必選,本工程決定選用Φ148x3扣件式鋼管模板支撐體系(如圖1所示)。

        梁模板采用18mm厚竹膠合板、50mmx100mm木方、M14(水平間距500mm)對(duì)拉螺栓,為防止框架梁在澆筑時(shí)傾斜,板支撐體系水平鋼管和斜撐鋼管加固。梁底等距采用4根小梁、梁側(cè)等距采用6根小梁,主梁間距500mm、立桿間距1m,梁下等距采用4根立桿支撐。除縱橫向掃地桿外,為保證作業(yè)人員施工方便,底部水平桿步距1.8m、其余步距1.2-1.5m,大梁下部設(shè)置縱橫向剪刀撐。

        3轉(zhuǎn)換層框架梁模架驗(yàn)算

        3.1計(jì)算資料

        模板、小梁及主梁參數(shù)見表1所列。

        3.2模板強(qiáng)度、剛度驗(yàn)算

        3.2.1梁底模板強(qiáng)度、剛度驗(yàn)算

        模板自重G1k=0.1kN/m2;

        梁鋼筋混凝土自重(G2k+G3k)×h=(24+1.5)×2=51kN/m2;

        振搗混凝土產(chǎn)生的施工荷載Q2k=2kN/m2;

        取單位寬度1m,按三跨連續(xù)梁計(jì)算(如圖2所示):

        荷載組合設(shè)計(jì)值:ql=0.9xmax{1.2[G1k+(G2k+G3k)×h]+1.4Q2k,1.35[G1k+(G2k+G3k)×h]+1.4ψcQ2k}×b=0.9×max{1.2×[0.1+(24+1.5)×2]+1.4×2, 1.35×[0.1+(24+1.5)×2]+1.4×0.7×2}×1=63.851kN/m。

        (1)強(qiáng)度驗(yàn)算

        Mmax=0.1q1L2=0.1×63.851×0.2672=0.455kN·m;(1)

        σ=Mmax/W=0.455×106/54000= 8.426N/mm2≤[f]=15N/mm2。

        (2)

        滿足要求。

        (2)剛度驗(yàn)算

        荷載組合標(biāo)準(zhǔn)值:q2=G1k+G2k+G3k+Q2k=53.1kN/m;

        v=0.677q2L4/(100EI)=0.677×53.1×2674/(100×10000×486000)=0.376mm<[v]=L/250=267/250=1.068mm。

        (3)

        滿足要求。

        3.2.2側(cè)模板強(qiáng)度、剛度驗(yàn)算

        新澆筑混凝土對(duì)梁側(cè)模板的壓力標(biāo)準(zhǔn)值:G4k=min{0.22γct0β1β2v0.5, γcH}=min{0.22×24×4×1×1.15×20.5, 24×2}=min{34.35,48}=34.35kN/m2。

        振搗混凝土?xí)r梁側(cè)模板荷載標(biāo)準(zhǔn)值:Q2k=4kN/m;

        取單位寬度1m,按三跨連續(xù)梁計(jì)算(如圖3所示):

        q=(G4K+Q2k)×L=(34.35+4)×1= 38.35kN/m。 (4)

        (1)強(qiáng)度驗(yàn)算

        Mmax=0.1q/2=0.1x38.35x0.352=0.47kN.m; (5)

        σ=Max/W=0.47×106/54000=8.7N/mm2≤[f]=15N/mm2。

        (6)

        滿足要求。

        (2)剛度驗(yàn)算

        vmax=0.677qL4/(100EI)=0.677×38.35×3504/(100×10000486000)=0.8mm<[v]=L/250=350/250=1.4mm。

        (7)

        滿足要求。

        3.3小梁強(qiáng)度、剛度驗(yàn)算

        3.3.1梁底小梁強(qiáng)度、剛度

        梁底順跨度方向均布布設(shè)4根小梁,按最不利荷載分布分析,2、3號(hào)小梁分別承擔(dān)1/3梁荷載(見圖2)。

        取2號(hào)小梁所承擔(dān)線荷載為q1=q/3=63.851/3=21.28kN/m。

        梁底順跨度方向立桿縱距1m,每縱距內(nèi)附加1根梁底支撐主梁,因此小梁強(qiáng)剛度按500mm間距,三跨連續(xù)梁計(jì)算。

        (1)強(qiáng)度驗(yàn)算

        Mmax=0.1q1L2=0.1x21.28x0.52=0.532kN.m; (8)

        σ=Mmax/W=0.532×106/83333.33=6.38N/mm2≤[f]=15.444N/mm2。

        (9)

        滿足要求。

        (2)剛度驗(yàn)算

        vmax=0.677q1L4/(100EI)=0.677×21.28×5004/(100×8415x4166667)=0.257mm<[v]=L/250=500/250=2mm。

