彭琳琳 (安徽建筑機械有限責(zé)任公司,安徽 合肥 230601)
蕪湖某一高層建筑工程施工項目規(guī)劃總用地面積118203.5m,約11.8hm(177畝),總建筑面積約27萬m,其中住宅建筑面積201872m,綠地率不低于35%。規(guī)劃內(nèi)住宅包括洋房、高層、小高層、疊墅四種類型。其中32#樓,地上27層,地下一層,機房頂層高度82.8m,標(biāo)準(zhǔn)層高。
根據(jù)項目施工組織總設(shè)計,規(guī)劃在32#樓安裝一臺QTZ80(QTZ5610)塔機。如圖1所示。當(dāng)建筑物樓層到達11層時,需在塔機和建筑物之間設(shè)置一道附著裝置,以保證塔身鋼結(jié)構(gòu)平衡,不能失穩(wěn)。QTZ5610塔機標(biāo)配為三桿式附著裝置,需兩個附著連接支座設(shè)置點,且附著裝置兩邊桿與墻面允許角度:40°~70°。但由于現(xiàn)場施工人員考慮欠妥,錯誤的定位了塔機基礎(chǔ)的位置,導(dǎo)致塔機西邊附著桿無法正常在建筑物上附著。因此,針對此類情況需確定一個安全可靠的附著方案。
圖1 QTZ80(QTZ5610)塔機現(xiàn)場布置圖
根據(jù)現(xiàn)場塔機基礎(chǔ)實際定位點可知:塔機中心距建筑物表面3.6m,塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)西邊主桿外圓距西邊剪力墻外墻面0.4m。考慮到塔機三桿式附著的受力特點,將雙桿附著點設(shè)置在塔機東邊的剪力墻上,角度分別為54.57°、38.12°,滿足規(guī)范要求。單桿附著點需沿塔機西邊剪力墻向外延伸,直至與墻面夾角約65°,并設(shè)計成空間三角形結(jié)構(gòu)進行加固,如圖2所示。需要注意的是因東邊剪力墻墻面寬度不夠,附著連接支座不能像正常情況一樣使用穿墻螺栓連接,需提前進行螺栓預(yù)埋。
圖2 塔機附著桿布置示意圖
為了滿足此類塔機附著桿附著條件,設(shè)計了一種向外延伸的懸挑梁結(jié)構(gòu),以保證塔機可以順利加節(jié),工程可以繼續(xù)施工。
初步設(shè)計構(gòu)思,懸挑梁為一個整體的空間三角形結(jié)構(gòu),即上部為平面三角形結(jié)構(gòu),其一直角邊梁水平固定于剪力墻上,另一直角邊梁垂直于剪力墻向西懸挑延伸;下端焊接有固定于剪力墻的立桿,立桿和三角架之間焊接有斜撐桿。因附著桿調(diào)節(jié)距離有限,為了保證可以順利安裝,工廠制作時將水平結(jié)構(gòu)三角架、立桿、斜撐桿分別加工,運至現(xiàn)場后,安裝人員先將三角架和立桿定位好,用穿墻螺栓緊固,然后將連接處焊接在一起,最后將斜撐桿焊接在三角架和立桿之間??紤]到一般施工現(xiàn)場條件有限,配焊比較費時費力,操作難度較大,對現(xiàn)場安裝人員要求較高,因此,對結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化改進。
優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)將原來的整體拆分為三角架、斜撐桿和立桿三個部件,組裝后形成空間三角形架構(gòu),如圖3所示。各部件相互獨立,現(xiàn)場只需通過銷軸簡單連接組裝,無需配焊,安裝方便快捷,省時省力。
圖3 懸挑梁優(yōu)化結(jié)構(gòu)示意圖
①三角架:主體結(jié)構(gòu)由25b槽鋼拼焊形成平面三角形結(jié)構(gòu),穩(wěn)定性強。三角架靠墻直角邊槽鋼上設(shè)置有4排8個M30的穿墻螺栓通孔,用于固定在剪力墻上;另一直角邊槽鋼垂直于剪力墻懸挑向外,懸挑端的外側(cè)面和下方均設(shè)置有連接耳板,分別用于連接附著桿和下方斜撐桿。垂直于墻面的直角邊槽鋼內(nèi)槽口封板,增加強度。
②立桿:由25b槽鋼和封板拼焊形成空心桿件結(jié)構(gòu)。空心桿中部焊接有連接斜撐桿的耳板,空心桿上設(shè)置有4排8個M30穿墻螺栓通孔,用于固定在剪力墻上。立桿上端與三角架下平面有一定距離,安裝時可根據(jù)現(xiàn)場情況對其位置進行適時調(diào)整,具有一定靈活性。
③斜撐桿:采用25b槽鋼和間斷的封板拼焊而成。兩端頭設(shè)置有連接耳板,一端與三角架連接,另一端與立桿連接。
