蘭石豪布斯卡中央商務(wù)區(qū)轉(zhuǎn)換層大梁模架安全性分析

包德軍 孫建明 馮杰文 張連勝 尚建輝

摘要：隨著我國城市化建設(shè)進(jìn)程的快速發(fā)展，越來越多的高層建筑不斷涌現(xiàn)，為了滿足業(yè)主對建筑物的多種使用要求，結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的設(shè)計在工程中經(jīng)常出現(xiàn)。在結(jié)構(gòu)出地面部分設(shè)計中多處存在轉(zhuǎn)換層大截面梁柱布置。在此部分梁柱的施工中不僅要考慮轉(zhuǎn)換層模架的安全性，還需要考慮模架搭設(shè)的下層結(jié)構(gòu)的安全性。通過轉(zhuǎn)換層一道典型的框架梁模架的設(shè)計驗算和下部結(jié)構(gòu)模架的留置驗算，給出了具體的施工方案，保證了轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)施工的安全性。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)換層;支撐體系;強(qiáng)度;長細(xì)比;穩(wěn)定性

中圖分類號：TU97

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0引言

目前在我國建筑工程設(shè)計中梁板式轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計占比較大。在此部分結(jié)構(gòu)施工中需要對其模架的安全性進(jìn)行分析，同時還要對下部結(jié)構(gòu)的安全性進(jìn)行分析，這樣才能保證結(jié)構(gòu)施工的安全，同時避免因不合理的模架設(shè)計而導(dǎo)致施工措施費(fèi)用的浪費(fèi)。

1工程概況

蘭石豪布斯卡某總建筑面積約26萬m2、占地面積約5.4萬m2的中央商務(wù)建筑群，地下設(shè)計為三層大底盤框架結(jié)構(gòu)，地上部分設(shè)計有有辦公、酒店、圖書館等公共建筑。在結(jié)構(gòu)出地面部分設(shè)計中多處存在轉(zhuǎn)換層大截面梁柱布置。在此部分梁柱的施工中不僅要考慮轉(zhuǎn)換層模架的安全性，還需要考慮模架搭設(shè)的下層結(jié)構(gòu)的安全性。除過這些特殊的梁板結(jié)構(gòu)，其余部分結(jié)構(gòu)的模架均可按正常模架設(shè)計搭設(shè)。本論述通過在轉(zhuǎn)換層一道典型的框架梁模架的設(shè)計驗算和下部結(jié)構(gòu)模架的留置驗算，給出了具體的施工方案，保證了轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)施工的安全性。

2模架施工方案

通過多方案必選，本工程決定選用Φ148x3扣件式鋼管模板支撐體系（如圖1所示）。

梁模板采用18mm厚竹膠合板、50mmx100mm木方、M14（水平間距500mm）對拉螺栓，為防止框架梁在澆筑時傾斜，板支撐體系水平鋼管和斜撐鋼管加固。梁底等距采用4根小梁、梁側(cè)等距采用6根小梁，主梁間距500mm、立桿間距1m，梁下等距采用4根立桿支撐。除縱橫向掃地桿外，為保證作業(yè)人員施工方便，底部水平桿步距1.8m、其余步距1.2-1.5m，大梁下部設(shè)置縱橫向剪刀撐。

3轉(zhuǎn)換層框架梁模架驗算

3.1計算資料

模板、小梁及主梁參數(shù)見表1所列。

3.2模板強(qiáng)度、剛度驗算

3.2.1梁底模板強(qiáng)度、剛度驗算

模板自重G1k=0.1kN/m2;

梁鋼筋混凝土自重（G2k+G3k）×h=（24+1.5）×2=51kN/m2;

振搗混凝土產(chǎn)生的施工荷載Q2k=2kN/m2;

