安装钢支架与施工胎架设计与安装_图文

1、 第六章 施工胎架的设计与安装 6.1 安装胎架的设计与布设概述 6.1.1 高空临时拼装胎架搭设由于主节点和主梁等构件安装的空间位置高低不一,且各种杆件在空间纵横交汇。随着钢构件按分区结构面由主及次的展开安装,临时胎架需提前一个施工区及时的进行搭设,为铸钢节点和主梁构件安装提供临时支承和作业操作平台。6.1.2 胎架的布置原则1、铸钢节点和主梁安装拼接处需搭设安装胎架。 2、铸钢节点最大单重约37t,最大结构面的钢结构总重达到200t,其支承胎架承担的支撑力较大,可能需采用桩基承台或者荷载直接作用在混凝土楼板上,使其减少沉降。 3、胎架在搭设过程中必须严格控制水平、竖直方向稳定性,其侧向布设

2、防倾支撑架。由于部分胎架的直接落在看台楼板上,而楼板不能承受胎架传来的竖向力,因此需要在楼板设支撑柱,将胎架柱底的垂直荷载传到基础底板,同时在楼板和底板设预埋件,以便胎架和支撑立柱作柱脚构造处理。4、以保证在安全的基础上文明施工,避免出现无必要的安全隐患。根据节点的平面坐标来搭设胎架,同时也可以计算出钢梁分段处的平面坐标,从而也要在钢梁对接处塔设胎架。 5、安装胎架的设置还需考虑安装施工操作、高空焊接施工操作、测量定位控制施工操作等工序的施工操作要求。 6.1.3 安装胎架的分类根据钢结构及下部土建结构特点,钢屋盖安装胎架分以下几种方式: 1、中间部分平面结构的胎架搭设。 2、周边与边梁连接的

3、立面结构胎架搭设。 3、下方有混凝土柱的胎架搭设。 4、下方有钢柱的胎架搭设。 6.1.4 安装胎架的搭设形式分类共分如下四种:6.1.5 临时拼装胎架布置在每个节点和主梁分段处的设计位置下方设置型钢标准节支撑架,周围用钢管脚手架搭设操作平台,并兼顾支撑架的稳固,二者共同构成高空临时拼装胎架,胎架底部坐落于混凝土楼板上,顶部设置千斤顶等校正装置。根据节点与主梁连接位置,胎架搭设范围平均为7×7m 。对于节点和主梁与混凝土连接的情况,则在混凝土柱顶设置钢牛腿和悬挑操作平台作为拼装胎架。6.1.6 典型节点的安装胎架立面布置以下图6.1-15为典型节点的安装胎架立面布置图。分别包含了以下

4、几种不同的类型: (1 下方有混凝土柱或有钢柱的胎架搭设。 (2 较轻节点的脚手架胎架搭设。 (3 较重节点的钢支架胎架搭设。 6.2歌剧院(大石头安装胎架的布设6.2.1歌剧院临时拼装胎架平面布置临时拼装胎架平面布置如图6.2-1。6.2.1歌剧院临时拼装胎架布置各胎架设置位置、标高及类型等见表6.2-2、3。表6.2-2拼装胎架布置明细表(一 表6.2-3拼装胎架布置明细表(二注:(1超过25m的主梁还应用钢管脚手架在梁中设置安装胎架;(2在节点正下方搭设节点安装与校正,固定专用胎架。构件安装过程,不能拆除节点固定架。(3搭设铸钢节点和主梁安装施工局部满堂架,胎架既作为操作平台,又可作为构

5、件定位架和校正用的支架。施工局部满堂架与节点固定架连成整体。局部满堂施工架搭设需根据构件所在位置的土建楼层板的高度而定。 6.3多功能厅(小石头安装胎架的布设6.3.1多功能厅临时拼装胎架平面布置临时拼装胎架平面布置如图6.3-1。6.3.1多功能厅临时拼装胎架布置各胎架设置位置、标高及类型等见表6.3-2表6.3-2拼装胎架布置明细表 6.4 胎架与混凝土楼层的相互关系1、胎架设置在混凝土楼板上,因其对楼板的竖向荷载较大,需对楼板进行加固处理,如图示:6.4-1楼板加固示意图2、由于相当一部分胎架支承在混凝土楼板上,因此为避免混凝土楼板变形过大而开裂,需将荷载直接传递到混凝土主体结构的梁上,

