某大学图书馆建筑群空中连廊施工方案

某大学图书馆建筑群空中连廊施工方案一、空中连廊概况某图书馆与人文学院间通过一空间桁架高空连廊相连，该连廊轴线跨度达48m，下弦板面标高为+23.800m，上弦板面标高为+28.300m，空间桁架体系由横向桁架HJ2、HJ3、HJ4、HJ5及纵向桁架HJ1构成，上、下弦杆在平面内通过厚度分别为150㎜、140㎜的平板相连。其中HJ1分别支撑于图书馆与人文学院边的4根独立柱上，HJ2、HJ3、HJ4上弦杆由边柱轴线外伸9.000m，中间通过一由边柱（或下弦杆端）斜伸出的斜柱支撑，上弦杆的净挑长度为5.000m。纵向桁架HJ1下弦杆、下弦板及受拉腹杆采用无粘结预应力技术。二、空中连廊施工重、难点1、模板超高支撑体系该连廊桁架上弦杆最大立模高度为28.300m（包括现地面与±0.000标高的高差），如此高的模板支撑体系的强度、刚度、稳定性保证是支撑系统设计的一重点。2、跨中现有屋面结构的承载能力连廊中间有8跨是直接位于现已施工完的屋面以上，该屋面顶标高为4.500m，其楼面的设计活荷载甚至小于超高钢管支撑架的自重，如何对该屋面进行加固是支撑系统设计的又一难点。3、回填土地面的加固处理高空模板支撑体系钢管立柱直接落在回填土地面上，未经处理的自然回填面完全不能承受立杆传递的荷载，须对回填土进行专门的硬化加固处理。4、整体支撑架的稳定性30m高的钢管支撑架在纵向可与已施工的图书馆和人文学院大楼连接、横向无结构固定物进行刚性拉结为临空面，如何保证支撑体系的整体稳定性是一难点。5、横向桁架外伸斜柱的支撑横向桁架HJ2、HJ3、HJ4外伸斜柱净高为4.500m，该斜柱位于25m的高空，方案应考虑浇灌混凝土时产生的水平力对支撑体系稳定性的影响。6、空间桁架混凝土的浇灌本桁架纵向长约48.0m，在混凝土浇注与凝固过程中，桁架的端简支滑移尚未形成前，混凝土干缩会产生裂缝，在桁架中间应考虑设置后浇带，及混凝土中适当掺加微膨胀剂。该桁架节点多为扩头节点，在节点处弦杆、腹杆及平板钢筋错综交叉，对混凝土下料及振捣不利，施工中应采用合理的下料及振捣方式是混凝土成型质量的保证。7、施工缝的划分连廊为一整体空间桁架结构，本身支模已经比较复杂，外加底部为一平板结构，致使整体一次支模已不可能，必须在下弦上部设施工缝，待下弦及平板施工完达到设计强度后再支桁架斜杆、上弦及其相连接构件的模板，故施工缝的设置及相应构造要求也需请设计单位确认及提出要求。8、支撑体系的使用周期长由于该桁架体系的下弦杆、下弦板及受拉腹杆均采用无粘结预应力张拉技术，在预应力施工未完成前，不能对支撑体系进行早拆（除部分控制施工活荷载的剪刀撑外）。三、模板支撑体系的选用及设计计算该支撑体系属于超高模板支撑体系，根据我公司以往类似工程的施工经验，并结合现场实际情况拟采用落地式满堂红钢管支撑架。支撑体系钢管采用φ48×3.5㎜，梁底水平纵杆与立杆的连接节点中间部分采用调节螺杆，两边的用双扣件抗滑。1、荷载标准值的确定(1)模板及支撑自重标准值支撑钢管的自重按间距如实计算，模板及梁底小楞（按梁底小楞为钢管考虑）的重量取0.7kN/m2。（2）新浇混凝土自重标准值由于该桁架体系上下弦杆、弦板及腹杆非一次性浇灌,上弦杆、上弦板及腹杆进行混凝土浇灌时,其支撑体系可直接支撑于下弦杆、下弦板上面。当下弦板浇筑完并达到一定强度时，对如此长的平板结构其本身强度及挠度并不能满足要求，则在浇筑上弦杆、弦板及腹杆时，支撑架仍应该考虑整个桁架体系的混凝土、钢筋及模板自重及施工荷载全值。纵向桁架HJ1下弦杆的自重:0.7×0.7×25.5+0.9×2.4×0.7×25.5/9.4=16.6kN/m纵向桁架HJ1上弦杆及腹杆的自重（选两主节点之间的杆架计算）：(2×0.5×0.5×3.6+0.7×0.7×9.8+2×0.7×0.7×4+2×2.25×0.7×0.9)×25.5/9.4=36.3kN/m则新浇混凝土的自重取值为：16.6+36.3=52.3kN/m(3)施工人员及设备荷载的标准值在设计支架立杆承载力及稳定性时,均布荷载取1.0kN/m2。