高空懸挑結(jié)構(gòu)支撐體系的研究與應(yīng)用DOC

1、高空簡支梁結(jié)構(gòu)支撐體系的研究與應(yīng)用中建三局一公司貴陽分公司省委辦公業(yè)務(wù)大樓64m高支模一、工程概況貴州省委辦公業(yè)務(wù)大樓建設(shè)地點(diǎn)位于貴州省省委大院內(nèi)，總建筑面積5.5萬平方米，其中地面以上約4.5萬平方米，地下室約1萬平方米。主樓17層，裙房4層，地下2層。樓高76.4米，長104米，寬48.8米。地下-2層為人防地下室，平時(shí)為地下停車場(chǎng)，地下-1層為停車場(chǎng)。本工程為綜合性辦公業(yè)務(wù)大樓，裙樓層高4.5m，主樓層高4.2m，柱距為8m，梁的跨度大，門廳高度達(dá)到14m。結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜。本工程在13/JL及2527/JL軸處（大樓東西面）64.75m（十六層）標(biāo)高處設(shè)計(jì)有一轉(zhuǎn)換層，轉(zhuǎn)換層梁板正下方115

2、層均無樓板，凈空高度達(dá)到64.8m。64m高空簡支梁混凝土結(jié)構(gòu)截面大、跨度大，安全施工面臨嚴(yán)峻考驗(yàn)，質(zhì)量要求嚴(yán)格，工期緊迫，本工程64m高空簡支梁施工貴陽市尚無此先例。傳統(tǒng)滿堂腳手架使用存在以下問題：1、鋼管、扣件均需人工搭設(shè)、拆除，不僅增加投資，而且嚴(yán)重影響工期；2、64米高鋼管自身重量達(dá)450KG，鋼管腳手架承載能力幾乎為零，需設(shè)置雙鋼管立桿，且立桿密度加至500，腳手架鋼管、扣件使用較多，僅高支撐模板一項(xiàng)將需投入鋼管300噸，扣件6萬個(gè)，人工、運(yùn)輸、租賃費(fèi)用等極其昂貴；3、由于立桿、水平桿密度大，人無法操作、檢查；構(gòu)造要求的水平、垂直方向剪刀撐也無法搭設(shè)，架體垂直度無法控制，容易失穩(wěn)，安

3、全隱患較多；4、由于此處結(jié)構(gòu)施工完后還需進(jìn)行裝修吊頂施工，同樣需要腳手架操作平臺(tái)，如結(jié)構(gòu)施工完后不拆除，則鋼管閑置時(shí)間過長，如在結(jié)構(gòu)施工完后拆除，則在裝修吊頂施工時(shí)又需要再行搭設(shè)64米高腳手架。5、依據(jù)建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范（JGJ130-2001）6.4.4”對(duì)高度24米以上的雙排腳手架，必須采用剛性連墻件與建筑物可靠連接。”(強(qiáng)制性條文)，但施工現(xiàn)場(chǎng)無法按規(guī)范6.1.1條款中“二步三跨或三步三跨“的規(guī)定設(shè)置連墻件。由此可見，傳統(tǒng)鋼管腳手架無法滿足要求，項(xiàng)目部需創(chuàng)建新型的支撐體系來替代。二、課題目標(biāo)（一）目標(biāo)貴州省委辦公業(yè)務(wù)大樓64米高空簡支梁結(jié)構(gòu)支撐系統(tǒng)穩(wěn)定、安全。（二）目標(biāo)

4、值1、施工加荷過程中豎向構(gòu)件側(cè)向變形控制在10mm以內(nèi)；2、支撐系統(tǒng)剛度滿足要求，砼澆筑過程中沉降控制在5mm以內(nèi)；（三）目標(biāo)可行性論證1、有利條件1）任何支撐體系均為型鋼作構(gòu)件組成有限元的結(jié)構(gòu)體系，即可通過鋼結(jié)構(gòu)等專用軟件實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、應(yīng)變模擬試驗(yàn)；2）本工程高支撐體系方案的研究得到公司總部技術(shù)顧問的支持；2、不利條件1）、工程量大，工期緊迫；2）安全隱患多；綜合以上情況，經(jīng)過客觀分析，項(xiàng)目認(rèn)為目標(biāo)完全能夠?qū)崿F(xiàn)。三、提出方案，確定最佳方案(一)方案的提出在開工之初，圍繞課題，項(xiàng)目成員通過“頭腦風(fēng)暴法”集思廣益對(duì)其高空支撐模板方案進(jìn)行討論，按支撐結(jié)構(gòu)形式歸納提出四種方案及其立面圖如下：1、格

