黃建西

(四川省高標(biāo)建設(shè)工程有限公司，四川成都 610081)

1 工程概況

本工程建筑結(jié)構(gòu)形式為框架結(jié)構(gòu)，由整體地下室和A、B、C 棟3個(gè)主樓組成，其中:裙樓3 層;A、B 棟為高層住宅樓，建筑層數(shù):地下3 層，地上38 層，建筑高度:124.9 m;C棟為高層商務(wù)辦公樓，建筑層數(shù):地下3 層，地上34 層，建筑高度:124.9 m。本工程1～3 層裙樓為商業(yè)用房，A、B 棟4～38為標(biāo)準(zhǔn)層，標(biāo)準(zhǔn)層層高為3.0 m;C 棟4～29 層為標(biāo)準(zhǔn)層，層高3.0 m，30～33 層為5.2 m 的層高，34 層為5.15 m 的層高。

由于該工程為商住辦公樓，其中設(shè)計(jì)有斷面較大的框支轉(zhuǎn)換梁，框支轉(zhuǎn)換梁的具體設(shè)計(jì)概況如表1。

表1 框支轉(zhuǎn)換梁設(shè)計(jì)概況(mm)

2 桁架式模板支撐體系在工程中的應(yīng)用

2.1 框支轉(zhuǎn)換梁的施工特點(diǎn)

(1)框支轉(zhuǎn)換梁的斷面較大而跨度不大，僅局部少量布置。

(2)框支轉(zhuǎn)換梁承受上部結(jié)構(gòu)剪力墻荷載，在本層本跨起到結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的作用。

(4)梁斷面大，施工時(shí)線荷載大于20 kN/m，框支轉(zhuǎn)換梁的模板施工方案屬“超過(guò)一定規(guī)模的危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程”，需組織專家進(jìn)行評(píng)審論證。

(5)框支轉(zhuǎn)換梁模板及支模架在混凝土澆筑時(shí)承受荷載大，對(duì)施工時(shí)支模架的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性要求高。

2.2 模板支撐體系選擇

對(duì)本工程B 座四層平面3、15 軸的兩根KZL2 框支轉(zhuǎn)換梁來(lái)講，由于其施工時(shí)荷載較大，如果采用傳統(tǒng)的支模方式:即將梁的模板支承荷載通過(guò)豎向立桿向下逐層傳遞至地下室底板上的做法，這不僅浪費(fèi)(要搭設(shè)6 層支撐架)，而且因傳力模式較復(fù)雜不易保證、施工難度大，故采用了桁架式模板支撐體系。

2.3 桁架式模板支撐體系的組成

桁架式模板支撐體系主要由鋼桁架、鋼牛腿和梁模板支撐體系組成(圖1～圖3)。

梁模板支撐體系仍采用50 厚木板做底模，18 厚覆膜膠合板做側(cè)模，用12 高強(qiáng)對(duì)拉螺桿和48×3.5 扣件式鋼管支撐側(cè)模。

3 桁架式模板支撐體系結(jié)構(gòu)受力分析

3.1 荷載傳遞路徑

梁自重、模板自重、施工荷載→梁底木模→小橫桿→鋼桁架→已澆筑的框支柱。

圖2 桁架1－1 剖面

圖3 A－A 剖面

B 座四層框支轉(zhuǎn)換梁桁架式模板支撐體系受力分析如圖4～圖6。

圖4 框架立面(KLM，T)

3.2 梁底模板受力計(jì)算

梁截面B×D=900 mm×2500 mm，木模50 mm 厚，小橫桿@300 mm，梁底模板計(jì)算主要包括模板面板和梁底支撐鋼管計(jì)算。

圖5 活載(L－L.T)

圖6 恒載(D－L.T)

(1)面板為受彎結(jié)構(gòu)，要驗(yàn)算其抗彎強(qiáng)度和剛度，按照簡(jiǎn)支梁計(jì)算。

(2)梁底支撐鋼管的計(jì)算。作用荷載包括梁與模板自重荷載、施工活荷載等。考慮其下的支承鋼架最少為其提供三個(gè)支點(diǎn)，其受力按兩跨連續(xù)梁計(jì)算。

(3)因面板和梁底支撐鋼管的計(jì)算與普通模板體系計(jì)算方法相同，故此處計(jì)算省略。

3.3 鋼桁架支撐體系計(jì)算

鋼桁架由四根通長(zhǎng)［36a 槽鋼組成，兩端支承于預(yù)埋在框支柱上的20# 工字鋼牛腿上。采用計(jì)算軟件:PKPM－STS(2008年版)進(jìn)行計(jì)算。