(4)混凝土振捣产生的荷载标准值对水平面模板采用2kN/m2。2、最不利荷载桁架的确定综合比较HJ1、HJ2、HJ3及HJ4，仅HJ1存在斜腹杆，其自重对连廊支撑体系的影响较其它三种桁架大，故选HJ1进行底撑验算。3、桁架支撑间距的确定及立杆稳定性承载力计算由于梁底支撑纵杆与立杆的连接采用可调拖座方式，则整个支撑体系的承载力将由最底节立杆的稳定性及梁底水平管的抗弯强度所控制。现初定立杆间距均为600×800㎜，沿梁长度方向为800㎜，跨中采用斜支撑以减少水平杆的挠度（如下图所示），斜撑与梁底水平杆采用双扣件连接，步距为1500㎜。对支撑架稳定性进行验算（计算高度为30m）。（1）模板及梁底钢管楞自重设计值：（0.7×3）×2×0.7×1.2+（0.7+0.7×7×2/5.2）+0.5×4×3.6×0.7×1.2/4.7=7.0kN/m；（2）立杆、纵横向水平杆及剪刀撑的自重设计值：＜30+30×2/1.5+（30×2/4.24）×6/8＞×0.038×1.2+35×0.0146×1.2=4.282kN；（3）新浇混凝土自重值设计值：1.2×52.3=62.76kN/m；（4）施工人员、机械活荷载：1.4×1.0×0.7=0.98kN/m；（5）混凝土振捣活荷载：1.4×2×0.7=1.96kN/m。立杆稳定性承载力计算：由于梁底水平杆中间斜撑所承受的压力，可分解为竖向压力和水平力，其中竖向压力通过与斜撑相交的竖向立杆传递至地面，水平力由与斜撑相交的各支撑体系水平杆承受。验算立杆稳定性时偏安全地考虑斜撑的力全部由竖向立杆承受，即计算单元取立杆的间距800㎜：N=（7+4.282+62.76+1.96）×0.8/3=20.27kN计算长度按1.5l0考虑：l=1.5×150=225查表得i=1.58cm则长细比λ=l/i=225/1.58=142查表得立杆稳定系数φ=0.34所以σ=N/φA=20270/（0.34×489）=121.9N/㎜2＜205N/㎜2。最底节立杆的稳定性满足要求。双扣件抗滑验算：桁架的自重和施工荷载通过梁底水平杆与立杆及斜撑交界处的双扣件（或调节螺杆）共同传递，对立杆与斜撑均按1/2立杆间距（400㎜）验算：（1）立杆双扣件（中间调节螺杆支点）受力：N=（7+4.282+62.76+1.96）×0.4/3=10.14kN改值小于双扣件允许的抗滑力12kN，满足要求。（2）斜支撑双扣件受力：斜支撑按60度角支设，则N1=N/2sin60=N/（3）1/2＜N满足要求。4、梁底水平纵杆、梁底钢管楞的强度及挠度验算支撑架在沿梁长度方向的间距为800㎜，由于水平杆跨中设置斜撑进行加固，结构验算按400㎜进行。在计算新浇混凝土自重时，下桁架的节点扩头混凝土的自重按跨度平均分配到每延米桁架下弦杆上进行计算，在此处分别分弦杆处及节点处两种情况进行验算：弦杆处（即非扩头节点处）A、梁底水平纵杆强度验算在非节点处下弦杆的自重设计值为1.2×52.3=62.76kN/m则沿梁底水平纵杆的线荷载：q=（7+4.282+62.76+1.96）/2=38kN/m梁底水平纵杆按五跨连续梁计算：M=0.1ql2=0.1×38×0.42=0.608kN·m查表得φ48×3.5㎜钢管的W=5.08cm3σ=M/W=0.608×106/5.08×103=119.7kN/㎜2＜205㎜2。满足强度要求。B、梁底水平纵杆挠度验算挠度验算时仅考虑模板、梁底钢管楞及新浇混凝土的自重，不考虑施工荷载及混凝土振捣荷载：q=0.5（7.0+62.76）/1.2=29.06kN/mw=kw×q×l4/100EI=0.99×29.06×4004/(100×2.06×105×12.19×104)=0.29㎜＜400/400=1㎜满足挠度要求。