超高、超大跨懸空混凝土結(jié)構(gòu)支撐

1、.超高、超大跨懸空混凝土結(jié)構(gòu)支撐體系施工方案一、工程簡(jiǎn)況鞍山市“世紀(jì)峰景”工程位于鞍山市鐵東區(qū)勝利南路136號(hào)，項(xiàng)目占地1.72萬(wàn)平方米，建筑面積約10萬(wàn)平方米，共包括A、B、C、D座四個(gè)單位工程，本工程地下室一層、層高-5米、-6.5米；結(jié)構(gòu)形式為框架和剪力墻結(jié)構(gòu)；D座為商業(yè)裙房，商業(yè)裙房為三層、局部為四層，結(jié)構(gòu)形式為框架結(jié)構(gòu)，商業(yè)屋面為空中景觀花園；A、B、C高層住宅為剪力墻結(jié)構(gòu)，總層數(shù)為32層,標(biāo)準(zhǔn)層層高為2.9m，外架采用爬升腳手架。在B座1-H1-F/1-61-10、C座2-G2-J/2-92-13范圍內(nèi)52.75m標(biāo)高處（十五層頂板）有一跨梁板連通作為住宅單元之間的消防通道，自該層

2、至頂層均設(shè)置了該通道，該通道尺寸為3000*12000mm，兩側(cè)為梁，梁尺寸分別為300*870、250*870mm，板厚為120mm，該通道施工時(shí)支撐體系距離群房三層頂標(biāo)高17.95m處才有剛性支撐，因高度太大，該通道的施工支撐體系采用超高、超大跨懸空混凝土支撐結(jié)構(gòu)施工方案，為保證工程質(zhì)量及施工生產(chǎn)的安全，對(duì)本方案進(jìn)行了嚴(yán)格細(xì)致地進(jìn)行編制，以解決本工程消防連廊結(jié)構(gòu)支撐體系的施工。二、施工方案總體思路首先對(duì)超高、超大跨空中混凝土結(jié)構(gòu)的荷載進(jìn)行計(jì)算分析，根據(jù)荷載的計(jì)算，選擇工字鋼梁的規(guī)格型號(hào)，確定牛腿及錨筋的布置，設(shè)計(jì)鋼梁承載平臺(tái)系統(tǒng)，混凝土結(jié)構(gòu)的荷載通過(guò)單層架體傳至鋼梁承載平臺(tái)系統(tǒng)，而鋼梁承載

3、平臺(tái)的受力通過(guò)牛腿傳遞給主體結(jié)構(gòu)本身的縱向受力結(jié)構(gòu)。這樣使得超高、超大跨懸空混凝土結(jié)構(gòu)支撐體系僅需考慮鋼梁承載平臺(tái)即可，改進(jìn)傳統(tǒng)的高空混凝土結(jié)構(gòu)的支撐體系，即有過(guò)去的搭設(shè)滿堂紅腳手架架體作為支撐體系改為采用鋼結(jié)構(gòu)鋼梁支撐平臺(tái)，創(chuàng)新鋼結(jié)構(gòu)作為施工措施在建筑施工中的使用，減少繁瑣的架體搭設(shè)，增加支撐架體的安全，較大的降低周轉(zhuǎn)材料鋼管的用量、縮短施工工期、提高結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量，從而達(dá)到降低工程建設(shè)成本的目的。三、施工工藝流程鋼梁選型驗(yàn)算錨件設(shè)計(jì)荷載計(jì)算預(yù)埋錨件焊接牛腿安裝鋼梁鋼梁使用活載計(jì)算靜載計(jì)算測(cè)量鋼梁拆除四、荷載計(jì)算1、相關(guān)參數(shù)取值，a、混凝土比重：24 KN /m3b、鋼筋比重：梁：1.5KN

