金 澤 許 峰 吳應(yīng)強

浙江省三建建設(shè)集團有限公司 浙江 杭州 310016

筒倉一般是指儲存散裝材料的直立容器，筒倉的平面形狀一般為正方形、圓形、長方形、多邊形。早期筒倉倉頂施工的支撐體系采用傳統(tǒng)鋼管扣件的垂直支撐體系，存在著搭設(shè)周期長、搭設(shè)高度高、安全隱患大、鋼管扣件需求量大、拆除工作量大等不足。隨著工程施工技術(shù)的發(fā)展，筒倉倉頂?shù)闹误w系逐漸由傳統(tǒng)的垂直支撐體系向空間水平支撐體系發(fā)展[1-5]。但純空間水平支撐體系受限于體系自身剛度、強度及穩(wěn)定性，不能夠適應(yīng)一些大直徑的筒倉倉頂施工，通過提高桿件規(guī)格、數(shù)量來加強體系自身成本又太高。所以，本文從安全性、可靠性、經(jīng)濟性三方面綜合考慮，設(shè)計了一種中心立柱＋鋼桁架支撐體系。

1 工程概況

杭州市仁和糧食儲備庫建設(shè)工程（標(biāo)段一）為新建工程，主要包括20個圓形淺圓倉，總?cè)萘繛?50 000 t。淺圓倉倉壁結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，倉頂蓋為現(xiàn)澆鋼筋混凝土錐頂；倉頂板厚度為150～200 mm，混凝土強度等級C30。淺圓倉內(nèi)徑均為26.0 m，裝糧高度均為25.7 m，建筑高度均為41.5 m。

倉壁鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)采用滑模進行施工，最后進行淺圓倉倉頂?shù)氖┕?。根?jù)工程現(xiàn)場實際情況，淺圓倉錐形倉頂采用中心立柱結(jié)合鋼桁架平臺做支撐體系，并在支撐體系上進行支模的施工方法。

2 設(shè)計思路

本工程淺圓倉數(shù)量較多，共計20個；工程為杭州市重點工程，建設(shè)周期短。綜合考慮后，20個淺圓倉按2個倉為1組，共分10組，進行平行施工。若采用傳統(tǒng)的鋼管支模架，需大量的鋼管、扣件及操作工人，且施工周期長、安全隱患大，故設(shè)計一種穩(wěn)定性強、經(jīng)濟性好、安全性高的支撐體系對本工程淺圓倉施工的安全及進度管控顯得尤為重要。

2.1 支撐體系描述

中心立柱＋鋼桁架支撐體系由中心立柱（800 mm×20 mm鋼管、Q235鋼材、每節(jié)長為3 m，節(jié)間通過法蘭使用M20高強螺栓連接）、鋼桁架（每個桁架單元由弦桿、豎桿、斜桿組成，桁架共32榀，環(huán)向每11.25°布置）、桁架銷子（φ34 mm、材料為30CrMnTi）等主要構(gòu)件組成。支撐體系構(gòu)造如圖1、圖2所示。

圖2 支撐體系剖面示意

圖1 支撐體系俯視

2.2 水平鋼桁架

水平鋼桁架由桁架單元通過桁架銷子連接組裝而成，在桁架銷子的一端有一個小圓孔，安裝時插入保險卡，以防止桁架銷子脫落。桁架銷子頂端有一凹槽，方向與小圓孔方向一致，安裝時使凹槽與上下弦桿平行，以確保保險卡順利插入銷子孔內(nèi)。面對不同直徑的淺圓倉時，可通過調(diào)節(jié)桁架徑向尺寸來滿足施工需求。桁架單元構(gòu)成如圖3所示，桁架單元桿件信息如表1所示。

圖3 桁架單元構(gòu)成示意

表1 桁架單元桿件性能

2.3 中心立柱底部加強

中心立柱放置于下部結(jié)構(gòu)平臺上，為確保支撐體系自身結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，對中心立柱及其下部結(jié)構(gòu)平臺進行加強。中心立柱底部設(shè)置兩個方向長各6 m的H型鋼以增加中心立柱與下部結(jié)構(gòu)平臺的接觸面，兩個方向的H型鋼間采用12#槽鋼設(shè)置水平連接，加強穩(wěn)定性；同時在下部結(jié)構(gòu)平臺下方設(shè)置鋼管支撐加固體系，以確保平臺結(jié)構(gòu)安全，支撐加固體系立于基礎(chǔ)底板上（圖4、圖5）。

圖4 中心立柱底部加強平面示意

圖5 中心立柱底部加強剖面示意

2.4 中心立柱頂部構(gòu)造

為便于鋼桁架與中心立柱連接，在中心立柱頂部設(shè)置鋼牛腿及環(huán)形托盤，具體構(gòu)造如圖6、圖7所示。中心立柱與鋼牛腿，鋼牛腿與環(huán)形托盤均采用M20高強螺栓連接。螺栓連接的擰緊分初擰、終擰，并在24 h內(nèi)完成；擰緊后，采用小錘敲擊法，對螺栓逐個敲栓并進行扭矩的隨機抽檢，以確保連接質(zhì)量。高強螺栓施工中緊固順序是：先頂層后底層，最后為中間層次。同一連接面上的螺栓緊固，應(yīng)由接縫中間向兩端交叉進行。兩個連接構(gòu)件的緊固順序為：先主要構(gòu)件后次要構(gòu)件。為實現(xiàn)中心立柱頂部構(gòu)造的精準(zhǔn)加工，運用BIM技術(shù)進行建模（圖8）。

