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【摘要】 本文对某大学校区继续教育中心主楼工程的设计施工,介绍了梁、平台板模板设计及支撑系统设计,梁、平台底板及钢管支撑设计承载力验算,大梁穿墙螺杆计算,平台满樘钢管脚手架支撑计算,梁及平台板的满樘脚手架搭设的整体稳定性。
【关键词】 大跨度薄腹深梁;模板设计;支撑系统设计;承载力验算;穿墙螺杆;满樘钢管脚手架搭设
【中图分类号】 TU378.4 【文献标识码】 B【文章编号】 1727-5123(2010)01-057-03
1工程概况
某大学校区继续教育中心主楼工程位于大学校区内,由教育中心主楼和图书馆组成,为5~6层框架结构,总建筑面积 22000m2;A区主要为教室、开架式图书馆和阅览室,一、二层层高4.20m,三、四、五、六层层高3.70m;B区主要为计算机教室、活动中心和阶梯教室,其一层相当于A区二层,层高4.20m,二、三、四、五层层高均为3.70m,一层以下局部呈斜面架空,三层活动中心上空为大空间,层高最大为7.40m,五层的中间大阶梯教室层高复杂,变化较多。
1.1框架柱柱网尺寸。由于本工程主要用于教学,所以房间开间较大,因此梁跨度也较大,其中,A区柱网基本为7500×8000mm,中间局部有9000×8000mm,最大的柱网为10400×8000mm。B区柱网两边辅房以7500×7500mm为主,中间大教室15000×16500mm,在三层多媒体多功能活动中心处由轴柱形成7500×16500mm的大柱网。
1.2框架梁及次梁主要的几何尺寸。A区框架梁几何尺寸有:300×700mm、300×850mm、300×900mm、400×700mm、300×1000mm。次梁几何尺寸有:200×700mm、200×600mm、200×850mm等多种规格。B区框架梁几何尺寸有:300×700mm、400×1200mm、400×2020mm、500×2200mm;次梁几何尺寸有: 300×600mm 、300×650mm等。
2设计依据
2.1中心主楼和图书馆的设计图纸以及设计中的有关技术说明。
2.2《建筑施工手册》。
2.3 《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》JGJ130—2001。
3施工部署
本工程设计梁断面尺寸具有种类多、变化大的特点,根据现场实际状况,大梁模板支撑拟采用钢管满堂脚手作支撑架,100×50mm木方夹钢管作搁栅,上铺十一夹板的方法,梁侧模板采用十一夹板面层,100×50mm木方、中间夹φ48×3.5m钢管做背肋,2Φ48×3.5m钢管围檩、M16螺杆对穿夹牢。
3.1梁、平台板模板设计及支撑系统设计。
3.1.1支撑系统主要由Φ48×3.5m钢管及50×100mm木方二部分组成,其中Φ48×3.5m钢管材质符合现行国家标准《直缝电焊钢管》(GB/T13793)中规定的3号普通钢管,其质量符合现行国家标准《碳素结构钢》(GB/T700)中Q235—A级钢的规定。
3.1.2为便于工人操作,每根钢管的最大重量不应大于25Kg。
3.1.3采用可锻铸制作的扣件,其材质符合现行国家标准《钢管脚手架扣件》(GB15831)的规定,扣件在螺栓拧紧扭力矩达65N·m时不得发生破坏。
3.1.4梁模采用组合胶合板,梁底宽250mm以上时用18mm厚胶合板加木方作底模。梁底宽≤250mm采用50mm厚松板、平台板模采用优质竹胶板用50×100mm平直木方作垫楞,楞距@350mm,模板安装顺序为:梁底模 → 梁侧模 → 板底模。
3.1.5梁、板支模示意图如下图所示:
3.1.6梁底立杆间距按0.5×0.6m设置,板底立杆间距按1.0×1.0m设置,水平牵杆纵横向均按1.0m设置,其中离地300mm设一道扫地杆,在梁底或板底50×100mm木楞底设一道承压牵杆。
3.2梁、平台底板及钢管支撑设计承载力验算。