4、/m3，板：1.1KN/m3c、腳手架：模板：2.5KN/m2，支撐：1.0KN/m2d、振動(dòng)荷載：2 KN/m32、混凝土荷載：N1=N梁+N板=（0.3*0.65*8.8 +0.25*0.65*8.8+0.12*2. 7*8.8）*24 KN/m3 =41.18 KN +34.32 KN +68.43 KN=143.93 KN3、鋼筋荷載：N2=N梁+N板=（0.3*0.77*8.8+0.25*0.77*8.8）*1.5KN/m3+ 0.12*2. 7*8.8*1.1 KN/m3 =8.726 KN4、腳手架荷載：N3 =2.7*8.8*（2.5+1.0）KN=83.16KN5、振動(dòng)荷載：

5、N4=（0.3*0.65*8.8+0.25*0.65*8.8+0.12*2. 7*8.8）*2KN/m3 =11.99 KN6、單層組合荷載，載系數(shù)取1.2N=（143.93 KN+8.726 KN+83.16 KN+11.99）*1.2KN=297KN7、鋼梁所承受的組合荷載按施工兩層計(jì)算，52.75m標(biāo)高處消防通道梁板采用超早強(qiáng)混凝土，加快混凝土初期強(qiáng)度的增長(zhǎng)能減少對(duì)鋼托梁的作用荷載。N=297 *2KN=594 KN（注：計(jì)算時(shí)取600KN）8、作用在簡(jiǎn)支鋼梁上的荷載按照均布荷載計(jì)算，求均布荷載q（預(yù)設(shè)四根鋼梁組成受力支撐平臺(tái)）q=600KN÷8.8m÷4=17.05

6、 KN/m五、支撐體系形式選擇根據(jù)荷載計(jì)算及查型鋼力學(xué)表，支撐形式選擇布設(shè)如下：在49.05m標(biāo)高處設(shè)置牛腿，牛腿材料為I40c工字鋼，牛腿長(zhǎng)度為20cm。在該標(biāo)高兩側(cè)剪力墻、暗柱處分別預(yù)埋4塊16*500*200鋼板，與工字鋼牛腿焊接連接，在牛腿上設(shè)置4根I40c工字鋼，工字鋼形成整體的簡(jiǎn)支鋼梁作為承受荷載的主要構(gòu)件，鋼梁間距為866mm（軸線距離），長(zhǎng)為8450mm（剪力墻厚300mm，兩端共留出50mm縫隙,計(jì)算時(shí)跨度仍按8800mm取值）,具體布置見(jiàn)附圖1、2。鋼梁架設(shè)完畢之后，在上面滿鋪跳板，然后在跳板上搭設(shè)滿堂紅腳手架，這樣就能利用鋼梁架設(shè)的平臺(tái)進(jìn)行消防通道結(jié)構(gòu)部分的施工。I40c

7、工字鋼都采用熱軋普通工字鋼（3號(hào)鋼）。六、鋼梁強(qiáng)度驗(yàn)算I40c型工字鋼的規(guī)格及截面特性如下：高h(yuǎn)=400mm，寬b=146mm，腹板厚d=14.5mm，翼緣厚t=16.5mm，截面慣性矩Ix=23847 cm4，截面抵抗矩Wx=1192.4cm3，半截面面積矩Sx=711.2 cm3。鋼梁受力簡(jiǎn)圖如下：1、抗彎應(yīng)力驗(yàn)算I40c的截面抵抗距Wx=1192.4cm3，抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為=215 N/ mm2。M=1/8×q×l2=1/8×17. 05 KN/ m×（8.8m）2=165.044 KN m= M/Wx=165.044 KN m/1192.4cm3

8、=138.413 N/ mm2 所以，工字鋼彎應(yīng)力小于抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，抗彎符合要求。2、工字鋼梁的整體穩(wěn)定性，為了保證不喪失整體穩(wěn)定性，應(yīng)使梁的翼緣具有較大的寬度，或在梁的側(cè)向增設(shè)支承點(diǎn)采取其他構(gòu)造要求，以提高梁的側(cè)向抗彎和抗扭的能力，規(guī)范明確在梁的設(shè)計(jì)中，符合下列條件情況之一時(shí) ，不計(jì)算梁的整體穩(wěn)定性即可：有剛性鋪板密鋪在梁的受壓翼緣上，并能阻止梁截面的扭轉(zhuǎn)時(shí)。本工程中，在鋼托梁上翼沿剪力墻處予埋-10*20*2700鋼板，再用40*5角鋼將鋼托梁與埋件鋼板焊接，增強(qiáng)其穩(wěn)定性；鋼托梁上滿鋪跳板，鋼梁和跳板組合成整體平面，不是單根梁承受荷載作用，滿足上述要求，故不用驗(yàn)算工字鋼梁的整體穩(wěn)定性，工

