钢筋混凝土大梁施工支撑体系设计与施工
钢筋混凝土大梁支撑体系设计与施工
(摘要)结合工程实际,对转换层及绞车大厅层等高大模板支撑系统进行专项设计,利用碗扣式钢管架体做为受力支撑,普通扣件式钢管做楞。该支撑体系受力明确、操作简单。
(关键词)碗扣 支撑 托撑
23,国投新集刘庄矿井主井井塔工程,建筑面积约为4372m,建筑体积为481978m,井塔总高
度为90.8m,钢筋砼框架剪力墙结构,共八层。为获得底层大空间效果二层梁板为结构转换层,层高15.5m,大梁截面(b×h)为630mm×3500mm,跨度为24m,绞车大厅在七层,受力复杂,大梁截面(b×h)为1100mm×4100mm,跨度21m.
1、支撑方案
由于梁的截面大、荷载大、结构复杂,支撑架体超高,施工方案需组织有关专家论证。经过多方综合分析支撑体系采用碗扣式钢管架体。立杆采用2.4m、2.7m、2.1m、0.9m等四种,横杆采用0.6m、0.45m、0.3m三种组成,顶托采用可调托撑,理论最大可调长度为0.6m。结构转换层梁支撑立杆的横距(跨度方向) La=0.60m,纵距Lb=0.3m,立杆的步距 h=1.20m。绞车大厅梁支撑立杆的横距(跨度方向) La=0.45m,纵距Lb=0.3m,立杆的步距 h=1.20m。如图1所示。
2、设计计算
(一)梁底支撑的计算
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。
1.荷载的计算:
(1)钢筋混凝土梁自重(kN/m):
q1 = 25.000×3.500×0.600=52.50kN/m;
2)模板的自重线荷载(kN/m):
q2 = 1.400×0.630×(2×3.500+0.630)/ 0.630=10.17kN/m;
(3)活荷载为施工荷载标准值与振倒混凝土时产生的荷载(kN/m):
活荷载标准值 q3= (1.000+2.000)×0.600=1.80kN/m;
2.大横杆的计算
q = 1.2×(28.13+5.88)+1.4×1.35=42.70kN/m;
结构计算按两跨连续梁计算,计算图示参照前面。
经过计算得到方木传递最大集中力[即支座力]分别为:
N=1.25ql=1.25×42.70×0.45=24.02 kN;(1.25为查表得)
本方案中采用100×150木方,方木的截面惯性矩I和截面抵抗矩W分别为:
23 W= bh/6=10.0×15.0×15.0/6 =375 cm;
34 I= bh/12=10.0×15.0×15.0×15.0/12 = 2813 cm;
大横杆强度计算:
最大弯矩考虑为静荷载与活荷载的计算值最不利分配的弯矩和,计算公式如下: 均布荷载 q = 42.70kN/m;
2 最大弯距 M =0.075ql= 0.1×42.70×0.45×0.45= 0.65 kN.m;(0.075为查表得
系数)
截面应力 σ= M / W = 0.65×106/375000.0 = 1.72 N/mm2;
2 方木的计算强度小于13.0 N/mm,满足要求!
大横杆抗剪计算: 最大剪力的计算公式如下:
Q = 0.625ql (0.625为查表系数得)截面抗剪强度必须满足:
T = 3Q/2bh
其中最大剪力: Q = 0.625×42.70×0.45 = 12.01kN;
2 截面抗剪强度计算值 T = 3×12010/(2×100.000×150.000) = 1.20 N/mm;
2 截面抗剪强度设计值 [T] = 1.500 N/mm;
方木的抗剪强度计算满足要求!
大横杆挠度计算:
最大挠度考虑为静荷载与活荷载的计算值最不利分配的挠度和,计算公式如下:
443 最大变形 V= 0.521ql/100EI=0.521×42.70×450 /(100×9500×2813×10)=0.34
mm;
木方的最大挠度小于450/250,满足要求!
3、立杆的稳定性计算:
立杆的稳定性计算公式 :
其中 N -- 立杆的轴心压力设计值,它包括:
立杆的最大支座反力: N1 =1.1×77.72×0.3=25.65 kN;
脚手架钢管的自重: N2 = 1.2×0.149×12.000=2.14 kN;
N =25.65+2.14=27.79kN; φ-- 轴心受压立杆的稳定系数,由长细比 lo/i 查表得到;i -- 计算立杆的截面回转半径 (cm):i = 1.58;
23A -- 立杆净截面面积 (cm): A = 4.89;W -- 立杆净截面抵抗矩(cm):W = 5.08;σ -- 钢
22管立杆抗压强度计算值 ( N/mm);[f] -- 钢管立杆抗压强度设计值:[f] =205.00 N/mm;
lo -- 计算长度 (m);
参照《扣件式规范》模板支架计算, lo = (h+2a) (1)a -- 立杆上端伸出顶层横杆中心线至模板支撑点的长度:a =0.300 m;由长细比 lo/i 的结果查表得到轴心受压立杆的稳定系数φ= 0.489 ;钢管立杆受压强度计算值 ;σ=27790/(0.489×489) = 116.22 N/mm2;
立杆稳定性计算 σ = 116.22N/mm2 小于 [f] = 205.00满足要求!
模板承重架应尽量利用剪力墙或柱作为连接连墙件,否则存在安全隐患。
另外根据碗扣式脚手架的特点及厂家提供数据表明,立杆在步距1200mm时承载力为30 kN;计算荷载为 N1 =27.79 kN,满足要求;
三、支撑体系的构造和施工要求
1.模板支架的构造要求:
立杆之间必须按步距满设双向水平杆,确保两方向足够的设计刚度;梁和楼板荷
载相差较大时,可以采用不同的立杆间距,但只宜在一个方向变距、而另一个方向不变。
2.立杆步距的设计:
a.当架体构造荷载在立杆不同高度轴力变化不大时,可以采用等步距设置;
b.当中部有加强层或支架很高,轴力沿高度分布变化较大,可采用下小上大的变步距设置,但变化不要过多;
3.整体性构造层的设计:
a.当支撑架高度≥20m或横向高宽比≥6时,需要设置整体性单或双水平加强层;
b.单水平加强层可以每4--6米沿水平结构层设置水平斜杆或剪刀撑,且须与立杆连接,设置斜杆层数要大于水平框格总数的1/3;
c.双水平加强层在支撑架的顶部和中部每隔10--15m设置,四周和中部每10--15m设竖向斜杆,使其具有较大刚度和变形约束的空间结构层;
d.在任何情况下,高支撑架的顶部和底部(扫地杆的设置层)必须设水平加强层。