3.2.1500x2200梁,梁侧模板支撑图如下:
① 梁侧模板压力计算:a.砼浇筑速度按V=2.0m/h,入模温度按T=150c考虑,采用振动棒插入式振捣施工。
侧压力按下二式计算,并取小者。
P1=0.22ΥC×t0×β1×β2×V1/2
=0.22×25000×1.2×1.15×21/2×200/(15+15)
=71.55 KN/m2
P2=ΥC*H=25×2.2=55 KN/m2
取小值P2=55 KN/m2
b.砼侧压力设计值。
F=P2×1.2=66 KN/m2
c.振捣砼时产生的荷载设计值。
P’=4×1.4=5.6 KN/m2
以上两项荷载:合计P=66+5.6=71.6 KN/m2
② 侧板承载力验算。
a.抗弯强度验算:(梁侧模板立档间距按300mm考虑)
查手册知E=1×104N/mm2 fm=13 N/mm2
考虑木模乘以折减系数0.9
q=71.6×0.9×0.3=19.33 N/m
计算简图可近似按5等跨连续梁考虑,如下图
查表知:Km=0.105
M=Kmql2=0.105×19.33×3002=182.67×103 N·mm
W=bh2/6=300×182/6=16.2×103 mm3
则σ= M/W = 11.28 N/mm2 < [fm]= 13N/mm2,满足要求。
b.挠度验算
I=bh3/12=300×183/12=1.46×105mm4
查表知:Kω=0.644
ω=Kωql4/100EI=0.644×17.82×3004/(102×104×1.46×105)
=0.637mm 满足要求。
③ 竖向背肋承载力验算。
竖向背肋采用50×100木方,查手册可知[fm]=15 KN/m2 , 由于穿墙螺杆的间距在竖向间距为500mm,故取计算长度为500mm。
a.抗弯强度验算:
根据荷载组合q=71.1×0.9×0.3=19.33 N/m,计算简图可近似按4等跨连续梁考虑,如下图:
查表知:Km=0.107
nM=Kmql2=0.107×19.33×5002=517.08×103 N·mm
W=bh2/6=50×1002/6=8.3×104mm3
则 σ=W/M=0.517×106/8.3×104= 6.23 N/mm2
< [fm] = 15N/mm2
满足要求.
b.挠度验算:
I=bh3/12=50×1003/12=4.17×106mm4
查表知:Kω=0.632
ωw=Kωql4/100EI
=0.632×19.33×5004/(102×104×1.04×106)
=0.734 满足要求.
④ 水平横肋承载力验算:水平横肋采用双道Φ48、壁厚为3.5mm钢管,查手册知。
I=12.19×104mm4W=5.08×103mm3
E=2×105N/mm2 [fm]=205N/mm2
a.抗弯强度验算:
根据荷载组合:F=71.6×0.9×0.3×0.5=9.67KN
计算简图可近似按5等跨连续梁考虑,间距600mm。
查表知:Km = 0.281
M= KmFl = 0.281×9.67×0.6 =1.63×106 N·mm
则 σ=M/W=1.63×106/(2×5.08×103)=160.43 N/mm2<[fm]=205N/mm2,满足要求。
b.挠度验算。查表知:Kω=1.795
ω=KωFl3/100EI=1.795×9.67×103×6003/2(2×107×12.19×104)
=0.77 3.2平台满樘钢管脚手架支撑计算。以屋面平台板为计算对象,按两端铰接的受压构件来简化计算板厚h=120mm。
a.单位面积荷载计算。
模板及支架自重0.75×0.12=0.09 KN/m2
新浇砼自重25 ×0.12=3 KN/m2
钢筋自重 1.1×0.12=0.13 KN/m2
合计3.22 KN/m2
荷载设计值为:3.22×1.2=3.86 KN/m2
施工人员及施工设备荷载设计值:1×1.4=1.4 KN/m2