取單位寬度1m，按三跨連續(xù)梁計算（如圖2所示）：

荷載組合設(shè)計值：ql=0.9xmax{1.2[G1k+（G2k+G3k）×h]+1.4Q2k，1.35[G1k+（G2k+G3k）×h]+1.4ψcQ2k}×b=0.9×max{1.2×[0.1+（24+1.5）×2]+1.4×2， 1.35×[0.1+（24+1.5）×2]+1.4×0.7×2}×1=63.851kN/m。

（1）強(qiáng)度驗算

Mmax=0.1q1L2=0.1×63.851×0.2672=0.455kN·m;（1）

σ=Mmax/W=0.455×106/54000= 8.426N/mm2≤[f]=15N/mm2。

（2）

滿足要求。

（2）剛度驗算

荷載組合標(biāo)準(zhǔn)值：q2=G1k+G2k+G3k+Q2k=53.1kN/m;

v=0.677q2L4/（100EI）=0.677×53.1×2674/（100×10000×486000）=0.376mm<[v]=L/250=267/250=1.068mm。

（3）

滿足要求。

3.2.2側(cè)模板強(qiáng)度、剛度驗算

新澆筑混凝土對梁側(cè)模板的壓力標(biāo)準(zhǔn)值：G4k=min{0.22γct0β1β2v0.5， γcH}=min{0.22×24×4×1×1.15×20.5， 24×2}=min{34.35，48}=34.35kN/m2。

振搗混凝土?xí)r梁側(cè)模板荷載標(biāo)準(zhǔn)值：Q2k=4kN/m;

取單位寬度1m，按三跨連續(xù)梁計算（如圖3所示）：

q=（G4K+Q2k）×L=（34.35+4）×1= 38.35kN/m。 （4）

（1）強(qiáng)度驗算

Mmax=0.1q/2=0.1x38.35x0.352=0.47kN.m; （5）

σ=Max/W=0.47×106/54000=8.7N/mm2≤[f]=15N/mm2。

（6）

滿足要求。

（2）剛度驗算

vmax=0.677qL4/（100EI）=0.677×38.35×3504/（100×10000486000）=0.8mm<[v]=L/250=350/250=1.4mm。

（7）

滿足要求。

3.3小梁強(qiáng)度、剛度驗算

3.3.1梁底小梁強(qiáng)度、剛度

梁底順跨度方向均布布設(shè)4根小梁，按最不利荷載分布分析，2、3號小梁分別承擔(dān)1/3梁荷載（見圖2）。

取2號小梁所承擔(dān)線荷載為q1=q/3=63.851/3=21.28kN/m。

梁底順跨度方向立桿縱距1m，每縱距內(nèi)附加1根梁底支撐主梁，因此小梁強(qiáng)剛度按500mm間距，三跨連續(xù)梁計算。

（1）強(qiáng)度驗算

Mmax=0.1q1L2=0.1x21.28x0.52=0.532kN.m; （8）

σ=Mmax/W=0.532×106/83333.33=6.38N/mm2≤[f]=15.444N/mm2。

（9）

滿足要求。

（2）剛度驗算

vmax=0.677q1L4/（100EI）=0.677×21.28×5004/（100×8415x4166667）=0.257mm<[v]=L/250=500/250=2mm。

（10）

滿足要求。

3.3.2梁側(cè)小梁強(qiáng)度、剛度

前式得新澆筑混凝土對梁側(cè)模板壓力標(biāo)準(zhǔn)值G4k=34.35kN/m2;

梁側(cè)小梁所受均布荷載q靜=0.9×1.35×G4K×L=0.9x1.35x34.35x1=41.74kN/m：

梁側(cè)小梁支座反力Rmax=41.74x0.35=14.6kN;

取q=14.6kN/m。

（1）強(qiáng)度驗算

Mmax=0.1qL2=0.1x14.6x0.52=0.365kN.m; （11）

σ=Mmax/W=0.365×106/83333.33=4.38N/mm2≤[f]=15.444N/mm2。

（12）

滿足要求。

（2）剛度驗算

Vmax=0.677qL4/（100EI）=0.677×14.6×5004/（100×8415×4166667）=0.176mm<[v]=L/250=500/250=2mm。