        (10)

        滿足要求。

        3.3.2梁側(cè)小梁強(qiáng)度、剛度

        前式得新澆筑混凝土對(duì)梁側(cè)模板壓力標(biāo)準(zhǔn)值G4k=34.35kN/m2;

        梁側(cè)小梁所受均布荷載q靜=0.9×1.35×G4K×L=0.9x1.35x34.35x1=41.74kN/m:

        梁側(cè)小梁支座反力Rmax=41.74x0.35=14.6kN;

        取q=14.6kN/m。

        (1)強(qiáng)度驗(yàn)算

        Mmax=0.1qL2=0.1x14.6x0.52=0.365kN.m; (11)

        σ=Mmax/W=0.365×106/83333.33=4.38N/mm2≤[f]=15.444N/mm2。

        (12)

        滿足要求。

        (2)剛度驗(yàn)算

        Vmax=0.677qL4/(100EI)=0.677×14.6×5004/(100×8415×4166667)=0.176mm<[v]=L/250=500/250=2mm。

        (13)

        滿足要求。

        3.4主梁強(qiáng)度、剛度驗(yàn)算

        3.4.1梁底主梁強(qiáng)度、剛度驗(yàn)算

        由前式所得梁底荷載組合設(shè)計(jì)值為63.851kN/M,梁底主梁間距500mm,每道主梁承力31.93kN。每道主梁有兩根鋼管組合,主梁不均勻受力系數(shù)0.6,每根鋼管承力31.93kNx0.6=19.16kN。

        梁底順跨度方向均布布設(shè)4根小梁,按最不利荷載分布分析,2、3號(hào)小梁分別承擔(dān)1/3梁荷載(見圖2)。

        木方傳給鋼管的集中力F1、F2、F3、F4分別為3.193kN、6.387kN、6.387kN、3.193kN。

        按最不利工況分析,將計(jì)算簡圖(圖4)簡化為第二跨簡支梁計(jì)算,F(xiàn)2、F3分別距支點(diǎn)2、3距離為0.1m。

        (1)強(qiáng)度驗(yàn)算

        Mmax=F2xa=6.387x0.1=0.6387kN·m:

        (14)

        σ=Mmax/W=0.6387×106/4490=142.25N/mm2≤[f]=205N/mm2。

        (15)

        滿足要求。

        (2)剛度驗(yàn)算

        vmax=F2xa(3L2-4a2)/(24EI)=6387x100x(3x4662-4x1002)/(24×206000×107800)=0.73mm<[v]=L/250=350/250=1.4mm。

        (16)

        滿足要求。

        3.4.2梁側(cè)主梁強(qiáng)度、剛度驗(yàn)算

        梁側(cè)模承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)值:S承=0.9max[1.2G4k+1.4Q2k, 1.35G4k+1.4×0.7Q2k]=0.9max[1.2×34.35+1.4x4,1.35x34.35+1.4x0.7x4]=0.9max[46.82,50.29]=0.9x50.29=45.26kN/m2。

        梁側(cè)主梁間距500mm,每道主梁承力22.63kN。每道主梁由兩根鋼管組合,主梁不均勻受力系數(shù)0.6,每根鋼管承力22.63kNx0.6=13.58kN。

        梁側(cè)順跨度方向均布布設(shè)6根小梁,按最不利荷載分布分析,每跨中受集巾力13.58kN。

        (1)強(qiáng)度驗(yàn)算

        Mmax=0.15FL=0.15x13.58x0.35=0.713kN·m;(17)

        σ=Max/W=0.713×106/4490=158.8N/mm2≤[f]=205N/mm2。

        (18)

        滿足要求。

        (2)剛度驗(yàn)算

        vmax=1.146FL3/(100EI)=1.146×13.58×103×5003/(100 x206000x107800)=0.876mm<[v]=L/250=350/250=1.4mm。

        (19)

        滿足要求。

        3.5對(duì)拉螺栓驗(yàn)算

        設(shè)置Φ12對(duì)拉螺栓,豎向4道,豎向間隔150mm、350mm、600mm、500mm設(shè)置(見圖1)。

        取受力最大第3道螺桿分析,b=600/2+500/2=550mm,a=500mm;

        Fs=0.95(1.2xG4k+1.4Q2k)=0.95(1.2x34.35+1.4x4)=44.48kN/m2;

        (20)

        N=abFs=0.55x0.5x44.48=12.2kN

        (21)

        滿足要求。

        3.6立桿驗(yàn)算

        3.6.1 長細(xì)比驗(yàn)算

        l0=h=1800mm;

        (22)

        λ=l0/i=1800/15.9=113.208≤[λ]=150。

        (23)