按荷载组合:3.86+1.4=5.26 KN/m2
立杆间距为a,每区格面积为a2 , 每根立杆承载为5260a2 N,选用Φ48×3.5钢管,按稳定性计算,取横杆步距为1.5m,L=LO+2a=1.5+2×0.05=1.6m
λ=1600/15.8=101
查《冷弯薄壁型钢结构设计规范》ψ=0.58
取安全系数k=3
KN/ψA=3×5260a2/0.58×489<[f]=205 N/mm2
a<1.92m
在实际施工过程中,立杆间距按1.0×1.0m设置,各立杆间布置双向水平撑间距为1.5m,下部离地300m设扫地杆,并按规范要求布置斜向剪刀撑以增强满樘脚手架整体稳定性。
4搭设注意事项
4.1梁板跨度≥4m,模板应按要求起拱,起拱高度为全长跨度的2‰。
4.2所有大梁截面高度h≥900mm,梁底钢管支撑搭设均同500×2200mm大梁梁底钢管支撑搭设。
4.3大梁底中间顶撑钢管优先采用对接钢管,如采用错接,必须采取相应加固措施。
4.4梁底小横杆与中间顶撑连接,应采用双扣件,防止小横杆下滑。
4.5梁及平台板的满樘脚手架需沿竖向和水平向按要求设置一定数量的剪刀撑。
4.6剪刀撑的斜杆与水平面的交角宜在45O～60O之间,水平投影宽度应不小于两跨或四米和不大于四跨或八米,斜杆应与脚手架基本构架杆件加以可靠连接,且斜杆相邻连接点之间杆段的长细比不得大于60。
4.7满樘脚手架左右相邻立杆和上下相邻平杆的接头应相互错开,并置于不同的构架框格内。
4.8在脚手架底端100～300mm处一律遍设纵向和横向扫地杆,并与立杆连接牢固。
4.9500×2200mm大梁,梁底中间顶撑钢管应穿过阶梯教室楼板,将荷载直接传至400×1200mm大梁上。
4.10考虑施工便利,应先搭设梁底支撑钢管,而后搭设平台板下钢管支撑。
4.11为保证整体稳定性,梁底支撑和板底支撑钢管剪刀撑必须连在一起,不得将梁底支撑和板底支撑剪刀撑分开搭设。
4.12浇筑砼前,项目工程师和安全员必须对整体支撑进行验收,无问题后方可进行下道工序施工。
【关键词】 大跨度薄腹深梁;模板设计;支撑系统设计;承载力验算;穿墙螺杆;满樘钢管脚手架搭设
【中图分类号】 TU378.4 【文献标识码】 B【文章编号】 1727-5123(2010)01-057-03
1工程概况
某大学校区继续教育中心主楼工程位于大学校区内,由教育中心主楼和图书馆组成,为5~6层框架结构,总建筑面积 22000m2;A区主要为教室、开架式图书馆和阅览室,一、二层层高4.20m,三、四、五、六层层高3.70m;B区主要为计算机教室、活动中心和阶梯教室,其一层相当于A区二层,层高4.20m,二、三、四、五层层高均为3.70m,一层以下局部呈斜面架空,三层活动中心上空为大空间,层高最大为7.40m,五层的中间大阶梯教室层高复杂,变化较多。
1.1框架柱柱网尺寸。由于本工程主要用于教学,所以房间开间较大,因此梁跨度也较大,其中,A区柱网基本为7500×8000mm,中间局部有9000×8000mm,最大的柱网为10400×8000mm。B区柱网两边辅房以7500×7500mm为主,中间大教室15000×16500mm,在三层多媒体多功能活动中心处由轴柱形成7500×16500mm的大柱网。
1.2框架梁及次梁主要的几何尺寸。A区框架梁几何尺寸有:300×700mm、300×850mm、300×900mm、400×700mm、300×1000mm。次梁几何尺寸有:200×700mm、200×600mm、200×850mm等多种规格。B区框架梁几何尺寸有:300×700mm、400×1200mm、400×2020mm、500×2200mm;次梁几何尺寸有: 300×600mm 、300×650mm等。
2设计依据
2.1中心主楼和图书馆的设计图纸以及设计中的有关技术说明。
2.2《建筑施工手册》。
2.3 《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》JGJ130—2001。
