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摘要:目前,钢结构施工中用到的支撑架主要有3种:支撑脚手架?型钢支撑架和格构式支撑架?因脚手架工作荷载相对较小的应用特点,在设计脚手架时,通常选用直径较小的钢管作为脚手架的立杆,同时其荷载传递主要不是垂直作用于立杆,而是作用于脚手板,由脚手板传导给横杆,再由横杆传导给立杆,其产品的设计初衷也是用于施工操作平台;而随着中国建筑行业的发展,脚手架用于支撑架越来越频繁,也发生了很多坍塌事故?基于此,国家相关部门在做了大量试验的基础上,出台了脚手架应用于支撑架的规范规定,但由于脚手架与支撑架设计理念的不同,脚手架若仅是为了支撑架使用,其工时效率和用钢量一定不是最佳的选择,因支撑脚手架已有相应规范和很多相关参考书,这里不再赘述,本文主要说明型钢支撑架和格构式支撑架的设计方法?
关键词:钢结构;支撑架;节点设计;水平荷载;施工技术
一?支撑架选型
型钢支撑架以单根独立型钢承担支撑荷载,支撑抗侧刚度较小,整体稳定性较差,故主要适用于支撑高度较低?被支撑结构一端与稳定结构体系相连的钢结构施工项目;其支撑高度一般≤20m,因支撑架主要承受压力,当高度较大时,型钢支撑架的长细比也会较大,使得受压稳定系数较小,导致其承载力有限而不经济?型钢支撑架多选用圆管截面,因相同横截面积条件下,圆管型钢截面回转半径最大,使其承载力最高?
格构式支撑架因其平面尺寸相对型钢支撑架大较多,同时可以灵活调整,侧向刚度较强,故其使用范围较广,基本适用于各种情况下的钢结构支撑
二?钢结构施工支撑架布置原则
(一)在钢结构施工过程中落于下部混凝土楼层的支撑荷载或吊装机械荷载较大,混凝土楼层承载力不足需加固时,一般采用型钢支撑架进行加固?若板承载力不足,一般在混凝土楼面上采用转换梁形式,将施工荷载传递到附近混凝土梁上,如图1所示;若混凝土梁承载力不足,可在混凝土梁下方对应上部荷载的位置加设支撑架,将荷载传递给下部基础;若混凝土板上直接作用集中的点荷载,也可在板下对应位置直接加设支撑架?
图2型钢支撑架节点形式
四?支撑架设计计算
(一)荷载
支撑架承受的荷载主要有3种:被支撑结构传递的支撑荷载?自身所受的重力荷载和风荷载?
在模型中施加支撑荷载时,需考虑支撑架顶部连接节点的安装误差,一般根据节点的具体情况考虑一定的偏心?对于支撑荷载类型的定义,一般按恒荷载考虑,但若支撑荷载的取值未考虑被支撑结构采用千斤顶卸载过程中对支撑架超加载的情况(千斤顶卸载时,需对被卸载结构施加一定的顶紧力,让其脱离支撑架,该顶紧力荷载会超过支撑架原先承受的荷载),需按活荷载考虑?
此外,施工中支撑架属于临时结构,根据GB50068--2001《建筑结构可靠度设计统一标准》中规定,其结构重要性系数应≥0.9;在荷载组合时,可将支撑架的重要性进行折减?
(二)边界条件
在用有限元软件设计计算格构式支撑架时,为保证整个支撑架结构的稳定,~般将其立杆底部设置成铰接约束?当被支撑结构一端与稳定的结构体系形成连接?有较强的抗侧约束时,支撑架模拟计算时,其顶部可以在有较强抗侧约束方向设置成位移约束边界条件,或根据被支撑结构该方向的弹性刚度设置成位移弹性约束?
(三)强度?刚度控制
对于格构式支撑架,因其立杆和顶部支撑钢梁为主要受力构件,在杆件应力控制上应从严控制,其杆件应力比宜≤0.85;对于腹杆可放宽要求,但应力比宜≤0.9?同时为保证连接节点的可靠性和可焊性,立杆的壁厚不宜过小,一般≥51/11/1?因支撑架的刚度会影响结构施工的精度,故对其刚度也应从严控制?在满足规范对支撑架整体?立杆?腹杆长细比要求的条件下,若计算中支撑架顶部竖向挠度过大,施工安装时需采取预加高措施以抵消支撑架的竖向变形?格构式支撑架的竖向刚度由2部分组成:支撑架自身的刚度?支撑架顶部支撑梁的刚度;当有限元模型中计算结果显示支撑架竖向挠度较大时,需查明产生挠度较大的原因,若因支撑梁的刚度较小产生,可加大支撑梁的刚度,或在支撑梁受荷点下设置八字撑将荷载传递到立杆上?