6、并对混凝土梁进行适当加固。图6.4-2为胎架基础示意图,其构件的具体尺寸应根据不同胎架的受力和位置,以变形控制来确定。图6.4-2 胎架基础示意图 6.5 典型胎架设计与计算6.5.1、胎架设计概述由表6.2-2、3可以看出,部分胎架的设计总高较大,而且仅作为铸钢节点的临时支承措施,其不应直接承担水平荷载(可由钢管脚手架传递。铸钢节点的水平位置主要是通过与该节点连接的主梁来固定(铸钢节点的位置调整应在地面上进行,在胎架操作平台上只允许铸钢节点的微调,具体搭设的主梁数目和顺序应经过计算机分析模拟来确定。当铸钢节点定位固定后方可安装次梁,且每当吊装一片次梁,对各铸钢节点的位移与变形应进行观测,以便

7、与计算机模拟结果比较,及时的采取措施消除误差。6.5.2歌剧院典型胎架设计与计算歌剧院的计算机整体模型如图6.5-1所示,各胎架的竖向反力根据吊装顺序由计算机分析模拟得出。 图6.5-1 歌剧院的计算机整体模型1、胎架标准节设计根据不同的铸钢节点高度和主梁尺寸,并考虑到施工平台的设置以及计算机模拟结果,胎架结构采用由四根方钢管肢件组成的格构式形式,一个标准节高度为2.5m,见图6.5-2。2、典型胎架(取TJD-21节点设计与计算(1胎架结构布置歌剧院铸钢节点21标高为31.444m,根据其平面投影与下部混凝土结构的关系,可知TJD-21支于首层顶板(厚度200mm,顶面标高-0.500m。因

8、此,胎架总高度H=31.944m。这里,偏于安全的取用12节标准节(H=30.000m组成的胎架进行计算,其结构布置见图6.5-3。 图6.5-3 TJD-21结构布置(2荷载选取与组合a、竖向荷载胎架自重:程序自动考虑铸钢节点重量:81.3kN结构安装时的最大载荷:704kN(由计算机整体分析模拟得出b、水平荷载考虑荷载偏心取5%的竖向荷载作为附加水平荷载作用在胎架顶部:(70481.30.0539.3kN+=c、风荷载由工程背景和建筑结构荷载规范(GB50009-2001可知:基本风压20.5kN m=(广州,50年一遇,B类地区。以下计算偏于安全的近似按胎架高为30m进行:风压高度变化系

9、数: 1.42z=挡风系数:0.397=因此,风荷载体型系数: 2.006s=(近似按角钢塔架计算结构基本自振周期:10.010.3T H s= 由2010.027T =,得脉动增大系数: 1.61= 脉动影响系数:0.83= 振型系数: 1.0z =(偏于安全的取30m 处 风振系数:1 1.94zz zu =+=风荷载标准值:20 2.763k z s z u u kN m = d 、 荷载组合竖向荷载和水平荷载按永久荷载考虑,分项系数取1.35,风荷载按可变荷载考虑,分项系数取1.4。即在胎架四个方管柱顶部分别施加竖向集中荷载265kN 和横向集中荷载13.25kN ,风荷载垂直作用于胎

10、架并简化到节点上,每个节点施加3.13kN (方向取最不利与横向集中荷载方向一致。(3 TJD-21胎架结构验算本计算采用美国ANSYS 有限元分析程序进行。 a 、 TJD-21结构计算简图本计算模型主体构件(柱、横梁之间为刚接,其它附属构件(支撑均简化为铰接。每根柱子底部与地面铰接。材料为Q235B ,荷载输入参见d 。其结构计算简图如图6.5-4。b 、 有限元计算结果 TJD-21结构的Mises 应力云图和应变云图如图6.5-5、6.5-6所示,最大应力和应变发生在柱底,分别为37.43MPa 和30.18210-,满足强度要求。 图6.5-4 TJD-21结构计算简图图6.5-5

