高層建筑轉換層鋼結構支撐體系的設計要點

陽 芳

0 引言

隨著建筑形式的多樣化,高層建筑越來越普遍,由于建筑功能和建筑造型的需要,越來越多的建筑采用底部大空間的結構形式,底部大空間可作為商場或者是通透的活動空間。但上部結構施工時,會有較大的施工荷載,僅僅依靠滿堂紅腳手架支撐轉換層施工全部荷載有時不可能,這就需要設置臨時的支撐。鋼結構臨時支撐方便拆除,制作周期短,因此目前一般采用鋼結構支撐體系。

1 荷載的計算

臨時支撐的荷載計算是設計的關鍵。荷載計算太大,會使支撐體系成本太高,經(jīng)濟上不合理。但荷載計算如果太小,支撐體系不安全,施工安全問題往往關系施工作業(yè)人員的人身安全。

一般情況下,荷載計算時應注意考慮以下幾點:1)上部轉換層施工荷載由臨時鋼結構支撐和滿堂紅腳手架共同承擔。2)上部結構施工時,混凝土養(yǎng)護一段時間就會具備一定的強度,本身能夠承擔一部分荷載。比如轉換層共4層,前兩層施工荷載由臨時支撐承擔,但后兩層施工時,前兩層混凝土已經(jīng)具備強度,可以承擔一部分荷載。

2 支撐結構體系的選擇

支撐體系一般包括支撐柱、柱間支撐、直接承受上部荷載鋼結構體系、預埋件等。其中直接承受上部荷載鋼結構體系結構形式的選擇直接關系支撐結構體系的支撐效果。一般應根據(jù)上部荷載情況及臨時支撐的平面形式,選擇合適的支撐結構體系。常見的有鋼桁架、平板網(wǎng)架等形式。

3 支撐體系的設計要點

支撐柱宜采用等截面實腹柱,常用截面為工字型鋼、H型鋼、方管或圓管等形式。必要時,可設計成用兩個槽鋼或雙角鋼組成的格構柱。一般按軸心受壓構件設計,柱的長細比不宜大于150,可先假定長細比為80～120。一般情況柱上、下兩端均設計為鉸接。此外設計時應注意下列幾點:1)滿足工藝生產(chǎn)操作要求;2)保證通行的凈高;3)便于制造,經(jīng)濟合理。

支撐柱的整體穩(wěn)定一般由柱間支撐保證。柱間支撐設計時應注意連接方便,并能保證支撐的有效性。

直接承受上部荷載鋼結構體系設計時應特別注意與上部結構模板的連接,能保證上部結構荷載按計算假設情況傳遞給支撐體系。此外還應考慮施工時吊裝的要求,大型結構應可進行現(xiàn)場拼裝。

4 實際工程算例

本文以天津市某高層建筑轉換層施工時,臨時鋼結構支撐體系為例敘述設計過程。該工程5層～8層為轉換層,轉換層結構形式為大型混凝土桁架結構。施工時,底部鋼結構提供轉換層施工的臨時支撐,其平面尺寸為 19.8 m×10.9 m,見圖1。該支撐體系采用鋼桁架結構形式,底部用四根方鋼管柱支撐鋼桁架。

4.1 荷載計算

綜合考慮臨時支撐的安全可靠、經(jīng)濟合理,該支撐體系的荷載計算范圍為桁架自重及兩邊各1 m寬樓面的荷載。樓面荷載包括5層～8層恒荷載,施工期間一般只有一層活荷載,其中均布恒荷載和活荷載均取為4 kN/m2。通過計算每榀桁架承受均布荷載為98.1 kN/m。鋼材采用Q235B。

4.2 桁架設計

桁架計算簡圖見圖2。采用計算軟件計算該桁架的內(nèi)力。受力最大的桿件(5)(6)(7)(8)選一種截面,采用截面350mm×200mm×12mm的矩形鋼管。(9)(10)(11)(12)(13)(14)(15)(16)(17)選一種截面,為2∠125×10,節(jié)點板厚10mm。其余桿件受力很小,為制作方便,選等邊雙角鋼2∠125×10。

桁架設計時應注意以下幾點:1)桿件的計算長度取值。2)桿件平面內(nèi)穩(wěn)定、平面外穩(wěn)定的驗算。3)節(jié)點的焊縫計算。

4.3 柱及支撐設計

柱承受軸心壓力N=643.62 kN,由于該支撐柱幾何長度達13.55 m,對整個支撐體系至關重要,偏安全采用截面450mm×450mm×14mm的方鋼管,柱支撐按構造設計。

柱間支撐采用雙角鋼。

4.4 預埋件計算

要保證支撐體系的安全有效,支撐體系應與原結構可靠連接,需在原結構上相應位置設置預埋件。本設計最關鍵的預埋件在鋼桁架上下弦支座處。依據(jù)GB 50367-2006混凝土結構加固設計規(guī)范來進行預埋件設計。

1)桁架下弦支座處:錨筋選用5.8級,錨筋直徑 d=25mm,錨板厚度16mm。錨筋排列為四排兩列。錨筋長度750mm。2)桁架上弦支座處:錨筋選用5.8級,錨筋直徑 d=20mm,錨板厚度12mm。植筋排列為三排兩列。錨筋長度600mm。3)墻體其他預埋件:錨筋選用5.8級,錨筋直徑 d=20mm,錨板厚度12mm。植筋排列為兩排兩列,錨筋長度600mm。

[1]黃澤棟.大型型鋼混凝土懸挑墻梁臨時支撐體系設計與施工[J].建筑技術,2008,39(7):510-512.

[2]羅書滿.探討高支模大梁模板支撐施工技術[J].四川建材,2009,35(3):250-251.

[3]黃應伸,張建平.高大空間混凝土樓蓋高支模應用技術[J].建筑施工,2009,31(2):125-126.

[4]李保平,安建民.特式吊樓分體與臨時支撐施工技術[J].中國建筑金屬結構,2006(2):28-33.

[5]陳 科,唐 華.復雜鋼結構體高空吊裝定位技術研究[J].重慶建筑,2010,9(7):23-25.

[6]詹乃志.某大樓轉換層模板支撐安全技術[J].建筑安全,2006,21(6):24-26.

[7]唐宏邦.高層建筑結構轉換層施工技術探討[J].四川建材,2009,35(3):241-242.