（13）

滿足要求。

3.4主梁強(qiáng)度、剛度驗算

3.4.1梁底主梁強(qiáng)度、剛度驗算

由前式所得梁底荷載組合設(shè)計值為63.851kN/M，梁底主梁間距500mm，每道主梁承力31.93kN。每道主梁有兩根鋼管組合，主梁不均勻受力系數(shù)0.6，每根鋼管承力31.93kNx0.6=19.16kN。

梁底順跨度方向均布布設(shè)4根小梁，按最不利荷載分布分析，2、3號小梁分別承擔(dān)1/3梁荷載（見圖2）。

木方傳給鋼管的集中力F1、F2、F3、F4分別為3.193kN、6.387kN、6.387kN、3.193kN。

按最不利工況分析，將計算簡圖（圖4）簡化為第二跨簡支梁計算，F(xiàn)2、F3分別距支點(diǎn)2、3距離為0.1m。

（1）強(qiáng)度驗算

Mmax=F2xa=6.387x0.1=0.6387kN·m：

（14）

σ=Mmax/W=0.6387×106/4490=142.25N/mm2≤[f]=205N/mm2。

（15）

滿足要求。

（2）剛度驗算

vmax=F2xa（3L2-4a2）/（24EI）=6387x100x（3x4662-4x1002）/（24×206000×107800）=0.73mm<[v]=L/250=350/250=1.4mm。

（16）

滿足要求。

3.4.2梁側(cè)主梁強(qiáng)度、剛度驗算

梁側(cè)模承載能力極限狀態(tài)設(shè)計值：S承=0.9max[1.2G4k+1.4Q2k， 1.35G4k+1.4×0.7Q2k]=0.9max[1.2×34.35+1.4x4，1.35x34.35+1.4x0.7x4]=0.9max[46.82，50.29]=0.9x50.29=45.26kN/m2。

梁側(cè)主梁間距500mm，每道主梁承力22.63kN。每道主梁由兩根鋼管組合，主梁不均勻受力系數(shù)0.6，每根鋼管承力22.63kNx0.6=13.58kN。

梁側(cè)順跨度方向均布布設(shè)6根小梁，按最不利荷載分布分析，每跨中受集巾力13.58kN。

（1）強(qiáng)度驗算

Mmax=0.15FL=0.15x13.58x0.35=0.713kN·m;（17）

σ=Max/W=0.713×106/4490=158.8N/mm2≤[f]=205N/mm2。

（18）

滿足要求。

（2）剛度驗算

vmax=1.146FL3/（100EI）=1.146×13.58×103×5003/（100 x206000x107800）=0.876mm<[v]=L/250=350/250=1.4mm。

（19）

滿足要求。

3.5對拉螺栓驗算

設(shè)置Φ12對拉螺栓，豎向4道，豎向間隔150mm、350mm、600mm、500mm設(shè)置（見圖1）。

取受力最大第3道螺桿分析，b=600/2+500/2=550mm，a=500mm;

Fs=0.95（1.2xG4k+1.4Q2k）=0.95（1.2x34.35+1.4x4）=44.48kN/m2;

（20）

N=abFs=0.55x0.5x44.48=12.2kN

（21）

滿足要求。

3.6立桿驗算

3.6.1 長細(xì)比驗算

l0=h=1800mm;

（22）

λ=l0/i=1800/15.9=113.208≤[λ]=150。

（23）

長細(xì)比滿足要求。

3.6.2穩(wěn)定性計算

由前式所得梁底荷載組合設(shè)計值為63.851kN/m，梁底立桿縱向間距1.0m，每排立桿承力R=63.851kN。

梁底順跨度方向均布布設(shè)4根小梁，按最不利荷載分布分析，2、3號小梁分別承擔(dān)1/3梁荷載，1、4號小梁各承擔(dān)1/6梁荷載，如圖2所示。1、4號小梁分別由1、2和3、4號立桿承力，2、3號小梁由2、3號立桿均分承力。