因支撑架水平刚度一般均较小,对水平荷载比较敏感,考虑支撑架水平位移限值时,可不组合风荷载?因支撑架计算中风荷载一般以当地10年一遇风荷载取值,该值一般均超过八级风,在钢结构施工时,大风条件下一般不会进行施工作业,同时构件放置于支撑架上时,也会通过全站仪进行定位校正;此外,即使风荷载作用下支撑架水平位移较大,当风荷载吹过以后,支撑架又会回到原位置,在大风来之前,一般施工现场均会采取拉设缆风绳等措施预防大风,故而可忽略风荷载对结构水平方向安装精度的影响?
对于格构式支撑架,除了上述考虑外,还需考虑整体稳定性,即将格构式支撑架当作是一根实腹构件,进行稳定性分析,详细稳定分析公式见GB50017--2003《钢结构设计规范》第5.2节?
五?支撑架抵抗水平荷载措施
支撑架一般以承受竖向压力荷载为主,但某些情况下,支撑架也可能承受较大的水平荷载,而支撑架对水平荷载较敏感,设计中会使得支撑架的用钢量增大较多,如何采取措施控制支撑架抵抗水平荷载显得至关重要?下面从4个方面对支撑架抵抗水平荷载的措施进行介绍?
(一)首先可考虑在支撑架四周拉设缆风绳,将部分水平荷载通过缆风绳传递到下部基础上?缆风绳拉设角度一般与地面呈45?－60?,宜对称布置?施工时缆风绳需预紧,其预紧力大小可根据其需抵抗的水平力大小进行取值,但不可过大,以使支撑架承受较大的竖向预紧分力?但拉设缆风绳对施工现场场地影响较大,拉设缆风绳后会妨碍现场其他施工作业?
(二)当被支撑结构存在很多并排的支撑架时,可在支撑架之间拉设连系杆件或连系桁架,形成支撑架体系,从而增加支撑架的抗侧刚度,抵抗水平荷载?同时若支撑架附近有混凝土柱等已施工完成的稳定结构,也可将支撑架与稳定结构相连,增强其抗侧刚度?
(三)在支撑架与被支撑结构之间设置滑移节点,将被支撑结构传递过来的水平力释放?滑移节点可通过一个滑移面实现,滑移面上放置不锈钢板和聚四氟乙烯板,通过两者之间的较低摩擦系数实现滑移;因聚四氟乙烯板抗压能力较小,该节点设计时,需注意聚四氟乙烯板的承压面积能够满足支撑架承受的竖向荷载?
(四)对于拱形结构的支撑架,施工时易产生较大水平推力;安装时若采用滑移节点形式,结构水平向位移较大,不能保证安装精度,此时可在拱形结构2个脚趾端部拉设1道临时钢绞线,使拱结构与钢绞线形成一个平衡态状态,待拱结构两端支座安装完成后再将钢绞线卸载,以避免其安装过程中对支撑架产生较大的水平推力?
(五)被支撑结构若为倾斜状,若直接用支撑架支撑其倾斜面,会产生水平推力,此时需采用转换梁形式,将倾斜支撑面转变成水平支撑面,将支撑荷载中的水平力消除,如图3所示?也可以将支撑架做成二力杆形式,即将支撑的两端均设置成销轴连接节点,上部与被支撑结构连接,下部与预埋件连接,支撑架在支撑过程中仅承受轴向压力荷载,如图4所示?
图4二力杆支撑示意
六?结束语
支撑框架体系在国内规范中介绍甚少,各设计应用单位和加工单位对该体系的理解各不相同,导致加工与设计意图实际不相符合,作为系列论文之一,详细介绍钢结构施工过程中支撑架设计的具体方法和设计要点,可为今后钢结构工程中支撑架的设计分析提供借鉴和参考?
参考文献:
[1]中冶建筑研究总院有限公司,中国二冶集团有限公司.钢结构焊接规范:G B 5066 1--2011[S].北京:中国建筑工业出版社.2011.
[2]中国建筑股份有限公司,中建钢构有限公司.钢结构工程施工规范:GB50755--2012[S].北京:中国建筑工业出版社,2012.
[3]王伟,孙伟波,陈诚,等.超高层钢结构支撑架柱脚底座施工技术[J].施工技术,2014,43(8):38-40.
论文作者:邹晓青
论文发表刊物:《防护工程》2017年第30期
论文发表时间:2018/3/8
标签：支撑架论文; 荷载论文; 刚度论文; 结构论文; 水平论文; 钢结构论文; 型钢论文; 《防护工程》2017年第30期论文;