式军用梁支撑在高空大跨劲性梁结构施工中的设计 与应用

PAGE军用梁支撑在高空大跨劲性梁结构施工中的设计与应用○李海东（中铁十四局建安分公司）[摘要]通过70米高空20米跨度军用梁支撑系统在空中连廊项目的施工中的设计和应用，介绍了军用梁在高空、大跨、重载项目施工中应用的可行性、经济性关键词空中连廊军用梁支撑荷载经济可行1工程概况嘉恒商务广场A、B座工程位于济南市二环东路与山大南路交叉口，是一座集商务、办公、娱乐、住宅于一体的高层建筑。箱型基础、主体框筒结构，由两栋地下3层地上30层的塔楼组成，两塔楼轴线间距16.4米，在20层至25层（67.2—82.7米间）两塔楼之间设计有5层劲性混凝土结构空中连廊，连廊平面尺寸16.4×27.0米，建筑面积2239平方米。空中连廊在两塔楼的框架柱之间，劲性主梁600×1150MM，劲性主梁之间为350×650MM劲性次梁，平台板厚为150MM，梁底标高为66.05米。见图2支撑方案选定根据空中连廊跨度16.4米，连廊底高度72.23码，施工总荷载约600吨。若采用传统的满堂脚手架，钢管总量约500吨，连廊底为裙楼的顶板无法承受支撑和施工荷载（总荷载1100吨），工程费用约27万元；采用加工钢支撑系统，型钢用量约110吨，一次性投入工程费用约50万元，安装方便；采用军用梁支撑系统，工程费用约7万元，安装难度大。经比选选定军用梁支撑方案。3军用梁支撑设计3.1军用梁设计3.1.1荷载计算3.1.1.1A、B楼施工时GJ梁连接的位置为离开11（12）轴2.5米，浇注混凝土的位置为2.5-0.35-0.2-0.1=1.85米（两端各留10CM的操作空间），中间施工段的长度为12.7米。该部分范围内荷载将由支撑传至军用梁。3.1.1.2荷载组合及选值为减少军用梁的承担荷载，减少集中力，考虑钢结构梁、梁内钢筋的重量由A、B楼悬挑部分消能梁承担。本次荷载的计算考虑12.7米范围内混凝土、模板、支撑、板内钢筋、人员设备产生的荷载。恒载：分项系数1.2，活载：分项系数1.4混凝土自重：24KN/M3；模板自重：0.5KN/M3；支撑自重：1.5KN/M2板内钢筋自重：0.5KN/M3；人员设备自重：24KN/M23.1.1.3军用梁：按20米梁（支座间距18米）计算。3.1.1.4荷载计算表：见军用梁荷载计算表1。军用梁荷载计算表序号构件名称重量（Kg）数量编号总重（Kg）11.5米端构41228242标准三角45529103加强三角48229644端弦杆17723545加强弦杆24037206联系槽钢（14，4.3米）4484.0264.044*12*7/147钢枕（4.3米）88.949.0311.288.9*7*7/148销子211229一号U型螺栓4.8733.610二号U型螺栓3.7622.211合计4425.0军用梁重KN12系数1.253.1013均布荷载（q2）KN/M2.7混凝土结构荷载截面参数钢结构梁GJ-10.6钢结构梁GJ-20.54钢连梁GL-1，20.175板0.15荷载长度（米）12.7军用梁位置计算宽度GJ-1（M）GJ-2（M）GL（M）板（M2）总量（M3）C、F轴荷载（2根梁）2.11512.71.5226.8611.68D、E轴荷载（2根梁）4.02212.73.4251.0817.08中间梁荷载（1根梁）2.512.5131.886.102根军用梁荷载分配系数内（M3）外（M3）系数C、F轴荷载（2根梁）0.78.183.500.3D、E轴荷载（2根梁）0.58.548.540.5最大荷载数值8.54各种荷载(混凝土量M3)混凝土/M3模板/M3支撑/M2人员设备板钢筋/M3荷载组合本工程取用值（KN）240.501.502.51系数1.21.21.21.41.2396.66军用梁荷载D、E轴396.66军用梁荷载C、F轴内382.79军用梁荷载C、F轴外245.40军用梁荷载中间板348.27工字钢GJ-1（KN）GJ-2GL系数梁钢筋工字钢总重35.0529.877.391.21.525.46挠度荷载（q1）KN/M22.0均布荷载（q1）KN/M含工字钢33.2附表13.1.2军用梁内力计算：见军用梁内力计算表2。