5、構(gòu)式鋼柱支撐體系 2、鋼桁架梁支撐體系3、上部斜拉工字鋼支撐體系 4、下部斜撐工字鋼支撐體系方案一 格構(gòu)式鋼柱支撐體系方案二 鋼桁架梁支撐體系方案三 上部斜拉工字鋼支撐體系方案四 下部斜撐工字鋼支撐體系(二)方案的分析、評(píng)估與選定1、方案一的分析論證采用工字鋼梁和格構(gòu)式鋼柱的支撐平臺(tái)與鋼管排架相結(jié)合的辦法。具體施工方案是在±0.00結(jié)構(gòu)上澆筑混凝土基礎(chǔ)，豎鋼結(jié)構(gòu)的型鋼格構(gòu)柱，于柱頂上沿縱向架設(shè)工字鋼梁，工字鋼梁兩端附著在主題結(jié)構(gòu)的60.6m樓面上，再在工字鋼平臺(tái)上搭設(shè)支撐64.75m層的滿堂鋼管腳手架支撐系統(tǒng)，來解決64.75m的高支模體系。由格構(gòu)柱、工字鋼梁構(gòu)成平臺(tái)直接支撐腳手架體

6、系，荷載通過鋼管排架傳遞給工字鋼梁和格構(gòu)鋼柱，再傳給基礎(chǔ)。但由于格構(gòu)鋼柱高度達(dá)到60米，中部需增加附墻桿，且附墻桿過長。格構(gòu)鋼柱基礎(chǔ)落在地下室頂板上，需對(duì)地下室頂板進(jìn)行回頂，格構(gòu)鋼柱達(dá)到60米，用鋼量大，施工周期長，施工復(fù)雜，費(fèi)用高。該方案具有：1）安全可靠，萬無一失； 2）傳力明確，受力合理； 3）施工周期長，施工復(fù)雜； 4）用鋼量大，費(fèi)用高；經(jīng)研究分析對(duì)比，該支撐體系安全性高，但施工周期長，施工復(fù)雜，費(fèi)用太高不經(jīng)濟(jì)。通過項(xiàng)目的討論，認(rèn)為此方案不可行。2、方案二的分析論證采用鋼桁架梁和工字鋼梁的支撐平臺(tái)與鋼管滿堂架相結(jié)合的辦法。具體施工方案是在60.6m樓面上安裝鋼桁架梁，桁架梁兩端固定在6

7、0.6m樓面上，在桁架梁上鋪設(shè)工字鋼，再在工字鋼平臺(tái)上搭設(shè)滿堂鋼管腳手架支撐系統(tǒng)，來解決64.75m的高支模體系。由鋼桁架梁、工字鋼構(gòu)成平臺(tái)直接支撐腳手架體系，荷載通過鋼管腳手架傳遞給工字鋼和鋼桁架梁，再傳給60.6m樓層結(jié)構(gòu)。桁架梁的吊裝需要依靠塔吊，但塔吊不能覆蓋高支模范圍。該方案具有：1）安全性高； 2）桁架梁的吊裝困難，桁架梁位于塔吊吊運(yùn)范圍之外； 3）費(fèi)用較高。經(jīng)研究分析對(duì)比，該支撐體系安全 性高，但桁架梁的安裝難度大，費(fèi)用相對(duì)較高不夠經(jīng)濟(jì)，通過項(xiàng)目的討論，認(rèn)為此方案不可行。3、方案三的分析論證采用工字鋼梁和上部斜向鋼拉索共同承載。具體施工方案是在56.4m樓面上安裝工字鋼梁，上部采

8、用四道鋼索斜拉，鋼索固定在60.6m樓層框架柱上。再在工字鋼梁上搭設(shè)鋼管滿堂腳手架支撐系統(tǒng)，來解決64.75m的高支模體系。由工字鋼梁和上部斜拉鋼索組成的平臺(tái)直接支撐腳手架體系，荷載通過鋼管腳手架傳遞給工字鋼梁和鋼索，再傳給樓層結(jié)構(gòu)及框架柱。但鋼平臺(tái)必須安裝在56.4m樓面上，上部搭設(shè)的鋼管腳手架高度達(dá)到8.4米，腳手架本身存在安全隱患，鋼索固定在60.6m樓層框架柱上，須等60.6m層混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，鋼索才能受力，工期無法保證，鋼索的張拉不便檢查，四根鋼索的張拉不能保證一致，安全隱患比較多。該方案具有：1）安全隱患多； 2）須待60.6m層結(jié)構(gòu)框架柱砼達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，才能承載； 3）