11、TJD-21结构的Mises 应力云图图6.5-6 TJD-21结构的Mises 应变云图 c 、柱的稳定验算由于格构式肢件主要受轴力作用,因此柱的验算近似可按轴心受力构件进行。柱几何长度2.5cl m=,截面为350x350x16x16,940.39810xcI mm=,136.5x yi i mm=;横向支撑几何长度2.5bl m=,截面为L160x16,840.11810xbI mm=。计算取底层最不利柱,其计算长度(按桁架结构为: 2.5l m=长细比250018.32x xi=,得0.984=由ANSYS有限元分析可知该处最大应力为237.43N mm,因此,该柱的整体稳定:2238

12、.04215NN mm N mmA=<=满足要求。柱的局部稳定03501622016bt-=<d、支撑的稳定验算支撑布置参见图6.5-4,支撑杆件的截面满足长细比条件max(轴心压杆200=。支撑设计成交叉形式,计算长度3536l mm=,截面L160x16,24864A mm=,min31.4i mm=。因此长细比353631.4113=,得0.475=由ANSYS有限元分析可知该处最大应力为218.89N mm,因此,该柱的整体稳定:2239.8215NN mm N mmA=<=满足要求。支撑的局部稳定(160169100.12016bt-=<+=,满足要求。e、变

13、形分析TJD-21结构的沿x、y、z三个方向的位移如图6.5-7、6.5.-8、6.5-9所示,其最大位移和相对位移为:沿x方向:23.34xu mm=,23.341300001285xul=(水平力方向沿y方向:0.11yu mm=,50.11130000 2.7310yul=沿z方向:0.08zu mm=, 3.271300009174zul=图6.5-7 TJD-21结构沿x方向的位移图图6.5-8 TJD-21结构沿y方向的位移图 图6.5-9 TJD-21结构沿z 方向的位移图f 、 结论由以上分析可以看出,TJD-21结构均满足了强度、稳定、刚度的要求。 6.5.3多功能厅典型胎架

14、设计与计算1 、概述多功能厅胎架设计思路与歌剧院的类似,以承担竖向荷载为主,先安装主梁对铸钢节点进行固定,再安装次梁。多功能厅的计算机整体模型如图6.5-10所示,各胎架的竖向反力根据吊装顺序由计算机分析模拟得出。图7.5-10 多功能厅的计算机整体模型2、 胎架标准节设计类似于歌剧院的胎架标准节做法,胎架结构仍采用由四根方钢管肢件组成的格构式形式,一个标准节高度为2.5m ,见图6.5-11。3、 TJX-13设计与计算 (1 胎架结构布置多功能厅铸钢节点13标高为17.175m ,根据其平面投影与下部混凝土结构的关系,可知TJX-13支于首层顶板(厚度200mm ,顶面标高-0.500m

15、。因此,胎架总高度 H=17.675m 。这里,偏于安全的取用七节标准节(H=17.500m 组成的胎架进行计算,其结构布置见图6.5-12。图6.5-12 TJX-13结构布置(2 荷载选取与组合 a 、竖向荷载胎架自重:程序自动考虑 铸钢节点重量:123kN结构安装时的最大载荷:624kN (由计算机整体分析模拟得出 b 、水平荷载考虑荷载偏心取5%的竖向荷载作为附加水平荷载作用在胎架顶部:(1236240.0537.4kN += c 、风荷载由工程背景和建筑结构荷载规范(GB50009-2001可知:基本风压200.5kN m =(广州,50年一遇,B 类地区。以下计算偏于安全的近似按胎