圖6 中心立柱頂部構(gòu)造

圖7 中心立柱頂部鋼牛腿及 環(huán)形托盤布置示意

圖8 中心立柱頂部構(gòu)造三維示意

2.5 鋼桁架支撐體系擱置

鋼桁架一端使用銷軸與中心立柱頂部環(huán)形托盤連接，另一端則自由放置在倉壁預(yù)留洞口處（倉壁滑模施工時在相應(yīng)標(biāo)高、對應(yīng)位置處留設(shè)預(yù)留洞口），如圖9所示。

圖9 鋼桁架支撐體系擱置三維示意

2.6 倉頂結(jié)構(gòu)支模架搭設(shè)

中心立柱＋鋼桁架支撐體系作為倉頂結(jié)構(gòu)施工所需支模架的承載平臺，平臺上鋪10#工字鋼作為上部倉頂支模架的立桿基礎(chǔ)，倉頂結(jié)構(gòu)支模架采用傳統(tǒng)的扣件式鋼管支模架、木模板體系（圖10）。

圖10 基于中心立柱＋鋼桁架支撐體系的倉頂結(jié)構(gòu)支模架剖面示意

3 荷載分析

本支撐系統(tǒng)借助于有限元軟件，對該鋼支撐平臺系統(tǒng)在淺圓倉屋蓋施工時的各種不利工況下的可靠性（包括支撐系統(tǒng)的整體剛度、桁架桿件的穩(wěn)定和強度、預(yù)埋件強度、焊縫強度、連接銷軸的強度等）進行了分析計算。

有限元模型采用笛卡爾坐標(biāo)系，x、y方向為水平坐標(biāo)，z向豎直向上。中心支撐結(jié)構(gòu)、鋼桁架、上下環(huán)梁構(gòu)成空間結(jié)構(gòu)。中心支撐結(jié)構(gòu)和桁架等結(jié)構(gòu)采用3D3S軟件模擬。

3.1 約束條件

1）塔架底部與基礎(chǔ)：約束x、y、z這3個方向的線位移和繞x、y、z軸的角位移。

2）塔架與環(huán)梁的連接點：耦合x、y、z這3個方向的線位移和繞x、y、z軸的角位移。

3）環(huán)梁分段的連接點：耦合x、y、z這3個方向的線位移和繞x、y、z軸的角位移。

4）鋼桁架與環(huán)梁連接點：耦合x、y、z這3個方向的線位移，其余自由度釋放。

5）鋼桁架與倉壁支座連接點：約束z方向和切向位移，其余自由度釋放。

經(jīng)有限元軟件計算分析，該結(jié)構(gòu)能夠滿足承載力計算要求，應(yīng)力比最大值為0.78。

4 支撐體系的安裝與拆除

4.1 施工順序

分段拆除滑模平臺→安裝中心立柱→安裝鋼桁架→鋪設(shè)工字鋼→搭設(shè)支模架→安裝梁底模板→綁扎梁鋼筋→安裝板模板→綁扎板鋼筋→澆筑混凝土（倉頂環(huán)梁分2次進行澆筑）

4.2 支撐體系的安裝

4.2.1 安裝中心立柱

1）塔節(jié)組對。按鋼平臺圖紙設(shè)計要求，將每段塔節(jié)的主管采用φ800 mm×20 mm鋼管分段為3 m一節(jié)。地面組裝時，所有20 mm×60 mm高強螺栓僅施加大于等于360 N·m的扭矩，安裝誤差均要求小于2 mm（包括軸線尺寸、橫截面對角線尺寸）。

2）塔節(jié)安裝。塔節(jié)基礎(chǔ)找平，偏差應(yīng)控制在±2 mm之內(nèi)。底段塔節(jié)安裝，使用塔吊就位。塔節(jié)每段重1 100 kg，塔吊起重在每倉位置的不同，起升能力也不同，根據(jù)塔吊吊距遠(yuǎn)近分片安裝或整片安裝，以滿足吊裝要求。

底段塔節(jié)就位后，測量塔節(jié)垂直度，要求偏差小于2 mm。底段塔節(jié)安裝后，吊裝標(biāo)準(zhǔn)塔節(jié)。標(biāo)準(zhǔn)塔節(jié)就位后，首先測量垂直度，要求精度同上。滿足要求后，扭緊塔節(jié)主管間法蘭連接螺栓，同樣分為初扭和終扭（力矩值同上），每個連接法蘭的6個螺栓的扭緊次序為沿對角方向，4處法蘭沿對角方向扭緊。扭緊法蘭螺栓后，按底段塔節(jié)的操作方法，將各個拉桿和主管間的高強螺栓扭緊。