3施工部署
本工程设计梁断面尺寸具有种类多、变化大的特点,根据现场实际状况,大梁模板支撑拟采用钢管满堂脚手作支撑架,100×50mm木方夹钢管作搁栅,上铺十一夹板的方法,梁侧模板采用十一夹板面层,100×50mm木方、中间夹φ48×3.5m钢管做背肋,2Φ48×3.5m钢管围檩、M16螺杆对穿夹牢。
3.1梁、平台板模板设计及支撑系统设计。
3.1.1支撑系统主要由Φ48×3.5m钢管及50×100mm木方二部分组成,其中Φ48×3.5m钢管材质符合现行国家标准《直缝电焊钢管》(GB/T13793)中规定的3号普通钢管,其质量符合现行国家标准《碳素结构钢》(GB/T700)中Q235—A级钢的规定。
3.1.2为便于工人操作,每根钢管的最大重量不应大于25Kg。
3.1.3采用可锻铸制作的扣件,其材质符合现行国家标准《钢管脚手架扣件》(GB15831)的规定,扣件在螺栓拧紧扭力矩达65N·m时不得发生破坏。
3.1.4梁模采用组合胶合板,梁底宽250mm以上时用18mm厚胶合板加木方作底模。梁底宽≤250mm采用50mm厚松板、平台板模采用优质竹胶板用50×100mm平直木方作垫楞,楞距@350mm,模板安装顺序为:梁底模 → 梁侧模 → 板底模。
3.1.5梁、板支模示意图如下图所示:
3.1.6梁底立杆间距按0.5×0.6m设置,板底立杆间距按1.0×1.0m设置,水平牵杆纵横向均按1.0m设置,其中离地300mm设一道扫地杆,在梁底或板底50×100mm木楞底设一道承压牵杆。
3.2梁、平台底板及钢管支撑设计承载力验算。
3.2.1500x2200梁,梁侧模板支撑图如下:
① 梁侧模板压力计算:a.砼浇筑速度按V=2.0m/h,入模温度按T=150c考虑,采用振动棒插入式振捣施工。
侧压力按下二式计算,并取小者。
P1=0.22ΥC×t0×β1×β2×V1/2
=0.22×25000×1.2×1.15×21/2×200/(15+15)
=71.55 KN/m2
P2=ΥC*H=25×2.2=55 KN/m2
取小值P2=55 KN/m2
b.砼侧压力设计值。
F=P2×1.2=66 KN/m2
c.振捣砼时产生的荷载设计值。
P’=4×1.4=5.6 KN/m2
以上两项荷载:合计P=66+5.6=71.6 KN/m2
② 侧板承载力验算。
a.抗弯强度验算:(梁侧模板立档间距按300mm考虑)
查手册知E=1×104N/mm2 fm=13 N/mm2
考虑木模乘以折减系数0.9
q=71.6×0.9×0.3=19.33 N/m
计算简图可近似按5等跨连续梁考虑,如下图
查表知:Km=0.105
M=Kmql2=0.105×19.33×3002=182.67×103 N·mm
W=bh2/6=300×182/6=16.2×103 mm3
则σ= M/W = 11.28 N/mm2 < [fm]= 13N/mm2,满足要求。
b.挠度验算
I=bh3/12=300×183/12=1.46×105mm4
查表知:Kω=0.644
ω=Kωql4/100EI=0.644×17.82×3004/(102×104×1.46×105)
=0.637mm
③ 竖向背肋承载力验算。
竖向背肋采用50×100木方,查手册可知[fm]=15 KN/m2 , 由于穿墙螺杆的间距在竖向间距为500mm,故取计算长度为500mm。
a.抗弯强度验算:
根据荷载组合q=71.1×0.9×0.3=19.33 N/m,计算简图可近似按4等跨连续梁考虑,如下图:
查表知:Km=0.107
nM=Kmql2=0.107×19.33×5002=517.08×103 N·mm
W=bh2/6=50×1002/6=8.3×104mm3
则 σ=W/M=0.517×106/8.3×104= 6.23 N/mm2
< [fm] = 15N/mm2
满足要求.