军用梁内力计算表荷载KN支座反力KN均布荷载KNQ449.76Ra、Rb224.9q133.24q22.65杆件分力KN设计值(加强)T设计值(标准)T0.85折减0.85折减弦杆F(EG)814.0314010011985三角F(DF、FH)-783.1514010011985弦杆F(CE、GI)656.5514010011985三角F(BD、HJ)-434.2414010011985端弦杆F(AC、IK)146.381001008585说明：1F(EG)=（Ra*9-q1*6.35*6.35/2-q2*10*10/2）/1.52F(DF、FH)=（-Ra*7+q1*4.35*4.35/2-q2*8*8/2）/1.53F(CE、GI)=（Ra*5-q1*2.35*2.35/2-q2*6*6/2）/1.54F(BD、HJ)=（Ra*3-q1*0.35*0.35/2-q2*4*4/2）/1.55F(AC、IK)=（Ra*1-q1*0*0/2-q2*2*2/2）/1.56杆件受拉：+，杆件受压：-7支座反力仅考虑混凝土及军用梁的重量8附图附表23.1.3军用梁变形计算：根据上述荷载和内力计算，军用梁跨中最大变形经计算为26MM。3.215、16、17层顶梁受力验算3.2.1设计值3.2.1.1恒载6KN/m2，活载3KN/m2；荷载组合1.2×6+1.4×3=11KN/m23.2.1.2标准层梁弯距设计值为：YKL1：均布荷载设计值Q＝95KN／M；弯距MYKL=779.6KN·M剪力VYKL=450KNKL1、2：均布荷载设计值Q＝54KN／M；弯距M跨中=350KN·M弯距M支座=450KN·M；剪力VKL1、2支座=352KN3.2.2.2军用梁力的分配根据军用梁平面布置图中1、2、13、14梁支座反力由F、C轴梁KL2承担，3、4、7、8、11、12梁支座反力由⑾、⑿轴边梁KL1承担，5、6、9、10梁支座反力由D、E轴梁YL1承担。各军用梁支座力为：FL1、7=（FA1+FA2）+41=355KN；FL2、4、6=FA3+41=215KNFL3、5=（FA5+FA6）=438KN军用梁支座离框架柱支座距离为0.5米（0.35+0.35／2）所以反力在梁上产生的剪切力按FL1、7、FL3、5考虑。计算图考虑梁的受弯破坏，因军用梁支座离支座距离为2.77米处，所以反力在梁上产生的弯矩为M跨中=F×L1×L1÷L＝FL2、4、6F×2.772÷8＝0.96×215＝206KN·MM支座=-F×L1×（L-L1）÷L＝-FL2、4、6×2.77（8-2.77）÷8＝-389KN·M3.2.2.3梁内力传递（1）梁分担的力20层梁施工时17层顶混凝土已施工11天以上，混凝土强度预计达到设计强度的80%以上，梁分担内力按设计值的60%考虑QL1、7=VKL2支座×60%=352×60%=211KNML2、4、6跨中=M跨中×60%=350×60%=210KN·MML2、4、6支座=M支座×60%=450×60%=270KN·MQL3、5=VYKL×60%==450×60%=270KNQL2、4、6=VKL2支座×60%=352×60%=211KN（2）军用梁反力通过支撑系统传递的力为：Q支1、7=355-211=144KN；M支2、4、6跨中=206-210=-4KN·MM支2、4、6支座=389-270=119KN·M；Q支2、4、6=262／0.244/9=119KNQ支3、5=438-270=168KN3.2.2.4支撑系统（Ф4.8×3.5钢管）（1）钢管支撑力计算N=ФAfλ=λ==177.1查表得Ф=0.243A=489mm2f=205N/mm2N≤0.243×489×205=24360N=24.3KN（2）1、7梁处支撑杆Nnumber1、7≤144/24.3=6根标准层支撑系统间距为0.75米，梁底支撑宽度1+0.52+0.52=2.04米(4排)，梁底支撑长度0.35/2+0.35=0.525米(2排)，即支撑立杆布置为8根，能满足要求。（3）3、5梁处支撑杆Nnumber1、7≤168/24.3=7根标准层支撑系统间距为0.75米，支撑宽度1+0.52+0.52=2.04米(4排)，梁底支撑长度0.35/2+0.35=0.525米(2排)，即支撑立杆布置为8根，能满足要求。