转换层支撑系统的选型及其安全性分析

转换层支撑系统的选型及其安全性转换层支撑系统的选型及其安全性 分析分析 随着我国建筑业的发展 在多功能的高层建筑中转换层的施工 越来越普遍 由于转换层往往自重很大 支撑系统的设计计算 有它的特殊性 设计计算不周则可能导致支撑系统坍塌事故 造成人员伤亡和重大经济损失 所以 转换层支撑系统的设计 是施工安全技术管理中控制的重点 本文以笔者参与施工管理的深圳蛇口四海华庭工程转换层支撑 系统的设计施工为例 阐述转换层砼浇筑方案的选用 并根据 砼浇筑方案进行支撑系统的选型 分析其内力和变形 以保证 施工安全 深圳蛇口四海华庭工程总建筑面积 23429m2 地下 2 层 地上 21 层 其中裙楼四层 为大轴网框筒结构 标准层 17 层 为 小轴网剪力墙结构 地上第 5 层为转换层 面积 1830m2 砼 1921m3 钢筋 506t 转换层标高 17 8m 主框架梁截面 2000 1200mm 最大梁截面 2000 1400mm 板厚 200mm 采 用 c45 泵送砼 1 转换层砼浇筑方案的选用 1 1 一次性浇筑成型方案 转换层砼可一次浇筑成型 也可根据叠合梁的原理分两次浇筑 如采用一次浇筑成型的方法 荷载 包括钢筋砼自重 模板及 支撑 施工人员及设备 振捣砼的荷载等 经计算为 31 7kn m2 根据设计部门提供的楼面承载力 转换层以下 5 层 楼面的总承载力为 23kn m2 因此 必须利用地基承载力 从 地下室底板开始 层层搭设满堂红支撑至转换层 如采用 48 3 5 钢管 约需用立杆 11000 根 加上水平杆剪刀撑 约需 用钢管 340t 1 2 分两次浇筑成型方案 根据本工程设计特点 工期和物资条件 为节约钢管等周转材 料 决定转换层采用两次浇筑方案 第一次浇筑下半梁 浇筑 高度 800mm 经计算荷载为 8 9kn m2 根据设计部门提供的楼 面承载能力 裙楼 3 4 层的楼面总承载能力为 9 2kn m2 因此 只须布置 2 层满堂红钢管支撑 为节省钢管用量 支撑的间距 逐层按扣除各楼层的承载能力的方法减少 上述满堂红支撑 约需用钢管立杆 4000 根 加上水平杆的剪刀撑 约需用钢管 120t 比一次性浇筑少用钢管 220t 2 支撑系统内力和变形计算 2 1 下半梁受力分析 第一次砼浇筑后 强度达到设计强度 80 以上 开始进行上半 梁及楼板的砼浇筑 此时下半梁承担的荷载为 q 64 4kn m 转 换层楼板新浇砼及其它施工荷载 qp 8 5kn m2 则通过满堂红 支撑传递到四层和三层楼板 再由次梁传递到这两层主梁上 经计算 上半梁荷载将下半梁承载力的 15 25 在整体大梁 形成后 可视为承载力已发挥了 15 25 而且下半梁钢筋产 生的应变是永久性的 不可恢复的 降低了结构的可靠度 2 2 第二次浇筑砼的支撑系统 为减少下半梁钢筋的永久性变形 通过在次梁支座处设置 4 5 48 3 5 钢管的方法 将荷载逐层传递至于地下室底板 由 各层大梁和钢管共同承担转换层的荷载 受力模型如图 1 图 1 支撑系统计算图 2 3 支撑系统的荷载 转换层上半梁均布荷载为 q 以在支撑点产生的竖向变形相等 为条件 换算为等效集中力 f7 f7 的计算如图 2 所示 b c d 三种情况下梁的刚度 kbi 分别为 48 ei l3 i 243 ei 4l3 i 162 ei 5l3 i a 图中的 1 5ql4 384ei 与 b 图中的 1 fl3 48ei 必须相等 a 图中的 2 0 01168ql4 ei 必须分别与 c 图中的 4fl3 243ei 和 d 图中的 2 5fl3 162ei 相等 以此条件可得出三种情况下的等效 集中力 f7 图 2 等效荷载计算示意图 f7 5ql 8 f7 0 71ql f7 0 38ql f6 和 f5 为由转换层楼板荷载传递而产生的第四层和第三层的次 梁集中力 f6 和 f5 的计算 转换层楼板新浇砼及其它施工荷载 qp 8 5kn m2 第四层和第三层的次梁所承受的板面荷载分布面 积为 ap 可得 f6 f5 qpap 2 2 4 内力与变形计算方法 kci 1 gi 1 ki 1 1 1 ki kci kbi 2 gi 为钢管的轴向刚度 gi ea li 地下室底板 k0 可认为等于无 穷大 由 1 2 式联立 从地下室板往上可逐层算出 ki 和 kci 值 令 r7 f7 从转换层逐层往下算 可得 第 i 层钢管内力 ri ri 1kci ki 3 第 i 层梁板的支撑点挠度 i ri 1 ki 4 再分别令 r6 f6 r5 f5 代入 3 4 式各计算一次 将以 上三次计算的结果叠加 便计算出各层钢管支撑的内力和各层 梁的在支撑点的挠度 2 5 计算实例 以次梁位于主梁 1 2 跨中的一榀框架之中一跨为例 计算过程 如下 q 64 4kn m 1 6m f7 5ql 8 241 5kn r7 i6 6h3 12 1 2 0 83 12 0 0512m4 e 3 15 107kn m2 因强度只达 80 e 值按 c35 砼考虑 但以 下各梁则按 c45 砼考虑 kb6 48ei6 l3 35 84 104kn m 其它各层梁 ii 0 4 0 63 12 0 0072m4 kbi 48eii l3 5 36 104kn m i 1 5 钢管 统一取 li 4 5m g ea li 2 06 108 9 78 10 3 4 5 44 77 104kn m 部分计算过程列于下表 见表 图 3 计算示意图 其它各层的 ri 值和以 f6 和 f5 进行的计算从略 经计算 第 6 层支撑 20 4 5 根钢管的内力为 r6 65 26kn 每根钢管的内力为 3 3kn 小于其设计随载力 其它各层计算结 果亦然 转换层下半梁的挠度为 6 0 49mm 在允许范围以 内 其它各层亦然 所有转换梁下半梁产生的弯距为其抗弯 承载力的 0 7 5 3 且小于其开裂弯矩 经设计部门审核后认 定满足结构的最终设计承载要求 2 6 讨论 以上在计算各层梁的竖向刚度 kbi 时 是按简支梁计算的 所 得刚度 kbi 比实际低 因此梁所分担的荷载被低估 钢管所分 担的荷载则被高估 从而使结果偏于安全 另一方面 因 kbi 被低估 整个体系的刚度 kn n 为支撑的层数 被低估 注意 到转换梁支撑点顶端的位移 f kn ri gi 可知计算所得 各层梁的挠度比实际值大 支撑的内力 ri 比实际值大 从而使 结果偏于安全 3 两种