9、鋼索張拉不便檢查，鋼索之間的張拉不能保證完全一致，受力不均應(yīng)。經(jīng)研究分析對(duì)比，該支撐體系安全隱患多，需等待60.6m層結(jié)構(gòu)框架柱砼達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后才能承載，鋼索張拉不便控制，鋼索受力不均勻，施工周期長。通過項(xiàng)目的討論，認(rèn)為此方案不可行。4、方案四的分析論證采用工字鋼梁和下部斜撐組成的平臺(tái)直接支撐腳手架體系，具體施工方案是在60.6m樓層上安裝工字鋼梁，下部采用工字鋼斜撐，工字鋼與預(yù)埋在結(jié)構(gòu)內(nèi)的鋼板焊接固定，再在工字鋼平臺(tái)上搭設(shè)鋼管腳手架支撐系統(tǒng)，來解決64.75m的高支模體系。由工字鋼梁和下部斜撐工字鋼組成的平臺(tái)直接支撐腳手架體系，荷載通過鋼管腳手架傳遞給工字鋼梁和斜撐工字鋼，再傳給樓層結(jié)構(gòu)。工

10、字鋼平臺(tái)安裝較簡易，受力明確，安全可靠，拆卸方便。該方案具有：1）安全可靠； 2）工字鋼平臺(tái)安裝簡易，工字鋼輕巧； 3）平臺(tái)拆卸方便，工字鋼可回收利用，經(jīng)濟(jì)性好。經(jīng)研究分析對(duì)比，該支撐體系安全性高，安裝簡易，費(fèi)用低，經(jīng)濟(jì)性好。通過項(xiàng)目的討論，認(rèn)為此方案可行。其四種方案優(yōu)（缺）點(diǎn)歸納匯總?cè)缦卤恚盒蛱?hào)支撐體系類型分析其優(yōu)（缺）點(diǎn)方案選擇1格構(gòu)式鋼柱支撐體系1）安全可靠，萬無一失；2）傳力明確，受力合理；3）施工周期長，施工復(fù)雜；4）用鋼量大，費(fèi)用高；不采用2鋼桁架梁支撐體系1）安全性高；2）桁架梁的吊裝困難，桁架梁位于塔吊吊運(yùn)范圍之外；3）費(fèi)用較高。不采用3上部斜拉工字鋼支撐體系1）安全隱患多；2

11、）須待60.6m層結(jié)構(gòu)框架柱砼達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，才能承載；3）鋼索張拉不便檢查，鋼索之間的張拉不能保證完全一致，受力不均應(yīng)。不采用4下部斜撐工字鋼支撐體系1）安全可靠；2）工字鋼平臺(tái)安裝簡易，工字鋼輕巧；3）平臺(tái)拆卸方便，工字鋼可回收利用，經(jīng)濟(jì)性好?？刹捎茫ㄈ┐_定最佳方案由此可見，通過對(duì)比分析：第4種方案一致評(píng)為最佳方案。最佳方案：下部斜撐工字鋼支撐體系即：采用工字鋼梁和下部斜撐組成的平臺(tái)直接支撐腳手架體系，具體施工方案是在60.6m樓層上安裝工字鋼梁，下部采用工字鋼斜撐，工字鋼與預(yù)埋在結(jié)構(gòu)內(nèi)的鋼板焊接固定，再在工字鋼平臺(tái)上搭設(shè)鋼管腳手架支撐系統(tǒng)，來解決64.75m的高支模體系。四、問題假想預(yù)測(cè)