b.挠度验算:
I=bh3/12=50×1003/12=4.17×106mm4
查表知:Kω=0.632
ωw=Kωql4/100EI
=0.632×19.33×5004/(102×104×1.04×106)
=0.734
④ 水平横肋承载力验算:水平横肋采用双道Φ48、壁厚为3.5mm钢管,查手册知。
I=12.19×104mm4W=5.08×103mm3
E=2×105N/mm2 [fm]=205N/mm2
a.抗弯强度验算:
根据荷载组合:F=71.6×0.9×0.3×0.5=9.67KN
计算简图可近似按5等跨连续梁考虑,间距600mm。
查表知:Km = 0.281
M= KmFl = 0.281×9.67×0.6 =1.63×106 N·mm
则 σ=M/W=1.63×106/(2×5.08×103)=160.43 N/mm2<[fm]=205N/mm2,满足要求。
b.挠度验算。查表知:Kω=1.795
ω=KωFl3/100EI=1.795×9.67×103×6003/2(2×107×12.19×104)
=0.77
a.单位面积荷载计算。
模板及支架自重0.75×0.12=0.09 KN/m2
新浇砼自重25 ×0.12=3 KN/m2
钢筋自重 1.1×0.12=0.13 KN/m2
合计3.22 KN/m2
荷载设计值为:3.22×1.2=3.86 KN/m2
施工人员及施工设备荷载设计值:1×1.4=1.4 KN/m2
按荷载组合:3.86+1.4=5.26 KN/m2
立杆间距为a,每区格面积为a2 , 每根立杆承载为5260a2 N,选用Φ48×3.5钢管,按稳定性计算,取横杆步距为1.5m,L=LO+2a=1.5+2×0.05=1.6m
λ=1600/15.8=101
查《冷弯薄壁型钢结构设计规范》ψ=0.58
取安全系数k=3
KN/ψA=3×5260a2/0.58×489<[f]=205 N/mm2
a<1.92m
在实际施工过程中,立杆间距按1.0×1.0m设置,各立杆间布置双向水平撑间距为1.5m,下部离地300m设扫地杆,并按规范要求布置斜向剪刀撑以增强满樘脚手架整体稳定性。
4搭设注意事项
4.1梁板跨度≥4m,模板应按要求起拱,起拱高度为全长跨度的2‰。
4.2所有大梁截面高度h≥900mm,梁底钢管支撑搭设均同500×2200mm大梁梁底钢管支撑搭设。
4.3大梁底中间顶撑钢管优先采用对接钢管,如采用错接,必须采取相应加固措施。
4.4梁底小横杆与中间顶撑连接,应采用双扣件,防止小横杆下滑。
4.5梁及平台板的满樘脚手架需沿竖向和水平向按要求设置一定数量的剪刀撑。
4.6剪刀撑的斜杆与水平面的交角宜在45O～60O之间,水平投影宽度应不小于两跨或四米和不大于四跨或八米,斜杆应与脚手架基本构架杆件加以可靠连接,且斜杆相邻连接点之间杆段的长细比不得大于60。
4.7满樘脚手架左右相邻立杆和上下相邻平杆的接头应相互错开,并置于不同的构架框格内。
4.8在脚手架底端100～300mm处一律遍设纵向和横向扫地杆,并与立杆连接牢固。
4.9500×2200mm大梁,梁底中间顶撑钢管应穿过阶梯教室楼板,将荷载直接传至400×1200mm大梁上。
4.10考虑施工便利,应先搭设梁底支撑钢管,而后搭设平台板下钢管支撑。
4.11为保证整体稳定性,梁底支撑和板底支撑钢管剪刀撑必须连在一起,不得将梁底支撑和板底支撑剪刀撑分开搭设。
4.12浇筑砼前,项目工程师和安全员必须对整体支撑进行验收,无问题后方可进行下道工序施工。