C、梁底钢管横楞强度验算先按梁底钢管楞间距为200㎜进行验算q=0.2×（7.0+62.76+1.96）/0.7=20.5kN/mM=ql2/8=20.5×0.62/8=0.92kN·m查表得φ48×3.5㎜钢管的W=5.08cm3σ=M/W=0.92×106/5.08×103=181.1kN/㎜2＜205㎜2。满足强度要求D、梁底钢管楞挠度验算挠度验算时仅考虑模板、梁底钢管楞及新浇混凝土的自重及，不考虑施工荷载及混凝土振捣荷载：q=0.2×（7.0+62.76）/1.2×0.7=16.6kN/mw=5q×l4/384EI=5×16.6×6004/(384×2.06×105×12.19×104)=1.12㎜＜600/400=1.5㎜满足挠度要求。故沿桁架长度方向的立杆间距应为800㎜，宽度方向为600㎜，梁底钢管横楞间距为200㎜时能满足强度及挠度要求。（2）扩头节点处HJ1下弦杆的扩头节点为2400㎜×1600㎜×700的混凝土墩，为便于纵横向水平杆的贯通，扩头节点处的支撑沿桁架宽度方向的间距与非扩头节点处一样为600㎜，沿长度方向中间再支撑一立杆，即间距为400㎜。（上弦杆的扩头节点自重同下弦杆考虑）A、梁底水平纵杆强度验算在节点处下弦杆的附加自重设计值为1.2×0.7×0.9×25.5=19.28kN/m则沿梁底水平纵杆的线荷载：q=0.5×（7+1.96+62.76+19.28）=45.5kN/m梁底水平纵杆按五跨连续梁计算：M=0.1ql2=0.1×45.5×0.42=0.728kN·m查表得φ48×3.5㎜钢管的W=5.08cm3σ=M/W=0.728×106/5.08×103=143.3kN/㎜2＜205㎜2。满足强度要求。B、梁底水平纵杆挠度验算挠度验算时仅考虑模板、梁底钢管楞及新浇混凝土的自重，不考虑施工荷载及混凝土振捣荷载：q=0.5（7.0+62.76+19.28）/1.2=37.1kN/mw=kw×q×l4/100EI=0.99×37.1×4004/(100×2.06×105×12.19×104)=0.37㎜＜400/400=1㎜满足挠度要求。C、梁底钢管横楞强度验算先按梁底钢管楞间距为200㎜进行验算q=0.2×（7.0+62.76+19.28+1.96）/0.7=26kN/mM=ql2/8=26×0.62/8=1.17kN·m查表得φ48×3.5㎜钢管的W=5.08cm3σ=M/W=1.17×106/5.08×103=197kN/㎜2＜205㎜2。满足强度要求D、梁底钢管楞挠度验算挠度验算时仅考虑模板、梁底钢管楞及新浇混凝土的自重及，不考虑施工荷载及混凝土振捣荷载：q=0.2×（7.0+62.76+19.28）/1.2×0.7=21.2kN/mw=5q×l4/384EI=5×21.2×6004/(384×2.06×105×12.19×104)=1.42㎜＜600/400=1.5㎜满足挠度要求。由上计算可得弦杆处（即非扩头节点处）立杆沿桁架长度方向间距为800㎜，并于跨中增设斜撑加固，沿桁架宽度方向间距为600㎜，梁底钢管楞间距为200㎜；扩头节点处（包括上弦梁扩头）立杆沿桁架长度方向间距为400㎜，沿桁架宽度方向间距为600㎜，梁底钢管楞间距为200㎜。HJ2、HJ3、HJ4支撑体系同HJ1无扩头节点处的间距，同样在梁底水平杆的中部增设斜撑加固。5、板底支撑间距确定该空间桁架体系上、下弦板的厚度分别为120㎜、140㎜，下弦板采用无粘结预应力技术，由于其张拉应在腹杆、上弦完成后同时进行，所以在上弦杆上弦板施工时，应严格控制下弦板面的荷载。在验算下层立杆稳定性时，同时考虑上、下弦板的全部自重。在弦板的立杆支撑体系中，板底支撑横杆与立杆采用可调托座，弦板的支撑立杆步距仍选1500㎜，纵横向的间距为800㎜。