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45米超大跨度钢筋混凝土桁架钢管高支架的设计与施工
导读

一起吸收一下经验

1. 工程概况
  某报关报检大楼通关出入口处为两榀跨度为45米的简支非预应力钢筋混凝土桁架,两榀桁架间距12m;下、上弦截面尺寸分别为1000(宽)×800(高)和1000×500,腹杆宽度300至1000,厚度350至400。两榀桁架之间的上、下弦对应节点有宽为400mm至500mm、高为500mm至800mm的联系梁联结,与上弦相连的还有宽度为3m、厚度为150mm的屋面板;桁架搁置在柱顶的特制橡胶垫上;下弦离地面高度达12.95m,桁架高4.30m。


 2. 模板支撑体系设计方案
  2.1总体设计思路
  本例为典型的高大模板,其支架须严格按照高大模板的相关要求设计。桁架混凝土分两次浇筑,先浇筑下弦,再浇筑腹杆及上弦混凝土,对支架在浇筑混凝土的过程中的安全有利;但该桁架为简支结构,支座为特制橡胶垫,混凝土浇筑完成后支座仍未受力,全部荷载(包括联系梁、板)最终仍由该部分的支架承担,因此仍须按照全部荷载验算立杆稳定性及地基承载力,为方便计算,整个桁架(包括联系梁、板)折算为等效矩形单梁进行验算。考虑到钢管壁厚偏差或锈蚀等因素,为提高支架可靠性,设计计算时钢管按φ48×3.0进行计算复核。
  2.2支架地基处理
  桁架支架范围内为自然土地基,根据地质报告,承载力为180KN/m2,不需作特殊处理,但需开挖至老土下300,并修整平坦;然后在整个支架范围内的地基上浇注150mm厚C20混凝土垫层。为保证钢管支架均匀地把力传到地基上,支架下部设铺设横向通长厚50mm宽150mm木垫板。
  2.3支架主要材料选择
  2.3.1钢管选用φ48×3.5电焊钢管,材质符合国家标准《直缝电焊钢管》GB/T13793-92以及《碳素结构钢》GB700-89中Q235钢的规定;
  2.3.2扣件应采用可锻铸铁扣件,其质量符合《钢管脚手架扣件》GB15831-1995的规定。  2.4 钢管支架构造参数
  2.4.1支撑系统采用单立杆;立杆间距:横向300,每排共6根立杆,纵向500。

   