9、字鋼梁的整體穩(wěn)定性符合要求。3、撓度驗(yàn)算I40c的彈性模量Ex=2.1×106Kg/cm2，截面慣性矩I=23847cm4簡(jiǎn)支梁的最大撓度計(jì)算公式為fmax=5ql4/384EI =5×17.05 KN/ m×（8.8m）4 /（384×2.1×106Kg/cm2×23847cm4） =2.66cmfmaxL/300，故撓度滿足要求。4、抗剪驗(yàn)算I40c的截面積為S=711.2cm3，腹板厚度d=14.5mm，=125 N/ mm2Q=ql/2=（17.05 KN/ m×8.8m）÷2 = 75.02 KN剪=QS

10、/Id=75.02 KN×711.2cm3/（23847cm4×1.45cm） =15.43N/mm2所以，抗剪滿足要求。經(jīng)過(guò)對(duì)工字鋼梁抗彎、抗剪、撓度的計(jì)算，均滿足工字鋼各強(qiáng)度系數(shù)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值，所以工字鋼的型號(hào)規(guī)格是可行的。七、牛腿及焊縫牛腿采用I40c工字鋼，牛腿長(zhǎng)為20cm，在牛腿上表面焊接一塊16厚10*20cm鋼板（焊縫高度不小于10mm），將工字鋼梁架設(shè)在牛腿上的鋼板上，支座反力可簡(jiǎn)示為集中荷載作用在牛腿上（具體圖示見(jiàn)節(jié)點(diǎn)1）；工字鋼牛腿擬采用E43型焊條手工焊與剪力墻、暗柱上預(yù)埋件焊接連接（見(jiàn)下圖）。工字鋼牛腿本身受力情況與上述工字鋼梁承受剪力情況相似，承受彎

11、矩該處為最小值處，故牛腿不必進(jìn)行驗(yàn)算，主要對(duì)焊縫進(jìn)行驗(yàn)算，焊縫的鏈接形式為貼角焊縫，焊縫高度為12mm，焊縫計(jì)算高度為0.6倍的焊縫高度，考慮施工現(xiàn)場(chǎng)施焊條件，計(jì)算時(shí)有效焊縫厚度系數(shù)降低為0.5，12*0.5mm即6mm，焊縫所承受的彎矩Mf為支座反力與鋼板寬度的乘積，剪力根據(jù)作用力與反作用力原理，Qf=Q。焊縫受力計(jì)算簡(jiǎn)圖如下：即Qf=Q= 75.02 KN Mf=75.02 KN×10cm=750 KN·cm焊縫的截面慣性矩：If=2*b1h13/12+Sf*a2+ b2h23/12 =2×12mm×1463 mm3/12+12mm×146

12、mm×（200-8.25）2mm3+12mm×（400-2×16.5）3mm3/12=1.2×108mm4Wf=y/ If （y為h/2）角焊縫抗彎、抗剪、抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fwt=160 N/mm21、焊縫的彎應(yīng)力驗(yàn)算f=M/Wf = M*y/ If = 750 KN ·cm×20cm/1.2×108mm4 =12.5 N/mm2所以ffwt，焊縫的抗彎能力滿足受力要求。2、焊縫的組合剪應(yīng)力驗(yàn)算Af=12mm×（400-2×16.5）mm=4404 mm2 ，A f為腹板鏈接焊縫截面面積，t =Q/Af=7

