高空大懸挑支撐架的設(shè)計(jì)與施工

高空大懸挑支撐架的設(shè)計(jì)與施工1、工程概況某氣象雷達(dá)樓位于某市山頂，海拔352m，是該市災(zāi)害性天氣監(jiān)測預(yù)警服務(wù)系統(tǒng)重點(diǎn)項(xiàng)目。該工程為一類高聳構(gòu)筑物，筒體結(jié)構(gòu)，地上總高度83.58m。平面形狀為正六邊形，由內(nèi)、外筒體組成。核心內(nèi)筒每邊長為3.3m，外筒截面不規(guī)則，自±0.00至+62.40m段，正六邊形邊長由12m漸變成3.3m，從+62.40m至+77.00m段標(biāo)高，邊長由3.3m外伸漸變至11.17m。該構(gòu)筑物外觀造型新穎獨(dú)特。施工測量放線、模板尺寸控制、支撐架搭設(shè)、卸料平臺設(shè)置等難度較大，操作面狹窄，均為高空作業(yè)。特別是+62.40m~+77.00m標(biāo)高段。如何確保15m高的倒棱臺筒體結(jié)構(gòu)的安全施工是該工程的關(guān)鍵所在。本文著重介紹倒棱臺筒體采用懸挑支撐架的情況。2、模板支撐架設(shè)計(jì)經(jīng)過綜合分析論證，最終確定采用高空大懸挑支撐架，支撐架由懸挑結(jié)構(gòu)和扣件式腳手架兩部分組成：即在+62.40m處懸挑9m長的共計(jì)18根工字鋼32b，再用I12.6工字鋼＠800mm作水平連梁，作為外架的支撐平臺和施工作業(yè)面；在懸挑的工字鋼上搭設(shè)模板支撐架。為減輕大懸挑承受的荷載，在+67.6m、+72.8m、+77.0m三個(gè)標(biāo)高的混凝土樓板上各搭設(shè)一個(gè)小型懸挑架，以達(dá)到卸載的目的。懸挑支撐架示意圖見圖1。2.1計(jì)算簡圖為便于計(jì)算，將懸挑架的受力體系偏安全的簡化為平面受力體系，懸挑架與結(jié)構(gòu)的連接簡化為鉸接點(diǎn)。懸挑架的計(jì)算簡圖及內(nèi)力計(jì)算結(jié)果見圖2。2.2結(jié)構(gòu)驗(yàn)算懸挑工字鋼強(qiáng)度驗(yàn)算采用I32b型工字鋼作懸挑結(jié)構(gòu)，其抗彎截面模量W=726000m3。由彎矩圖可得B點(diǎn)處負(fù)彎矩MB=146.3KN*m，σB=MB/W=201.5N/mm2<f=205N/mm2，C、D段最大正彎矩為MCD=61.4KN*m，σCD=MCD2<f=205N/mm2，抗彎強(qiáng)度均滿足要求。2.2.2懸挑工字鋼剛度驗(yàn)算經(jīng)計(jì)算可得：AB段的撓度為4.3mm<[Δ]=L/400=7.5mm，滿足要求；而BC段Δ=35.6mm>[Δ]=L/400=6mm，CD段Δ=57.1mm>[Δ]=L/400=8mm，均不滿足要求。為此，決定將C點(diǎn)和D點(diǎn)處分別抬高（起拱）50mm和80mm，以解決撓度過大的問題。2.2.3鋼絲繩強(qiáng)度驗(yàn)算選用2Φ28mm的鋼絲繩，其破斷力為NC=Af=274.52*1700=500.68KN，鋼絲繩受到的最大拉力經(jīng)計(jì)算為TC=89KN，安全系數(shù)取8，單根鋼絲繩允許拉力為：500.68*0.82(換算系數(shù))/8=51.32KN，則2Φ28mm鋼絲繩可承受拉力為51.32*2=102.64KN>TC=89KN，滿足要求。2.2.4斜壓桿(BE)驗(yàn)算⑴強(qiáng)度。斜壓桿采用16#工字鋼，其截面面積為A=2613.1mm2，由內(nèi)力圖可知斜壓桿軸力為NBE=284KN，故σ=NBE/A=108.68N/mm2<f=205N/mm2，滿足要求。⑵穩(wěn)定性。經(jīng)計(jì)算，斜壓桿的穩(wěn)定性系數(shù)：φX=0.692，φY=0.084。可得強(qiáng)軸φ=157.06N/mm2<f=205N/mm2，滿足要求。但弱軸φ=1293.85N/mm2>205N/mm2，不滿足要求。對此，在水平方向增加2道10#工字鋼，以減少壓桿計(jì)算長度，將10#工字鋼與16#工字鋼連接處實(shí)施焊接。重新計(jì)算φY=0.603，則N/φyA=180.24<f=205N/mm2，滿足要求。2.2.4支撐架計(jì)算⑴立桿穩(wěn)定性驗(yàn)算。支撐架采用Φ48*3.5mm鋼管和扣件搭設(shè)，立桿橫向間距為800mm，縱向間距為1000mm，步距為1200mm。