A、模板及板底钢管楞自重设计值：0.3×2×1.2=0.72kN/m2；B、立杆、纵横向水平杆及剪刀撑的自重设计值：＜30+30×（1.2+0.8）/1.5+（30×2/4.24）×6/8＞×0.038×1.2=3.672kN；C、新浇混凝土自重值设计值：1.2×（0.14+0.12）×25=7.83kN/m2；D、施工人员、机械活荷载：1.4×1.0=1.4kN/m2；E、混凝土振捣活荷载：1.4×2=2.8kN/m2。最底步立杆的稳定性验算最底步立杆所受的的轴向力：N=（0.72+7.883+2.88）×0.82+3.6772=10..936kN该值明显小于桁架架梁底立杆最最底步的轴向向力33.1992kN，对相同的的步距其稳定定性必满足要要求，在此不不再验算。6、板底水平纵杆、板板底木楞的强强度及挠度验验算在计算板底水平纵纵杆及板底木木楞强度、刚刚度时同样不不考虑B项中立杆、纵纵横向水平杆杆、剪刀撑的的自重A、板底水平纵杆强强度验算1）上下弦弦板新浇混凝凝土自重：1.2×（0.114+0.112）×25.5=7.83kN//m2；2）模板自重3×2×1.2=0.7223）施工人员及设备备2.5×1.4==3.50合计：7.83++0.72++3.50==12.055kN/m2。则沿板底水平纵杆杆的线荷载：：q=0.8×（00.72+77.83+33.5）=9.644kN/m梁底水平纵杆按三三跨连续梁计计算：M=0.117ql2=0.1117×9.64×0.82=0.7223kN·m查表得φ48×33.5㎜钢管的W=5.088cm3σ=M/W=0.7723×106/5.088×103=142..3N/㎜2＜205㎜2。满足强度要求。B、梁底水平纵杆挠挠度验算挠度验算时仅考虑虑模板、板底底木楞及新浇浇混凝土的自自重，不考虑虑施工荷载及及混凝土振捣捣荷载：q=0.8×（00.72+77.83）/1.2==5.7kN/mw=kw×q×ll4/100EEI=0.99×5..7×8004/(1000×2.06×105×12.199×104)=0.92㎜＜8800/4000=2㎜满足挠度要要求C、板底木楞强度验验算先按板底木楞间距距为500㎜进行验算q=0.3×（00.72+77.83+33.50）=3.6115kN/m板底木楞按单跨简简支梁计算：：M=ql2/8==3.6155×0.82/8=0..2892kkN·m板底木楞采用5ccm×10cm的松木枋枋，W=5×102/6=83..3cm3σ=M/W=0.22892×106/83.33×103=3.477N/㎜2＜13N//㎜2。满足强度要求D、板底木楞挠度验验算``挠度验算时仅考虑虑模板、板底底木楞及新浇浇混凝土的自自重，不考虑虑施工荷载及及混凝土振捣捣荷载：q=0.3×（00.72+77.83）/1.2==2.13775kN/mw=5q×l4//384EII=5×2.13775×8003/(3844×100000×50×1003/12)=0.385㎜＜＜800/4400=2㎜㎜满足挠度要要求。由计算可知，下层层弦板的支撑撑体系立杆间间距纵横向为为800㎜，板底木枋枋间距为300㎜。四、支撑架整体稳稳定性的保证证该模板高空支撑体体系搭设高度度将近30m，且在纵向向无任何结构构固定物可进进行刚性拉结结，横向也仅仅有4个独立立柱柱，为满足超超高支模架的的整体稳定性性，在纵横两两向将采取如如下措施：1、纵向稳定性支撑体系纵向稳定定性可充分利利用两侧的4个独立立柱柱，采用抱箍箍方式与柱子子连接，抱箍箍用钢管采用用双扣件连接接，沿柱子高高度方向每隔隔三步4.55m设一道。纵向剪刀撑应在两两外立面整个个长度及高度度方向连续设设置，其内部部除桁架弦杆杆下两侧应连连续设置外，弦弦板下的剪刀刀撑可每隔一一立杆间距布布设一道。