12、（一）下部斜撐工字鋼支撐體系流程圖（如下：）（二）問題假想預(yù)測(cè)我們組織項(xiàng)目技術(shù)人員調(diào)閱報(bào)刊、雜志、互聯(lián)網(wǎng)，對(duì)有關(guān)高支模方面發(fā)生的質(zhì)量（安全）事故進(jìn)行收集，通過對(duì)鋼管腳手架高支撐模板體系特大事故進(jìn)行篩選，以防支撐體系出現(xiàn)類似問題，主要原因歸納如下：1、 施工專項(xiàng)方案不合理，主要體現(xiàn)在：1）由于設(shè)計(jì)受力模型不正確；2）材料選用不正確，致使構(gòu)件自由長度偏長而受力失穩(wěn)；3）構(gòu)造措施不全面，致使架體側(cè)向剛度不足而受力失穩(wěn)；2、砼結(jié)構(gòu)承載力不夠，主要體現(xiàn)在：1）結(jié)構(gòu)承受的荷載超過其設(shè)計(jì)允許荷載而未預(yù)先對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加強(qiáng)處理，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)梁柱開裂，支撐體系變形；2）樓層結(jié)構(gòu)砼未達(dá)到其設(shè)計(jì)荷載就進(jìn)行加載，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞

13、，支撐體系失穩(wěn)；3、操作過程中未按規(guī)范以及批準(zhǔn)的方案實(shí)施，主要體現(xiàn)在：1）節(jié)點(diǎn)連接不滿足要求，焊接質(zhì)量未經(jīng)檢驗(yàn)合格；2）三維桿件間距不滿足要求；五、確定對(duì)策通過上述問題假想預(yù)測(cè)所歸納的幾種原因，結(jié)合下部斜撐工字鋼支撐體系的系統(tǒng)流程圖，確定實(shí)施對(duì)策如下表：對(duì)策表序要求對(duì)策目標(biāo)措施時(shí)間負(fù)責(zé)人1建立應(yīng)力應(yīng)變模型進(jìn)行深化設(shè)建立應(yīng)力、應(yīng)變模型通過不對(duì)稱加載分析，進(jìn)行力學(xué)計(jì)算、構(gòu)件驗(yàn)收等解決實(shí)際施工不對(duì)稱加荷垂直度偏差以及自由長度偏長、加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)剛度，減少應(yīng)力1、運(yùn)用有限元分析軟件進(jìn)行深化設(shè)計(jì)2007年12月20日曾志華2、工字鋼梁下部增設(shè)斜撐工字鋼2007年1月10日曾志華2確保主體結(jié)構(gòu)承載力對(duì)支撐工字鋼

14、梁的梁柱進(jìn)行受力驗(yàn)算，確定是否加強(qiáng)處理避免結(jié)構(gòu)梁柱破壞，導(dǎo)致支撐體系變形、失穩(wěn)1、對(duì)梁柱進(jìn)行承載力驗(yàn)算，不滿足進(jìn)行加強(qiáng)處理；2007年1月15日曾志華2、需待梁柱砼強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，支撐體系才能承受上部荷載2008年3月15日周凡3確保制作以及拼裝焊接質(zhì)量實(shí)現(xiàn)制作、安裝全過程控制確保拼裝焊接質(zhì)量及多方驗(yàn)收合格1、委托專業(yè)廠家制作、安裝；2、檢查桿件尺寸3、檢查焊接質(zhì)量4、現(xiàn)場(chǎng)檢查垂直度等2008年3月15日周凡制表：曾志華 復(fù)核：丁建安 日期：2007年12月六、對(duì)策實(shí)施實(shí)施一： 建立應(yīng)力應(yīng)變模型通過不對(duì)稱加載分析，進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，1、結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)情況，了解施工荷載情況，對(duì)支撐體系進(jìn)行受力分析；2、運(yùn)用有限元分析軟件進(jìn)行深化設(shè)計(jì)；3、根據(jù)力學(xué)分析，水平工字鋼梁下部增加斜撐工字鋼，斜撐工字鋼中部增設(shè)一道剪刀撐，其作用是：一者，減少水平鋼梁的跨度，二者，減少下部斜撐桿件的自由長度；三者，增加鋼平臺(tái)的整體穩(wěn)定性；結(jié)果：初步方案于2007年12月10日完成，正式方案及深化設(shè)計(jì)圖紙于2008年1月15日完成。實(shí)施二：對(duì)支撐工字鋼梁的梁柱結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力核算，驗(yàn)算梁柱受力是否超過其設(shè)計(jì)允許荷載；經(jīng)核算，梁柱結(jié)構(gòu)受力未超過其設(shè)計(jì)允許荷載，但需待梁柱結(jié)構(gòu)砼達(dá)到其設(shè)計(jì)強(qiáng)度后才能受力。實(shí)施三：實(shí)