經(jīng)計(jì)算得：單根立桿軸向承受最大荷載N=37.38KN，穩(wěn)定性系數(shù)為φ=0.773，由風(fēng)荷載引起的彎矩MW=15N*mm，則φ<f=205N/mm2，滿足要求。⑵連墻件強(qiáng)度與扣件抗滑移驗(yàn)算。作用在連墻件上的力為N=15.16KN，φ=0.96，則N/φA=32.29，N/mm2<f=205N/mm2，滿足要求。扣件抗滑承載力，采用雙扣件。其承載力RC=12KN，N=15.16KN>12KN，不滿足要求，需采取加強(qiáng)措施，即每根連墻鋼管與架體再增加2個(gè)扣件連接，則N=15.16KN<12*2KN=24KN，滿足要求。3、懸挑支撐架搭設(shè)本懸挑支撐架主要用作倒棱臺結(jié)構(gòu)的模板支撐的支承面，同時(shí)作為施工安全防護(hù)架。3.1搭設(shè)步驟⑴先采用普通鋼管扣件式懸挑雙排腳手架施工+62.4m~+72.8m段核心筒體，以便第一道鋼絲繩在+72.8m處固定。⑵搭設(shè)+62.4m處第一節(jié)6m長工字鋼32b，同時(shí)用第一道鋼絲繩將其固定，并進(jìn)行部分外筒結(jié)構(gòu)的施工。⑶進(jìn)行+72.8m~+77.0m段核心筒施工。⑷將62.4m處的懸挑工字鋼接長至9m。（將第二節(jié)3.2m長工字鋼32b與第一節(jié)工字鋼對接）。并用+77.0m處第二道鋼絲繩與第二節(jié)工字鋼連接。⑸在懸挑工字鋼上搭設(shè)支撐架（搭設(shè)過程從略）。3.1主要技術(shù)措施⑴懸挑工字鋼與筒體結(jié)構(gòu)的連接。以+62.4m標(biāo)高處筒體的環(huán)梁作為懸挑工字鋼32b的支座，在環(huán)梁兩側(cè)設(shè)置520mm*350mm*20mm的鋼板，用8Ф25mm高強(qiáng)螺桿固定。懸挑工字鋼根部與鋼板四周焊接。第一節(jié)懸挑工字鋼與第二節(jié)工字鋼的連接采用腹板兩側(cè)用鋼板夾住及8Ф25mm高強(qiáng)螺栓連接。懸挑工字鋼與筒體連接見圖3。⑵斜拉鋼絲繩與筒體的連接。在+72.8m、+77.0m筒體的環(huán)梁上，對應(yīng)于工字鋼32b的各點(diǎn)預(yù)埋Ф32mm鋼筋錨環(huán)2個(gè)，用于斜拉鋼絲繩，鋼筋錨環(huán)錨入環(huán)梁內(nèi)40d，注意其傾斜應(yīng)與斜拉鋼絲繩方向一致。⑶斜撐桿與筒體的連接。在+57.7m標(biāo)高處的筒體上預(yù)埋300mm*300mm*20mm鋼板，作為斜撐16#工字鋼的焊接支點(diǎn)。鋼板與筒體用預(yù)埋錨筋（9Ф25mm鋼筋長250mm）相連。斜撐與懸挑工字鋼采用焊接連接。在斜撐之間采用兩道水平桿（10#工字鋼）連接，以增加斜撐的穩(wěn)定性。⑷增設(shè)小型懸挑梁。為了減少懸挑架體的荷載，利用+67.6m、+72.8m、+77.0m三個(gè)樓層板面各懸挑出一個(gè)用工字鋼25b搭設(shè)成的單層小懸挑架，承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)荷載（仍用Ф48*3.5mm鋼管和扣件搭設(shè)）。⑸利用主體結(jié)構(gòu)的防雷接地系統(tǒng)作為外架的防雷引下線。焊接均壓環(huán)與外架最外排立桿相連，立桿與橫桿焊接，使外架形成封閉防雷系統(tǒng)。4、懸挑支撐架的拆除⑴待主體混凝土強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，+62.4m以上外墻涂料完成后，開始拆除+77.0m以上模板支架。按對稱卸載的原則由內(nèi)向外、由上向下逐層拆除，先拆除+72.8m~+77.0m的架體。⑵拆除+72.8m~+62.4m的鋼管支架及腳手板。⑶待所有支撐架鋼管全部拆除后，拆除+77.0m處鋼絲繩，并割掉鋼筋錨環(huán)。⑷拆除第二節(jié)懸挑工字鋼。先用塔機(jī)將工字鋼吊穩(wěn)，再取下鋼梁接頭處螺栓及鋼板。操作人員應(yīng)系好安全帶，周邊作好防護(hù)，專人指揮。⑸拆除+72.8m處鋼絲繩，割掉錨環(huán)。拆除斜撐桿，上端與懸挑工字鋼處焊接處切割，下端與筒體連接處松開螺栓。在+67.6m處安上手動(dòng)葫蘆將斜桿吊住，塔機(jī)配合下放。⑹再拆第一節(jié)懸挑工字鋼32b