2、横向稳定性由于在横向无任何何结构固定物物可进行拉结结，可通过增增加支撑体系系本身在横向向的刚度以保保证其稳定性性。根据上述述支撑体系立立杆的间距计计算，立杆在在沿纵向的间间距均为800㎜，在构造上上每隔一道设设置横向剪刀刀撑。剪刀撑从底部扫地地杆起步搭设设，剪刀撑斜斜杆与地面的的倾角为45度，斜杆用用旋转扣件固固定在与之相相交的横向水水平杆及立杆杆上，旋转扣扣件中心线至至主节点的距距离不宜大于于150㎜。剪刀撑的的接长采用搭搭接，其搭接接长度、接头头位置等应满满足JGJ1330-20001中规定。五、回填土地面的的加固处理国家现行脚手架规规范对模板脚脚步手架体系系的支撑面有有严格的要求求，基础底面面的平均压力力不应大于地地基承载力的的设计值，且且对相同的承承载土质而言言，其表面的的人工处理方方法不同对地地基承载力的的影响较大，在在规范中引入入脚手架地基基承载力调整整系数对不同同的土层进行行调整，对碎碎石，砂土回回填土仅为0.4，而对砼可可取1.0，由此可见见，若对承载载面进行砼浇浇灌处理，其其承载力可比比直接对回填填土进行压密密提高一倍以以上。为此对对回填面我们们将预先进行行砼垫层浇灌灌处理。1、回填表面找平由于自然地坪原先先高低不平，同同时地基的开开挖、回填对对原状土的扰扰动极大。为为保证砼垫层层在平整的基基面上铺倒及及模板在杆底底部落地纵横横的贯通，在在地基土压实实前须用推土土机对自然地地坪进行推平平，并对局部部的大块石，扰扰动性较大的的土层应进行行置换。2、表面压实挤密根据结构总说明中中地质勘探部部分可知，该该地基上部为为一定厚度的的生活、建筑筑垃圾，该种种类型的回填填土自固结还还未全部完成成，在雨水及及外部较小荷荷载的作用下下极易产生压压缩沉陷，为为了在浇筑砼砼垫层前人为为地加大表面面土层的压缩缩，以免上部部架体作业后后引起砼垫层层的挤裂，在在完成表面土土的找平后立立即用压土机机或平板振捣捣器进行整体体压实。3、垫层的设置为了使砼垫层与下下部土体有效效地咬合，共共同承受上部部作用荷载，我我们将于砼垫垫层与地基上上表面设置一一层100㎜厚的砂石褥褥垫层，石料料层可采用3～20㎜的级配砂，分分层铺设压实实，最后与其其表面撒铺一一层细砂，并并用平板动器器振捣压实。4、砼垫层的浇筑完成垫层铺设后，避避免雨水的冲冲刷削弱土层层应马上进行行砼的浇筑。砼砼采用强度等等级为C20的自拌砼，厚厚度为200㎜，内配Φ10@150双层双向。5、已有屋面下回填填面处理连廊中间有8跨是是直接位于现现已施工完的的屋面以上，该该屋面顶标高高为4.500m，其楼面的的设计活荷载载小于钢管支支撑架的自重重，完全不能能承受桁架浇浇灌混凝土时时荷载，对此此采取的方案案是立杆上下下对齐搭设，并并于屋面结构构板上放置槽槽杆垫板，同同时应保证屋屋面下回填面面的刚度。该处回填面与无屋屋面处相比，其其强度要求更更高，对无屋屋面处经加固固后的回填面面，在混凝土土浇灌时若出出现沉陷，可可通过及时加加设垫板或千千斤顶顶撑加加以控制。而而在屋面结构构下的垫层，一一当出现沉陷陷屋面板将马马上承受所有有的新浇混凝凝土自重及施施工荷载（单单根立杆传至至屋面的荷载载高达23..74kN），对如此此大的荷载冲冲击，屋面板板必将结构损损伤，甚至出出现裂缝。经过综合比较在屋屋面下的回填填土采用加筋筋混凝土加固固，即内置Φ8@150的双层双向向钢筋网格。6、槽钢垫板的运用用为避免局部立杆沉沉陷对整体稳稳定性的影响响，在立杆下下端支承处沿沿通长方向布布设[14的槽杆，增增大立杆底的的受荷面积，避避免垫层的局局部破坏。7、脚手架地基基础计计算本工程基础回填土土基础计算，，回回填土为碎石石、砂土，夯夯实系数为0.93，作用于脚手架的荷荷载包括静荷荷载、活荷载载和风荷载。静静荷载标准值值包括以下内内容：每平方米米立杆承承受的结构自自重标准值((kN)，为0.12291NG1=[[0.12991+(0..80×2/2+00.80×2