13、5.02 KN/4404 mm2=17.03N/ mm2f= 21.125 N/ mm2所以ffwt，焊縫的抗剪能力滿足受力要求。綜上計(jì)算所述，采用E43型焊條手工焊與剪力墻、暗柱上預(yù)埋件焊接連接，該處貼角焊的焊縫強(qiáng)度能滿足所承受荷載的作用。但為安全起見(jiàn)，焊條強(qiáng)度等級(jí)提高一級(jí)別，用E50型焊條進(jìn)行施焊。八、錨筋計(jì)算 錨筋擬采用二級(jí)鋼16鋼筋，采用人工穿孔塞焊，焊縫高度為12mm，錨板厚度t為16mm，錨筋擬采用三層，ar錨筋層數(shù)的影響系數(shù)，取三層時(shí)ar取0.9。因?yàn)殇摪彘L(zhǎng)為500mm，上下兩端各留出100mm，故外層錨筋中心線之間的距離z為300mm，C30墻柱混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fc=1

14、5 N/ mm2，二級(jí)鋼16鋼筋的fy=310 N/ mm2，剪力V=Q= 75.02 KN，M=75.02 KN×10cm=750.2 KN .cm。法向拉、壓力可以近似認(rèn)為是零。aV=（4.0-0.08d）=0.6ab=0.6+0.25t/d=0.85 （d為錨筋的直徑）1、計(jì)算所需錨筋的總截面面積，以下兩者取大值 a、ASV/araVfy+N/0.8abfy+M/1.3arabfy z =75.02×10 3N/（0.9×0.6×310 N/ mm2） +750×104N .mm/（1.3×0.9×0.85×

15、310 N/ mm2×300mm） =561 mm2 b、ASN/0.8abfy+M/0.4arabfy z =750×10 4N .mm/（0.4×0.9×0.85×310 N/ mm2×300mm） =280 mm2所以按照計(jì)算得出所需錨筋的總截面面積為561 mm2，即三根16鋼筋即可，實(shí)際施工時(shí)埋件上的錨筋按照構(gòu)造要求布設(shè)為兩排三層共八根16鋼筋，每排3/2根（如圖示），錨筋的錨固長(zhǎng)度為500mm，（墻柱厚度為300mm，直錨長(zhǎng)度不夠，故直錨250，彎拐250mm）。中間兩個(gè)埋件在剪力墻位置時(shí)，剪力墻縱橫加設(shè)附加筋，豎向兩排共

16、八根16鋼筋，橫向兩排共四根16鋼筋，間距均為200mm，長(zhǎng)度都為1000mm。九操作要點(diǎn)9.1根據(jù)以上計(jì)算確定相關(guān)參數(shù)后，首先應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況在懸空結(jié)構(gòu)下一樓層位置確定牛腿的埋設(shè)位置，并對(duì)該位置縱向剪力墻配筋按照構(gòu)造要求進(jìn)行局部加強(qiáng)措施，將加工完成的錨件逐一安裝固定，安裝完成后錨件外立面與剪力墻外表面平整一致。該部位混凝土添加早強(qiáng)劑，強(qiáng)度等級(jí)提高一個(gè)等級(jí)，澆筑時(shí)留置數(shù)組試塊待用。9.2待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度100%后，進(jìn)行牛腿焊接，在每個(gè)埋件上抄測(cè)出牛腿的中心線及控制線，牛腿按照控制線統(tǒng)一標(biāo)高焊接，標(biāo)高誤差控制在5mm范圍之內(nèi)。牛腿的焊接及其重要，在整個(gè)實(shí)施過(guò)程中技術(shù)要求最為嚴(yán)格，必須高標(biāo)準(zhǔn)

17、的要求執(zhí)行，系統(tǒng)的進(jìn)行焊接技術(shù)工人的交底，憑證上崗。9.3 安裝鋼梁，利用施工現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)有的垂直運(yùn)輸機(jī)械，加強(qiáng)塔吊司機(jī)、指揮及安裝人員的溝通配合，提前制定相應(yīng)的安裝規(guī)程，安全、準(zhǔn)確的安裝鋼梁。9.4 使用及拆除，使用過(guò)程中加強(qiáng)對(duì)牛腿及鋼梁之間的檢查維護(hù)，以及做好支撐系統(tǒng)上的安全防護(hù)工作，拆除利用連廊結(jié)構(gòu)梁板上預(yù)留孔，垂直運(yùn)輸機(jī)械塔吊從孔洞中將鋼梁運(yùn)送至地面上，完成施工措施使命。十鋼梁平臺(tái)安裝鋼梁吊裝方法根據(jù)結(jié)構(gòu)、場(chǎng)地等具體情況靈活采用，較為常見(jiàn)的是采用塔吊吊至事先設(shè)置好的牛腿上，然后焊接固定。10.1 鋼梁在預(yù)制廠依據(jù)結(jié)構(gòu)跨距下料，下料長(zhǎng)度按照跨度縮尺50mm，鋼梁材質(zhì)必須是通長(zhǎng)無(wú)焊縫。10.2