附著裝置布置方式采用在附著平面內(nèi)以三根不相交于一點的剛性附著桿所構(gòu)成的靜定結(jié)構(gòu),附著框采用QTZ5610塔機標(biāo)準(zhǔn)附著框;附著桿采用兩根等截面格構(gòu)式框架連接組成整個撐桿,撐桿截面尺寸為180×180mm,主材采用∠50x5,綴條∠30x3;附著桿與附著框通過φ35銷軸連接。
附著受力簡圖見附圖2。
P:塔機作用于附著平面上的最大水平力;
T:基礎(chǔ)所受的扭矩,其數(shù)值由塔機說明書提供;
α:P力作用方向角,即風(fēng)力的方向,其取值范圍是0≤α≤2π;
N、N、N:附著桿對塔身附著框的支承反力。
按平面力系平衡方程:Σx=0,Σy=0,ΣM=0,列出N、N、N的聯(lián)立方程式,并對各函數(shù)求導(dǎo),取dF/dα=0,求出各桿的最大受力:N=211kN;N=-144kN;N=-131kN,附著桿、連接銷軸及附著連接支座穿墻螺栓受力驗算滿足要求(步驟略)。
根據(jù)以上介紹及圖3示意圖,現(xiàn)對懸挑梁進行驗算,具體分析過程如下:
附著桿所承受的軸向力可能是拉力也可能是壓力,并且絕對值相等,但附著桿的最大值并不同時出現(xiàn)。對懸挑梁受力分析時按最不利情況分析,即當(dāng)N=131kN。三角架是懸挑梁受力主體,其橫梁選用槽鋼[25b并在槽口貼δ14封板,斜梁選用槽鋼[25b,固定梁選用槽鋼[25b。
三角架截面特性:
A=72.15㎝,A=39.91㎝,A=39.91㎝;A=151.97㎝
I=716㎝,I=196㎝,I=3530㎝
L=39.18㎝,L=70.82㎝
三角架截面慣性矩:
I=315365㎝
回轉(zhuǎn)半徑:
抗彎截面系數(shù):
則長細比:
λ=2×79.4/45.55=3.486
經(jīng)查表(b類截面軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù))得:ψ=0.999
三角架彎矩:M=0.794×Nsin65°+0.492×Ncos65°
=94.27+27.24=121.51kN·m
軸向壓力:N=Ncos65°=55.36kN
三角架的穩(wěn)定性:
σ=55360/(0.999×151.97×10)+121510000/(8049×10)
=3.64+15.10
=18.74(MPa)<175MPa
σ=55360/(0.999×151.97×10)+121510000/(4453×10)
=3.64+27.29
=30.93(MPa)<175MPa
從以上驗算可知:三角架是滿足安全使用要求的。
另注:因三角架重量約200kg,重量較小,在此不驗算斜撐強度。
因此,懸挑梁可安全使用。
①懸挑梁的安裝屬于高空作業(yè),因此,必須要求專業(yè)人員安裝。
②安裝人員要做好自身防護,遵守高空作業(yè)有關(guān)安全操作規(guī)程,防止高空墜落事故發(fā)生。
③安裝前,必須先確定該墻體結(jié)構(gòu)符合附著安裝技術(shù)條件。
④安裝時要有工地專職安全員在場,如遇現(xiàn)場安裝條件不滿足要求,應(yīng)及時反映溝通。
⑤安裝時應(yīng)先確定三角架及立桿安裝位置,在剪力墻上對螺栓孔位置做標(biāo)記并鉆通孔;然后安裝三角架和立桿,穿入穿墻螺栓,兩端頭雙螺母緊固;最后安裝斜撐桿,插入連接銷軸,并用開口銷鎖緊。
⑥安裝完成后,經(jīng)各方檢查驗收,并有書面驗收簽單記錄。
由于各工地情況不同,所制作的懸挑梁僅適用于當(dāng)前工地,并不能反復(fù)使用,且制作費、安裝費不低,額外增加了工程成本。因此,需正確對待塔機定位,必要時協(xié)同相關(guān)專業(yè)人員共同制定塔機布置方案,避免麻煩。
在建筑施工中,因各種原因需定制塔機非標(biāo)附著的情況非常多,以制作非標(biāo)附著桿最為常見。本文介紹的懸臂梁是一種較為特殊的非常規(guī)附著形式,可為不能正常附著于剪力墻的附著桿提供輔助支撐。此結(jié)構(gòu)安裝簡單、方便、快捷,不需要現(xiàn)場配焊。本塔機使用近兩年,現(xiàn)已拆除,使用期間尚未發(fā)現(xiàn)任何附著問題,證明此種形式附著是安全可靠的,可為今后類似的工程施工提供參考和借鑒。