16、架高为20m 进行:风压高度变化系数: 1.25z = 挡风系数:0.261= 因此,风荷载体型系数: 2.348s =(近似按角钢塔架计算 结构基本自振周期:10.010.2T H s = 由2010.012T =,得脉动增大系数: 1.49= 脉动影响系数:0.79=振型系数: 1.0z =(偏于安全的取20m 处 风振系数:1 1.94zz zu =+=风荷载标准值:20 2.847k z s z u u kN m = d 、荷载组合竖向荷载和水平荷载按永久荷载考虑,分项系数取1.35,风荷载按可变荷载考虑,分项系数取1.4。即在胎架四个方管柱顶部分别施加竖向集中荷载253kN 和横向集

17、中荷载12.50kN ,风荷载垂直作用于胎架并简化到节点上,每个节点施加1.97kN (方向取最不利与横向集中荷载方向一致。(3TJX-13胎架结构验算本计算采用美国ANSYS 有限元分析程序进行。 a 、TJX-13结构计算简图 本计算模型主体构件(柱、横梁之间为刚接,其它附属构件(支撑均简化为铰接。每根柱子底部与地面铰接。材料为Q235B ,荷载输入参见d 。其结构计算简图如图6.5-13。 图6.5-13 TJX-13结构计算简图b 、有限元计算结果TJX-13结构的Mises 应力云图和应变云图如图6.5-14、6.5-15所示,最大应力和应变发生在柱底,分别为47.16MPa 和30

18、.22910-,满足强度要求。图6.5-14 TJX-13结构的Mises 应力云图图6.5-15 TJX-13结构的Mises 应变云图c 、柱的稳定验算由于格构式肢件主要受轴力作用,因此柱的验算近似可按轴心受力构件进行。柱几何长度 2.5c l m =,截面为250x250x10x10,849.23810xc I mm =,98x y i i mm =;横向支撑几何长度2.5b l m =,截面为L125x8,740.36210xb I mm =。计算取底层最不利柱,其计算长度(按桁架结构为: 2.5l m = 长细比250025.51x x i =,得0.971=由ANSYS 有限元分析

19、可知该处最大应力为247.16N mm ,因此,该柱的整体稳定: 2248.57215NN mm N mm A=<= 满足要求。柱的局部稳定 025*b t -=< d 、支撑的稳定验算支撑布置参见图6.5-13,支撑杆件的截面满足长细比条件max (轴心压杆200=。支撑设计成交叉形式,计算长度3536l mm =,截面L125x8,22400A mm =,min 25.0i mm =。 因此长细比353625.0141=,得0.341=由ANSYS 有限元分析可知该处最大应力为227.37N mm ,因此,该柱的整体稳定: 2280.3215NN mm N mm A=<=

20、 满足要求。 支撑的局部稳定( 125815100.1208b t -=<+=,满足要求。 e 、变形分析TJX-13结构的沿x 、y 、z 三个方向的位移如图6.5-16、6.5-17、6.5-18所示,其最大位移和相对位移为:沿x 方向:9.47x u mm =,9.471175001848x u l = 沿y 方向:0.16y u mm =,50.16117500 1.0910y u l= 沿z 方向: 2.96z u mm =, 2.961175005912z u l =f 、结论由以上分析可以看出,TJX-13结构均满足了强度、稳定、刚度的要求。图6.5-16 TJX-13结构沿x 方向的位移图图6.5-17 TJX-13结构沿y 方向的位移图 图6.5-18 TJX-13结构沿z方向的位移图6.6 楼板支撑胎架的设计计算1、荷载选取铸钢节点及胎架的荷载取35吨,施工活荷载取2.0KN/m2。350/(7×7=7.14KN/m2 大于楼板设计活荷在2.5KN/m2,所以需要对楼板进行加固。2、截面选取截面选取热轧无缝钢管48×3.5,选用的长度和宽度和步距为600×600×1500mm, 材料全部用Q235的钢材。3、模型建立根据结构的实际尺寸,建立胎架的空间三维模型作为计算模型;钢材料为