再次測量安裝精度，滿足要求后，連接塔節(jié)間的斜拉桿，高強螺栓的施工次序、扭矩值同上。按上述方法，直至上部塔節(jié)組裝完畢。整體塔架垂直度偏差應(yīng)控制在40 mm之內(nèi)。

4.2.2 安裝頂部中心筒

1）托盤組對。托盤分為4 段，采用高強螺栓20 mm×60 mm連接，在地面完成組裝。高強螺栓的終扭值不低于720 N·m，施工方法與次序按上述要求進行。

2）托盤安裝 。使用塔吊進行吊裝，托盤質(zhì)量約為1 500 kg，塔吊的起升能力滿足要求。

托盤就位后，使用高強螺栓與上部塔節(jié)連接，高強螺栓20 mm×65 mm的終扭值不低于720 N·m，施工方法與次序按上述要求進行。

4.2.3 安裝桁架

當(dāng)滑模施工滑到34.8 m時，停止滑模施工，拆除滑模平臺。在倉壁上預(yù)留的30 cm×30 cm×18 cm洞口（洞口下皮為34 m），作為倉頂板施工的平臺標(biāo)高。使用塔吊進行吊裝，每片質(zhì)量約1 100 kg，塔吊的起升能力滿足要求。

吊裝就位后，一端使用銷軸與托盤連接，另一端自由放置在倉壁預(yù)留洞口處，桁架的擺放次序按照中心對稱方向進行。同時進行桁架環(huán)向拉桿的安裝，連接螺栓20 mm×50 mm的扭緊力矩不低于450 N·m。32榀桁架安裝后，檢測32榀桁架的平面度，如相鄰3榀桁架的平面高差超出5 mm，應(yīng)在倉壁洞口支座上增設(shè)墊板予以調(diào)整。

整體安裝完畢后，對塔節(jié)間、拉桿與塔節(jié)主管、托盤與塔節(jié)的連接及桁架進行復(fù)查，復(fù)查內(nèi)容包括以下內(nèi)容：高強螺栓是否全部安裝，有無缺失；抽檢高強螺栓的扭矩值（塔節(jié)間不低于30%，拉桿與塔節(jié)主管間不低于20%）；校核塔架垂直度偏差，如整體偏差大于40 mm，應(yīng)通過桁架的擺放予以調(diào)整；32榀桁架的平面度，如超標(biāo)，則需再次調(diào)整倉壁支座墊板。

復(fù)查完成后，即利用此支撐體系作為上部倉頂結(jié)構(gòu)模板支架的支撐平臺，開始進行鋼管扣件支撐體系的搭設(shè)，隨后進入模板鋪設(shè)、鋼筋綁扎、混凝土澆筑等常規(guī)工藝程序，在此不展開敘述。

4.3 支撐體系的拆除

首先拆除搭設(shè)于支撐體系上部的鋼管扣件支模架體，拆除方式同常規(guī)鋼管扣件支模體系，在倉頂預(yù)留孔洞處設(shè)置卷揚機用于拆除后材料的轉(zhuǎn)運（圖11）。

圖11 支撐體系上部支模架拆除工況

完成支模架拆除后，開始拆除鋼桁架支撐體系，使用2臺2 t卷揚機，固定在屋面，1臺卷揚機鋼絲繩從屋面中心預(yù)留洞下，1臺卷揚機鋼絲繩從屋面靠近倉壁500 mm處，對應(yīng)桁架上方預(yù)留洞下。用2臺卷揚機抬起桁架并拔出銷子，將桁架放到倉底上，并在漏斗洞口移出倉外。

每榀桁架自重約1 100 kg，使用2臺2 t卷揚機可以滿足操作要求。調(diào)整靠倉壁卷揚機到下一處桁架上方預(yù)留洞上操作下一片桁架，依次吊裝其余桁架（圖12）。

圖12 鋼桁架拆除工況

完成鋼桁架拆除后，通過搭設(shè)鋼管操作架用于工人操作，使用固定于屋面的卷揚機，對中心立柱進行分段拆除，并卸至下部結(jié)構(gòu)平臺上，通過裝糧口移出倉外（圖13）。

圖13 中心立柱拆除工況

5 結(jié)語

本工程倉頂采用的中心立柱＋32榀鋼桁架支撐體系，構(gòu)造簡單、制作便捷并易于組裝及拆除，各桿件受力較為合理。桁架由桁架單元通過桁架銷子組成，所以可通過桁架單元的組裝調(diào)節(jié)來適應(yīng)不用直徑的倉頂結(jié)構(gòu)施工。運用該支撐體系相較傳統(tǒng)的鋼管支模架體系能夠縮短倉頂施工工期15 d（中心立柱＋鋼桁架支撐體系安裝僅需5 d，傳統(tǒng)的鋼管支模架體系安裝需要20 d），給建設(shè)、施工單位帶來了良好的經(jīng)濟效益，同時提高了倉頂施工過程中的安全穩(wěn)定性。