3.3.1 荷載計(jì)算

恒荷載:25×2.5×0.9+ 0.5×(1+2)=57.75 kN/ m

活荷載:1 kN/ m

集中荷載:2 kN

最大彎矩:Mx=1.2×57.75×4.92×1/8+1.2×1×4.92×1/8+2×4.9×1/2=216.490 kN·m

My=0.000 kN·m

3.3.2 應(yīng)力計(jì)算

圖7 配筋包絡(luò)和鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力比(mm2)

3.3.3 鋼桁架梁計(jì)算

(1)鋼桁架梁抗彎強(qiáng)度計(jì)算。

圖8 軸力包絡(luò)圖(kN)

梁下部受拉最大彎矩M=－66.26 kN· m，最大應(yīng)力σ=112.53＜f=215.00 N/mm2滿足要求!

梁下部受拉強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)力比:0.523，梁下部受拉最大彎矩M=－66.26 kN· m，穩(wěn)定計(jì)算最大應(yīng)力σ=202.35 ＜f=215.00 N/mm2滿足要求!梁下部受拉穩(wěn)定計(jì)算應(yīng)力比:0.941

(2)鋼桁架梁抗剪強(qiáng)度計(jì)算。

最大剪力V = 55.55 kN，最大剪應(yīng)力τ = 20.27 ＜fv=125.00 N/mm2滿足要求!計(jì)算剪應(yīng)力比:0.162

(3)鋼桁架梁撓度計(jì)算。

①(恒+活)載作用下梁的絕對(duì)撓度

最大撓度值=5.09(mm)，最大撓度/梁跨度=1/400

②(活)載作用下梁的絕對(duì)撓度

最大撓度值=0.51(mm)，最大撓度/梁跨度= 1/500

(4)轉(zhuǎn)角處對(duì)接全焊透焊縫計(jì)算。

受力形式:拉(壓)彎剪，lw=360 mm t=9 mm N=0.00 kN，M=40.20 kN· m V= 32.07 kN，焊縫等級(jí):一級(jí)，鋼材等級(jí):Q235，W=lw2×t/6 = 3602×9/6=194400.00 mm3，查表:ftw=215 N/mm2;fvw=125 N/mm2

σ= N/(lw×t)+M/W=206.79 N/mm2≤(fcw)= 215 N/mm2，滿足要求。

τ=1.5V/(lw×t)= 14.85 N/mm2≤fvw=125 N/mm2，滿足要求。

σz=(σ2+3τ2)1/2=208.38 N/mm2≤1.1ftw=236.50 N/mm2，滿足要求

3.3.4 鋼桁架梁兩端部角焊縫計(jì)算

4.1 計(jì)算依據(jù)

焊縫形式:直角角焊縫，鋼材等級(jí):Q235，受力形式:彎剪，lw= 720 mm ，he=6.00 mm，M= 0.00 kN·M，V= 55.50 kN

查表:ffw=160 N/mm2，強(qiáng)度增大系數(shù)βf=1.22，W=lw2×t/6 =518400.00 mm3，σ=M/W=0.00 N/mm2，滿足要求。τ=V/(lw×he)=12.85 N/mm2≤ffw=160 N/mm2，滿足要求。

σz=［(σ/βf)2+τ2］1/2=12.85 N/mm2≤ffw=160 N/mm2，滿足要求。

4 支座挑梁設(shè)計(jì)

4.1 計(jì)算依據(jù)

鋼材等級(jí):Q235，梁跨度(m):0.120，梁截面:普通熱軋工字鋼I20a

梁平面外計(jì)算長(zhǎng)度:0.240，強(qiáng)度計(jì)算凈截面系數(shù):1.000，截面塑性發(fā)展:考慮，構(gòu)件所屬結(jié)構(gòu)類別:多層鋼框架(≤12 層)，是否地震作用組合:否，梁上荷載作用方式:無(wú)荷載作用，繞X 軸彎矩設(shè)計(jì)值Mx:0.000 (kN· m)，繞Y 軸彎矩設(shè)計(jì)值My:0.000(kN·m)，剪力設(shè)計(jì)值V:70.000(kN)

設(shè)計(jì)依據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50017－2002)

4.2 梁構(gòu)件設(shè)計(jì)

(1)截面特性計(jì)算。

A=3.5550×10－3;Xc=5.0000×10－2;Yc=1.0000×10－1;Ix=2.3690×10－5;Iy= 1.5790×10－6;ix= 8.1600×10－2;iy=2.1100×10－2;W1x=2.3690×10－4;W2x=2.3690×10－4;W1y=3.1600×10－5;W2y=3.1600×10－5。