18、所采用鋼梁、鋼板、焊劑等材料均需出場(chǎng)材質(zhì)證明，經(jīng)外觀檢查驗(yàn)收合格后方可采用，嚴(yán)禁采用“三無(wú)”產(chǎn)品。10.3 錨板上錨筋規(guī)格型號(hào)按照抗拉拔受力原則計(jì)算確定，焊接形式采用人工穿孔塞焊。10.4 錨板與錨筋組件埋件在綁扎結(jié)構(gòu)鋼筋時(shí)核對(duì)位置及標(biāo)高無(wú)誤后固定，合模澆注混凝土前應(yīng)校核，澆注混凝土?xí)r應(yīng)安排專人看守，出現(xiàn)挪位時(shí)應(yīng)及時(shí)調(diào)整；10.5 牛腿加工按照設(shè)計(jì)尺寸在加工場(chǎng)加工完畢后在現(xiàn)場(chǎng)與錨板焊接連接，焊接前在錨板上測(cè)繪出中心線及控制線，要求中心線在同一標(biāo)高位置，誤差±5mm，焊接焊縫飽滿均勻，焊縫的鏈接形式為貼角焊縫，焊縫高度不小于12mm。10.6 牛腿焊接固定后，在其上焊接16mm厚100

19、*200mm鋼墊板，與牛腿滿焊固定。10.7 鋼梁的安裝必須在承力主體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度達(dá)到25MPa以上才能進(jìn)行，安裝時(shí)作業(yè)半徑內(nèi)暫停其他工種作業(yè)施工，并設(shè)置禁行警示標(biāo)志，同時(shí)安排專人負(fù)責(zé)。10.8 起吊安裝順序按照由遠(yuǎn)及近原則，設(shè)立一名指揮長(zhǎng)，指揮長(zhǎng)施工前對(duì)操作人員進(jìn)行全面的技術(shù)安全較低，所有操作人員起吊過(guò)程中聽(tīng)從指揮長(zhǎng)指揮，按照分工要求各自對(duì)自己的崗位范圍進(jìn)行安全檢查，對(duì)各種情況都必須向指揮者匯報(bào)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題馬上解決，使人人都做到有底有數(shù)，明白自己的操作全過(guò)程和吊裝的安全要求。10.9 待鋼梁構(gòu)件被吊到安裝高度時(shí)，指揮者發(fā)出停止信號(hào)，塔吊停止上升起動(dòng)，吊在空中的構(gòu)件由兩頭的繩索穩(wěn)定，塔吊水平轉(zhuǎn)動(dòng)吊至牛腿上，然后緩慢調(diào)節(jié)挪至將鋼梁兩端均落在牛腿中心位置，位置正確后即刻進(jìn)行鋼梁水平方向的限位施工，即在牛腿兩側(cè)分別用兩根直徑為20mm的鋼筋緊貼鋼梁焊接，待鋼梁水平限位筋焊接穩(wěn)固后，拆卸捆扎鋼絲繩，把吊桿與鋼梁構(gòu)件全脫離，再進(jìn)行下一支梁梁吊裝的順序和安全注意事項(xiàng)的作業(yè)中去。以上過(guò)程循環(huán)起吊安裝至鋼梁平臺(tái)均吊裝完成后，在兩端垂直鋼梁方向靠近牛腿處焊接L40*5角鋼，長(zhǎng)度與鋼梁平臺(tái)寬度一致。10.10 安裝完成后對(duì)鋼梁平臺(tái)水平度進(jìn)行