（4）2、4、6梁处支撑杆Nnumber2、4、6≤119/24.3=5根标准层支撑系统间距为0.75米，支撑宽度安1米考虑(2排)，梁底支撑长度0.35/2+0.35+0.3+0.6=1.425米(3排)，即支撑立杆布置为6根，刚能满足要求。（5）17层加固支撑系统必须在顶板混凝土施工前与支撑系统一次性安装好，确保混凝土与加固支撑变形一致，达到共同承担荷载的目的。（6）15、16层顶支撑布置仅留梁部位9根支撑，能满足要求。3.2.2.5混凝土抗压强度验算军用梁支座长度按0.5米（支座宽度0.35米），混凝土强度按设计强度的80%考虑，计算取值安60%考虑。σ=396.66×2÷0.5×0.35=4534KN/m2=4.5N/mm2<40╳0.6=24N/mm2支座处压应力小于混凝土抗压强度的60%，满足要求。4军用梁支撑系统施工4.1人员部署管理人员10人，架子班组20人，安装班组10人，塔吊司机4人。4.2主要施工机械部署序号名称数量工作内容备注01叉车1军用梁装、卸车02塔吊QTZ80F2现场吊装军用梁03塔吊QTZ401现场吊装零星小构件04卷扬机(5.0T)2军用梁拆除05手动葫芦（5T）6军用梁拆除06120T•M塔吊1安装过程应急用备用4.3操作平台的布置及支座4.3.1军用梁位于十八层楼面，14片铁路军用梁布置为：在四道主梁的下方，框架柱的两侧各安放一根，其它6根在三跨内均匀布置。见布置图4.3.2军用梁的端部受力支点的下方必须放置专用支座，支座坐落于混凝土平台上，混凝土平板浇注完成后抄平，不平部位用砂浆找平，将支座安装就位。4.4军用梁组装、安装4.4.1组装、吊装位置：铁路军用梁的组装、连接在B楼19层顶板上进行，每根梁在其相应的位置组装，以便于军用梁的安装。4.4.2就位安装4.4.2.1C-E轴间、C轴西侧军用梁在QTZ80F塔吊有效作业半径内（塔吊-E轴间距24米），利用直接吊装就位。4.4.2.2在F-E轴间、F轴东侧的5根军用梁因其重量超过塔吊相应工作半径内的额定起重量，不能一次就位，用两台QTZ80塔吊将相应的军用梁移动到设计位置，两台塔吊吊装过程中有专人指挥，吊装军用梁时军用梁的偏角不能超过5度，以保证两台塔吊吊装时的不均衡系数，确保塔吊的安全。4.4.3军用梁安装完成后，军用梁间用连接系槽钢和2号U型螺栓连接牢固。4.4结构层加固施工中为确保安全17层支撑将脚手架支撑改为250×300MM钢筋混凝土柱（0.8×fc×b×h=0.8×19.5×250×300=1462500N，更满足要求），柱与17层顶板混凝土同时施工，保证17、16层主体结构能共同承担军用梁及20层施工荷载。15、16层加强支撑11、12轴军用梁支座处脚手架支撑为9根（3根×3排），C、D、E、F轴军用梁支座处脚手架支撑为12根（4根×3排）。4.5防护4.5.1军用梁安装后满铺50mm厚木板，再在上面覆盖一层安全密目网。4.5.2在操作平台的下方加设一层安全防护，Ø16钢绞线间距1500MM，上铺安全网一道、密目绿网一道。所有埋入混凝土的吊环均采用Ø16的钢筋制作，埋入长度不小于30d，且端部必须有360度的弯钩。见图4.6六四式军用梁拆除4.6.1拆除用具卷扬机2台、20b工字钢18米（2×9=18m）、四轮有轨小跑车1辆、手动5吨葫芦6只、四轮水平跑车1辆、钢丝绳、线夹等。4.6.2拆除方法4.6.1在20层平台楼板上预留Φ50套管横向500mm，纵向距离2500mm，作穿钢丝绳悬挂在工字钢之间。每根钢丝绳的搭接均用4个线夹，长度不少于500mm。采用20b工字钢加工焊接成统长一根钢架，在留洞上下对齐位置在钢梁上开20mm孔眼＠2200mm，见图。4.6.2安装悬挂好工字钢梁，校平固定检查线夹螺栓是否拧紧，安装四轮有轨跑车和手动葫芦，进行空载试验来回往返滑动，检查跑车滑动是否灵活，然后进行试吊工作，检查无误后开始作业。用手动葫芦将军用梁的一端吊起并安置在平板四轮水平车上（B楼混凝土板槽钢轨道上），安稳后在另一端用手动葫芦起吊离地后向B楼方向缓慢平移，移动到B楼楼面后，拆御军用梁各部件。各部件通过18层卸料平台利用塔吊吊出楼层，放置到指定位置。4.6.3为了