        長細(xì)比滿足要求。

        3.6.2穩(wěn)定性計(jì)算

        由前式所得梁底荷載組合設(shè)計(jì)值為63.851kN/m,梁底立桿縱向間距1.0m,每排立桿承力R=63.851kN。

        梁底順跨度方向均布布設(shè)4根小梁,按最不利荷載分布分析,2、3號(hào)小梁分別承擔(dān)1/3梁荷載,1、4號(hào)小梁各承擔(dān)1/6梁荷載,如圖2所示。1、4號(hào)小梁分別由1、2和3、4號(hào)立桿承力,2、3號(hào)小梁由2、3號(hào)立桿均分承力。

        計(jì)算得:每排立桿R1=R4=63.851/6x167/467=3.8kN;

        (24)

        R2=R3=63.851/6x300/467+63.851/3=28.12kN;(25)

        f=N/(φA)=28120/0.496x424=133.7N/mm2≤[f]=205N/mm2。

        (26)

        滿足要求。

        4轉(zhuǎn)換層大梁下部結(jié)構(gòu)承載力驗(yàn)算

        4.1荷載計(jì)算

        轉(zhuǎn)換層框架梁自重:bxh×(G2k+G3k)=0.8X2X(24+1.5)=40.8kN/m;

        (27)

        負(fù)一層框架梁自重:bxhx(G2k+G3k)=0.4x0.7x(24+1.5)=7.14kN/m;

        (28)

        模板與支架自重:BxG1k=1.4X0.75=1.05kN/m;(29)

        恒荷載總和:q恒=40.8+7.14+1.05=48.99kN/m;(30)

        活荷載:q恒=3x1.4=4.2kN/m;

        (31)

        荷載設(shè)計(jì)值:q=1.2x48.99+1.4x4.2=64.668kN/m。

        (32)

        4.2承載力計(jì)算

        負(fù)一層框架梁計(jì)算長度L0=1.05x5.8=6.09m;(33)

        按連續(xù)梁計(jì)算彎矩:M=0.1ql2=0.1x64.668x6.092=239.84kN·m;

        (34)

        負(fù)一層及負(fù)二層梁截面為400mmx700mm,混凝土實(shí)際強(qiáng)度按C20計(jì)算,鋼筋為三級(jí)鋼,底部配4Φ25。則A=M/bh02fc=239.84x106/400x6502x9.6=0.148; (35)

        查表得ξ=0.16,

        則AB=ξbh0f0fc/fy=0.16x400x650x9.6/300=1331.2mm2<1963.6mm2(實(shí)配4Φ25)

        (36)

        驗(yàn)算證明負(fù)一層梁在轉(zhuǎn)換梁澆筑時(shí)可以承擔(dān)上部荷載壓力。按照施工進(jìn)度要求,在施工轉(zhuǎn)換層大梁時(shí),負(fù)二層、負(fù)三層樓面的混凝土強(qiáng)度僅達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%、80%。為確保施工過程中結(jié)構(gòu)安全,施工中在框架梁模架底部設(shè)置通長木腳手板(50mmx300mm×3000mm)擴(kuò)散集中應(yīng)力,負(fù)二層結(jié)構(gòu)不拆除原模架,由已施工完畢的負(fù)二層結(jié)構(gòu)將應(yīng)力傳遞至負(fù)三層梁柱結(jié)構(gòu),在負(fù)三層相應(yīng)梁下設(shè)置鋼管回頂。

        5結(jié)束語

        本論述通過對(duì)800mmx2000mm的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層框架梁模板支撐體系的驗(yàn)算和對(duì)其下部結(jié)構(gòu)支撐的驗(yàn)算,給出了轉(zhuǎn)換層框架梁安全經(jīng)濟(jì)的模架體系施工方案以及在施工進(jìn)度要求情況下的下部結(jié)構(gòu)模架支撐及回頂?shù)陌踩?jīng)濟(jì)的施工方案,保證了大截面混凝土框架梁施工過程的安全性和經(jīng)濟(jì)合理性。

        參考文獻(xiàn):

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        [3]建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范:JGJ 162-2008[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2008.

        [4]中國建筑科學(xué)研究院.建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范:JGJ 130-2011[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2011.

        [5]《建筑施工手冊(cè)》(第五版)編委會(huì).建筑施工手冊(cè)[M].5版.北京:中國建筑工業(yè)出版社,2012.

        [6]吳垚,肖備,蔣曉燕,等.施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)施安全設(shè)計(jì)計(jì)算手冊(cè)[M].2版.北京:中國建筑工業(yè)出版社,2014.

        收稿日期:2020-06-08

        作者簡介:包德軍(1978-),男,漢族,甘肅永登人,大學(xué)本科,工程師,主要從事建筑工程施工管理工作。

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