  3.设计验算
  除桁架自重外,还有与桁架上、下弦相联结的联系梁、板等,折算成矩形梁的截面尺寸为1000(宽)×2900(高)。使用中国建筑科学研究院建筑工程软件研究所PKPM软件进行计算。
  3.1荷载
  作用荷载包括梁与模板及支架自重荷载,施工活荷载,风荷载等。
  荷载传递路经:钢筋混凝土桁架→底模→支撑方木→支撑纵向钢管→顶托→立杆→地基。
  3.2梁底支撑纵向钢管计算及立杆的稳定性计算
  作用于支撑钢管的荷载包括梁与模板自重荷载,施工活荷载等,通过方木的集中荷载传递。
  支撑架所用钢管规格为φ48×3.5,为安全起见,钢管壁厚均按3.0mm计算。
  经验算,支撑钢管的抗弯强度、最大挠度,以及立杆单杆稳定性均满足要求!
3.3地基承载力计算  验算地基承载力时所考虑的荷载,除了桁架自重、支架自重,还要考虑两榀桁架之间的联系梁、顶板的重量。本工程支架部位地基为原状土地基,根据地质资料,地基承载力标准值>180kN/ m2,因该地基土质为低压缩性沙质土,且只承受短期荷载,故不计算由于地基土在荷载作用下产生压缩变形。
  经计算,立杆基础底面的平均压力p= 120.5 kN/ m2 ,小于地基承载力标准值,地基承载力的验算满足要求。
  四、加强支架整体稳定性的构造措施:
  4.1 支架的宽度仅为1.50m,而高度为12.95m,其高宽比12.95/1.5=8.62,根据有关文献,横向高宽比大于6时整体性变差,易发生侧向失稳,因此在两侧各增设一排脚手架,使之宽度达到2.9m,高宽比为12.95/2.9=4.46,满足要求。
  4.2 两桁架之间的搭设室内满堂脚手架并与模板支架连结,以加强支架侧向刚度。同时,用钢管将支架与混凝土柱子作抱柱联结,以增强整体性。
  4.3 支架的顶部和底部(扫地杆的设置层),以及中间每隔两步设水平加强层。
  4.4 支架每隔四排设置一副横向剪刀撑,连续设置到顶;支架外两排设置纵向剪刀撑,连续设置到顶;
  4.5 最外侧脚手架也设置连续剪刀撑,以加强整体刚度;
  五、支架搭设的一般要求及使用要求:
  5.1 支架搭设前,先根据桁架的平面位置,在支架基础面上弹线定位,确保每根立杆位置准确;
  5.2 严格按照支架设计尺寸搭设。立杆和水平杆的接头均应错开在不同的框格层中设置;立杆必须采用对接接头,不得采用搭接。水平杆件及剪刀撑必须采用搭接,并保证搭接长度不小于1m。
  5.3 确保立杆的垂直偏差和横杆的水平偏差小于《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130-2001)的要求;
  5.4 搭设所用的钢管和扣件材质必须符合相关产品质量要求,搭设前要注意挑选,确保每个扣件和钢管的质量是满足要求的,每个扣件的拧紧力矩都要控制在40-65N.m,钢管不得使用已经长期使用发生锈蚀、变形的;
  5.5 桁架混凝土分两次浇筑。第一次先浇筑下弦混凝土,三天后浇筑腹杆及上弦混凝土。
  5.6 根据有关文献资料,混凝土的浇筑路径对支架受力状态有不同程度的影响,为确保模板支架施工过程中均衡受载,在浇筑下弦混凝土时必须采用由中部向两边扩展或从两端向中部浇筑的方式。
  5.7 严格控制实际施工荷载不超过设计荷载,对出现的超过最大荷载要有相应的控制措施,钢筋等材料不得在支架上方堆放;
  5.8 浇筑前设置观测点,浇筑过程中,派专人观察检查支架和支承情况,发现下沉、松动和变形情况及时解决。
六、支架拆除方法
  6.1 支架拆除必须保证桁架混凝土强度达到设计要求后进行。
  6.2 由于非预应力钢筋混凝土桁架设计挠度为80mm,支架拆除方法不当,造成桁架下弦受力方式改变,极易导致裂缝甚至剪切破坏,因此,必须保证下弦均匀卸荷。支架的拆除按下述步骤进行:
  6.2.1 首先将联系梁以及与桁架相连的现浇板的模板支架全部先行松开卸荷(但不得拆除);
  6.2.2由于联系梁、现浇板的支架已不再受力,橡胶板支座也未受力,所有荷载均由桁架支架承担,必须注意观察支架及地基情况;观察24小时确认无异常后后方可进入下一步操作。
  6.2.3 支架卸荷从桁架中部开始,同时向两边扩展;每次只允许松开顶托螺丝半圈。
  6.2.4 重复上一步操作,直至支架与桁架下弦底模分离。
  6.2.5 支架杆件的拆除操作按照相关规定操作。  七、结语
  本例45m超大跨度非预应力钢筋混凝土桁架,其安装高度大,自重(包括板、联系梁)大,折算集中线荷载标准值(自重 活荷载,未计模板及支架)近80KN/m,是典型的超过一定规模的危险性较大的分项工程,因此,在进行支架设计时,要充分考虑各种不利因素,如对地基处理、验算单杆稳定性时考虑钢管壁厚的负偏差、支架高宽比等;同时,针对非预应力钢筋混凝土桁架结构抗剪性不足,挠度大的特点,制定了相应的支架拆除措施确保了施工安全和桁架施工质量。


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