(2)鋼桁架梁強(qiáng)度驗(yàn)算結(jié)果。截面塑性發(fā)展系數(shù):γx=1.050最大應(yīng)力:f=0.000 ＜［f］=215.000(N/mm2)，梁構(gòu)件強(qiáng)度驗(yàn)算滿足。

(3)鋼桁架梁整體穩(wěn)定性驗(yàn)算結(jié)果。

平面外計(jì)算長(zhǎng)度(m):0.240，平面外長(zhǎng)細(xì)比λy:11，受彎整體穩(wěn)定系數(shù)φb:0.904。

最大應(yīng)力:f=0.000＜f=215.000(N/mm2)，梁構(gòu)件整體穩(wěn)定驗(yàn)算滿足。

(4)梁構(gòu)件抗剪驗(yàn)算結(jié)果。

計(jì)算點(diǎn)(形心點(diǎn))以上對(duì)中和軸面積矩(m3):Sx=1.3610×10－4，梁 構(gòu) 件 計(jì) 算 最 大 剪 應(yīng) 力(N/mm2):57.450 ＜fv =125.000，梁構(gòu)件抗剪驗(yàn)算滿足。

(5)局部穩(wěn)定驗(yàn)算。

翼緣寬厚比B/T=3.42 ＜翼緣容許寬厚比［B/T］=13.0，腹板計(jì)算高厚比H0/Tw=22.74＜鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范GB 50017容許高厚比［H0/Tw］=80.0，支座梁構(gòu)件驗(yàn)算滿足要求。

4.3 框支柱混凝土局部承壓驗(yàn)算

柱支座承受單根支座梁的荷載為:N=70.000 kN，12#工字鋼寬度為:74 mm。

混凝土局部承壓面積:S=74×380=28120 mm2，σ=N/S=70×103/28120=2.4 N/mm2。

框支柱混凝土等級(jí)為C50，完全可以滿足要求。

5 梁側(cè)模板計(jì)算

計(jì)算斷面寬度900 mm，高度2500 mm，兩側(cè)樓板厚度120 mm。模板為覆膜防水膠合板18 mm 厚，內(nèi)龍骨布置9 道間距@300，內(nèi)龍骨采用50 mm×100 mm 木方，外龍骨間距600 mm，外龍骨采用雙鋼管48 mm×3.5 mm，對(duì)拉螺栓布置對(duì)拉5 道，在斷面內(nèi)水平間距300 mm、600 mm、600 mm、600 mm，斷面跨度方向間距600 mm，直徑12 mm，［fy］= 310 N/ mm2。

經(jīng)驗(yàn)算，側(cè)模面板和內(nèi)、外龍骨的抗彎、抗剪強(qiáng)度和撓度變形均滿足要求。

對(duì)拉螺栓的直徑:12 mm，對(duì)拉螺栓有效直徑:10 mm，對(duì)拉螺栓有效面積:A=76.000 mm2，對(duì)拉螺栓所受的最大拉力N=20.283 kN＜對(duì)拉螺栓最大容許拉力值［N］=76×310=23.56(kN)，對(duì)拉螺栓強(qiáng)度驗(yàn)算滿足要求。

6 桁架式模板支撐體系施工方法分析

與傳統(tǒng)的大荷載轉(zhuǎn)換梁模板施工方法相比，桁架式模板支撐體系施工方法具有如下幾個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn):

(1)承受梁模板施工荷載的主承力構(gòu)件—鋼桁架可在鋼結(jié)構(gòu)工廠內(nèi)加工制作，其加工制作方法簡(jiǎn)單、方便，制作質(zhì)量更易于保證。

(2)梁模板施工荷載通過(guò)鋼桁架傳遞給兩端的框支柱，其結(jié)構(gòu)更為合理，受力傳遞簡(jiǎn)單、明確，增大了大荷載轉(zhuǎn)換梁模板施工的安全性。

(3)采用桁架式模板支撐體系施工方法施工大荷載轉(zhuǎn)換梁，其荷載傳遞更為簡(jiǎn)捷、合理，不僅增強(qiáng)了施工的安全性，還大大減少了扣件、鋼管等周轉(zhuǎn)材料的投入。

(4)鋼桁架拆除后可重復(fù)使用，這種支模方式更為經(jīng)濟(jì)、合理。

7 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，桁架式模板支撐體系與傳統(tǒng)的模板支撐施工方法相比，具有經(jīng)濟(jì)、合理、操作簡(jiǎn)便、易于施工，施工質(zhì)量、安全更易保障等優(yōu)點(diǎn)，隨著城市高層建筑的不斷增多，大荷載轉(zhuǎn)換大梁的施工越來(lái)越多，桁架式模板支撐體系解決了大荷載框支轉(zhuǎn)換梁模板支撐施工難的施工難題，具有良好的應(yīng)用前景。