計算得：每排立桿R1=R4=63.851/6x167/467=3.8kN;

（24）

R2=R3=63.851/6x300/467+63.851/3=28.12kN;（25）

f=N/（φA）=28120/0.496x424=133.7N/mm2≤[f]=205N/mm2。

（26）

滿足要求。

4轉(zhuǎn)換層大梁下部結(jié)構(gòu)承載力驗算

4.1荷載計算

轉(zhuǎn)換層框架梁自重：bxh×（G2k+G3k）=0.8X2X（24+1.5）=40.8kN/m;

（27）

負(fù)一層框架梁自重：bxhx（G2k+G3k）=0.4x0.7x（24+1.5）=7.14kN/m;

（28）

模板與支架自重：BxG1k=1.4X0.75=1.05kN/m;（29）

恒荷載總和：q恒=40.8+7.14+1.05=48.99kN/m;（30）

活荷載：q恒=3x1.4=4.2kN/m;

（31）

荷載設(shè)計值：q=1.2x48.99+1.4x4.2=64.668kN/m。

（32）

4.2承載力計算

負(fù)一層框架梁計算長度L0=1.05x5.8=6.09m;（33）

按連續(xù)梁計算彎矩：M=0.1ql2=0.1x64.668x6.092=239.84kN·m;

（34）

負(fù)一層及負(fù)二層梁截面為400mmx700mm，混凝土實際強(qiáng)度按C20計算，鋼筋為三級鋼，底部配4Φ25。則A=M/bh02fc=239.84x106/400x6502x9.6=0.148; （35）

查表得ξ=0.16，

則AB=ξbh0f0fc/fy=0.16x400x650x9.6/300=1331.2mm2<1963.6mm2（實配4Φ25）

（36）

驗算證明負(fù)一層梁在轉(zhuǎn)換梁澆筑時可以承擔(dān)上部荷載壓力。按照施工進(jìn)度要求，在施工轉(zhuǎn)換層大梁時，負(fù)二層、負(fù)三層樓面的混凝土強(qiáng)度僅達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的70%、80%。為確保施工過程中結(jié)構(gòu)安全，施工中在框架梁模架底部設(shè)置通長木腳手板（50mmx300mm×3000mm）擴(kuò)散集中應(yīng)力，負(fù)二層結(jié)構(gòu)不拆除原模架，由已施工完畢的負(fù)二層結(jié)構(gòu)將應(yīng)力傳遞至負(fù)三層梁柱結(jié)構(gòu)，在負(fù)三層相應(yīng)梁下設(shè)置鋼管回頂。

5結(jié)束語

本論述通過對800mmx2000mm的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層框架梁模板支撐體系的驗算和對其下部結(jié)構(gòu)支撐的驗算，給出了轉(zhuǎn)換層框架梁安全經(jīng)濟(jì)的模架體系施工方案以及在施工進(jìn)度要求情況下的下部結(jié)構(gòu)模架支撐及回頂?shù)陌踩?jīng)濟(jì)的施工方案，保證了大截面混凝土框架梁施工過程的安全性和經(jīng)濟(jì)合理性。

參考文獻(xiàn)：

[1]中同建筑科學(xué)院.建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范：GB 50009-2012[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.

[2]中國建筑科學(xué)研究院.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范：GB 50010-20IO[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[3]建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范：JGJ 162-2008[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

[4]中國建筑科學(xué)研究院.建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范：JGJ 130-2011[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

[5]《建筑施工手冊》（第五版）編委會.建筑施工手冊[M].5版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.

[6]吳垚，肖備，蔣曉燕，等.施工現(xiàn)場設(shè)施安全設(shè)計計算手冊[M].2版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2014.

收稿日期：2020-06-08

作者簡介：包德軍（1978-），男，漢族，甘肅永登人，大學(xué)本科，工程師，主要從事建筑工程施工管理工作。